Investigación sobre métodos de perforación
En la actualidad, los métodos de perforación avanzados utilizados principalmente en el país y en el extranjero incluyen perforación con extracción de muestras con cuerda de diamante, perforación rotatoria por percusión con martillo hidráulico, perforación con circulación inversa con martillo neumático y perforación con espuma.
(1) Perforación con cuerda de diamante
En la construcción de perforación de prospección geológica en varios países del mundo, la tecnología de perforación más utilizada y con el mejor efecto geológico integral es principalmente la perforación con cuerda de diamante. Tecnología de perforación. La tecnología Wire-line Coring Drill (WL) nació en la industria de la perforación petrolera en la década de 1940. Posteriormente fue mejorada y desarrollada por Longyear Co. de los Estados Unidos y se ha utilizado en la construcción de perforación con núcleos de minerales sólidos. Se ha utilizado en todo el mundo. Ha sido ampliamente promovido y aplicado en China y tiene una historia de casi 70 años. El nacimiento y la aplicación exitosa de la tecnología de perforación WL permitieron perforar el núcleo de perforación sin necesidad de perforar, lo que mejoró enormemente la eficiencia de la perforación. Por lo tanto, se le llama una revolución en la tecnología de perforación de núcleos geológicos [24, 25].
Los países extranjeros siempre han concedido gran importancia y han desarrollado y mejorado continuamente la tecnología de perforación con diamante WL. Principalmente realizando investigaciones sobre la selección de materiales de las tuberías de perforación, la precisión del procesamiento, el tratamiento térmico y las dimensiones geométricas, etc., para mejorar aún más la resistencia, la tenacidad y la confiabilidad de las roscas de conexión de las tuberías de perforación. Al mismo tiempo, se ha realizado una investigación en profundidad sobre las brocas de diamante. Mejoró la vida útil de la broca y la vida útil de la broca. Mejoró la eficiencia.
Desde mediados de la década de 1970, mi país ha comenzado a estudiar y promover la aplicación de la tecnología de perforación con diamante WL, que ha desempeñado un papel importante en la prospección geológica. En 1990, el volumen de perforación completado alcanzó los 15,05 millones. m La velocidad y la eficiencia de la plataforma han mejorado enormemente y se han logrado importantes beneficios económicos y sociales. La tecnología casi se ha popularizado en el campo de la prospección nacional y, por lo tanto, ganó el primer premio del Premio Nacional al Progreso en Ciencia y Tecnología [17]. ]. Sin embargo, en los más de diez años transcurridos desde 1992, debido a la fuerte disminución en los trabajos de exploración minera y al traslado de las unidades de construcción de perforación al campo de la infraestructura de construcción, la aplicación de la tecnología de perforación diamantina WL también se ha reducido significativamente, lo que ha resultado en el desarrollo Dado que esta tecnología es muy lenta e incluso está estancada, la brecha con los países extranjeros avanzados se ha ampliado aún más. Hay brechas obvias en muchos indicadores, como la vida útil, la confiabilidad, la eficiencia de perforación y la profundidad del orificio de perforación de los tubos de perforación utilizados en la perforación WL. Los trabajos de perforación con núcleos se completaron con la tecnología de perforación WL. La cantidad sigue siendo menos de 1/3 de la carga de trabajo total de perforación con núcleos de minerales sólidos [3]. En los últimos años, con el surgimiento de una nueva ronda de auge de la prospección geológica, esta tecnología se ha restaurado y desarrollado nuevamente, y la amplitud y profundidad de su aplicación se han ampliado aún más. Las oficinas provinciales de prospección geológica representadas por Shandong y Hebei se han popularizado aún más. Esta tecnología y mejora, y ha desempeñado un papel destacado en "explorar la profundidad para encontrar puntos ciegos" y mejorar la eficiencia. Muchos indicadores, como la profundidad de perforación y la eficiencia de la perforación, se han superado continuamente y el nivel técnico se ha mejorado enormemente.
(2) Perforación por impacto rotativo con martillo hidráulico
Los países extranjeros siempre han otorgado gran importancia al desarrollo de la tecnología de perforación rotativa con martillo hidráulico. Los impactadores hidráulicos de fondo de pozo (también conocidos como martillos hidráulicos de fondo de pozo, en lo sucesivo denominados martillos hidráulicos) se originaron por primera vez en Europa. En 1887, el Reino Unido concedió una patente para un nuevo método de perforación al alemán W. Bushmann. El núcleo de la tecnología era utilizar la energía hidráulica suministrada por la bomba para impulsar un impactador hidráulico para impactar continuamente la broca giratoria, logrando así. perforación rotatoria de impacto. Desde la década de 1950, se han desarrollado varios impactadores hidráulicos prácticos en los Estados Unidos, Canadá y la ex Unión Soviética. En términos de perforación geológica y minera, la investigación más fructífera fue la de la antigua Unión Soviética. La investigación sobre la tecnología de perforación rotativa por impacto hidráulico se llevó a cabo entre 1900 y 1905, y comenzó a aplicarse gradualmente en la práctica de producción en 1970. En la década de 1960, Hungría desarrolló cinco tipos de impactadores hidráulicos de doble efecto que oscilaban entre φ48 y 160 mm. Las herramientas de perforación por impacto hidráulico se ensamblaban en un remolque especial y se equiparon con las correspondientes bombas, extractores de arena, herramientas de perforación y brocas para manejo de accidentes. herramientas, etc. Es flexible y conveniente de transportar, y puede servir para múltiples plataformas de perforación en áreas mineras de construcción o sitios de construcción. La investigación japonesa sobre impactadores hidráulicos comenzó en la década de 1970. El más exitoso es el impactador hidráulico de doble efecto WH-120N desarrollado por Tone Company. Su característica más importante es que utiliza gas y líquido como medio de trabajo [14].
En los últimos años se ha realizado relativamente poco trabajo en el extranjero en el campo de la investigación de martillos hidráulicos. Los principales incluyen el martillo hidráulico de doble efecto desarrollado por la American Pan American Petroleum Company, el martillo hidráulico de la serie FH de. la compañía australiana SDS, el martillo hidráulico de tipo compuesto (válvula de acción positiva, ariete de doble acción) de la Universidad Clausthal en Alemania (preparado para su uso en el proyecto KTB alemán, pero no adoptado), se requiere que el fluido de trabajo sea impulsado por agua limpia. (filtrado a 100 μm). Dado que el líquido de lavado no puede proteger eficazmente la pared, la profundidad de uso es limitada. El registro de aplicación más profundo es de sólo 590 m.
Mi país comenzó la investigación a finales de 1958. A finales de la década de 1980, la investigación de martillos hidráulicos de mi país entró en su apogeo. Los departamentos de geología, metalurgia y otros desarrollaron varios tipos y especificaciones de martillos hidráulicos utilizados para. perforación de extracción de muestras de diámetro pequeño, sus tipos cubren martillos hidráulicos de acción directa, de doble acción, de reacción y compuestos. Todos los modelos alcanzan más de 30 tipos, y el metraje de perforación acumulado supera el millón de metros, logrando buenos resultados técnicos y económicos. , las estadísticas aproximadas pueden aumentar la eficiencia de la perforación entre un 30% y un 50%. Al mismo tiempo, también pueden mejorar significativamente la calidad de la perforación y la tasa de recuperación del núcleo, ampliar el metraje y reducir el consumo de material. En esta etapa, el nivel de investigación y aplicación de martillos hidráulicos de mi país ha alcanzado el nivel avanzado del mundo, y es el único país después de la ex Unión Soviética que aplica ampliamente la tecnología de perforación con martillos hidráulicos en el campo de la exploración de minerales de pequeño diámetro [14, 26 ].
En la década de 1990, debido a la fuerte disminución de la carga de trabajo de exploración geológica en nuestro país, la inversión en investigación en martillos hidráulicos de pequeño diámetro casi se vio interrumpida. Estos resultados no han sido bien aplicados y mejorados, y. esta tecnología no se ha aplicado ni mejorado bien. La investigación y aplicación se centró principalmente en la investigación de martillos hidráulicos de gran diámetro utilizados en hidrología, pozos de agua, campos petroleros y construcción de ingeniería. Hasta 1997, el Instituto de Investigación de Tecnología de Exploración del Servicio Geológico de China desarrolló un nuevo tipo de martillo hidráulico de la serie YZX (Figura 1-3), que tiene una excelente confiabilidad de sellado estático, resistencia a altas temperaturas y adaptabilidad a la contrapresión de pozos profundos. Especialmente en el proyecto de perforación científica en China continental, el martillo hidráulico YZX 127 que desarrollaron ha perforado continuamente casi 500 veces, creando un solo pozo con una superficie total de 3485,71 m y una profundidad máxima de aplicación de 5118,2 m en un entorno de lodo relativamente complejo. récord mundial. Además, el Instituto de Investigación de Tecnología de Exploración también desarrolló el martillo hidráulico de extracción de muestras con cable KS-1 57, el martillo hidráulico SYZX273 y el motor de tornillo/martillo hidráulico/herramienta de perforación WL-tres en uno para el proyecto de perforación científica continental, todos los cuales fueron Desempeña un papel importante en la mejora de la eficiencia de la perforación, evitando la obstrucción del núcleo, ampliando el metraje de retorno y reduciendo la inclinación del pozo [14, 27].
Figura 1-3 Nuevo martillo hidráulico serie YZX
La aplicación exitosa de esta tecnología en el Pozo No. 1 de Kezuan ha promovido el avance de la tecnología de perforación de mi país. Al mismo tiempo, el Proyecto de Perforación Científica Continental también ha desempeñado un papel muy importante en la promoción del enorme desarrollo de la tecnología de perforación con martillo hidráulico, haciendo que la tecnología de perforación con martillo hidráulico de pozos profundos de mi país alcance el nivel líder internacional y ha sido muy elogiado por muchos pares extranjeros. Empresas como Alemania, Australia y Estados Unidos han introducido sucesivamente esta tecnología desde mi país para investigaciones experimentales. Sin embargo, hasta ahora, la profundidad máxima del pozo para la perforación con martillos hidráulicos en el extranjero es de 2000 m, que fue creada por la antigua Unión Soviética (no se informa información detallada. La profundidad máxima del pozo para la perforación integral con martillos hidráulicos es desarrollada conjuntamente por Australia). Empresa SDS y Empresa PDVSA Se probó el martillo hidráulico de 12/4 pulgadas en la sección de 4333.03~4353.15m del pozo PIC26. En términos generales, los martillos hidráulicos utilizados en pozos profundos aún se encuentran en la etapa de investigación y prueba y aún no han alcanzado el nivel de aplicación a gran escala. En China, el análisis teórico y la investigación sobre el rendimiento de trabajo de los martillos hidráulicos en condiciones de pozos profundos también deben profundizarse más. Especialmente en las condiciones de producción ordinarias de perforación de minerales sólidos de pequeño diámetro, dado que el sistema de control de sólidos del lodo aún permanece en el nivel de sedimentación natural tradicional del polvo de roca, el contenido sólido del lodo durante el proceso de perforación es alto, lo que resulta en atascos frecuentes. de las partes internas del martillo hidráulico, la vida útil se reduce considerablemente, lo que resulta en perforaciones frecuentes. Durante el proceso de promoción, aunque las ventajas de la perforación con percutor hidráulico son reconocidas y aceptadas por todos, todavía existen pocas aplicaciones prácticas [14, 28].
(3) Perforación con circulación inversa con martillo neumático
En muchos países, la circulación inversa con martillo neumático de fondo (en adelante denominado martillo neumático) (circulación inversa, denominada RC) la tecnología de perforación también ha tenido un gran desarrollo. Hay dos tipos principales de esta tecnología: uno se realiza mediante martillo neumático ordinario + junta de canal transversal + tubería de perforación de doble brazo, es decir, tecnología de perforación RC o Center Sample Recovery (CSR); el otro se logra mediante perforación con RC; Se realiza utilizando el martillo neumático de tipo pasante + varilla de perforación de doble brazo para tomar la broca de perforación central (muestra), que es la tecnología de perforación RC de tipo pasante. Dado que la tecnología de perforación con martillo neumático RC ha cambiado los métodos tradicionales de extracción de muestras y rotura de rocas, su eficiencia de construcción de perforación se puede aumentar de 3 a 10 veces y el costo se puede reducir de 1/2 a 2/3. La tecnología de perforación se conoce como industria de la perforación. Es otra revolución después de la tecnología de perforación WL [16, 29]. Ya a mediados de la década de 1980, Estados Unidos, Canadá, Australia y otros países investigaron, desarrollaron, promovieron y aplicaron ampliamente esta tecnología en la etapa de exploración. El SAMPLEX-500, un martillo neumático de tipo pasante sin válvula desarrollado en los Estados Unidos en 1989, fue utilizado en equipos de perforación CSR por MAJOR Drilling Company [30]. Actualmente, hay más de 150 equipos de perforación RC con martillo neumático utilizados en diversas perforaciones de minerales geológicos solo en el oeste de los Estados Unidos, incluida la exploración de depósitos de oro de placer y de roca de oro. Según los informes, la proporción de la carga de trabajo de perforación geológica completada con tecnología de perforación RC con martillo neumático ha superado el 80% en Australia, cerca del 80% en los Estados Unidos, cerca del 60% en el sudeste asiático y el 30% en África. Algunas áreas mineras adoptan casi por completo el método de perforación de muestreo continuo RC con martillo neumático, o están dispuestas de acuerdo con una proporción de 20:1 entre la perforación de muestreo continuo RC con martillo neumático y la carga de trabajo de perforación WL. La profundidad máxima del pozo de perforación RC con martillo neumático australiano ha superado los 700 m [16].
Mi país ha comenzado a investigar esta tecnología desde los años 80. El Instituto de Investigación de Tecnología de Exploración y otras unidades llevaron a cabo investigaciones sobre la tecnología de perforación RC o CSR con martillo de pozo poco profundo. En 1987, introdujeron equipos de perforación canadienses para pruebas de perforación CSR. También desarrollaron sucesivamente equipos especiales, tubos de perforación de doble pared de diferentes especificaciones. y equipos auxiliares. Aplicación en áreas mineras individuales. El antiguo Instituto de Geología de Changchun llevó a cabo investigaciones sobre la tecnología de perforación RC con martillos de fondo de pozo de tipo pasante y desarrolló sucesivamente la serie GQ de martillos de fondo de pozo de tipo pasante y las correspondientes brocas de perforación (muestreo) de RC, especialmente para brocas de extracción de muestras (RC) Se han realizado muchos trabajos de investigación sobre el mecanismo, el principio del eyector y el campo de flujo interno, y se han logrado muchos resultados de investigación. Sin embargo, debido a que la comunidad geológica nacional aún no reconoce el uso de cortes de roca en lugar de núcleos de columnas tradicionales para evaluar los recursos minerales, actualmente no existen especificaciones correspondientes a seguir y esta tecnología aún no se puede utilizar en el diseño de perforación geológica. La tecnología no ha sido promovida. Las aplicaciones experimentales solo se llevan a cabo cuando los estratos en el área minera son particularmente complejos y no pueden perforarse ni extraer muestras. Por ejemplo, el paso se utiliza en la exploración geológica de formaciones complejas como la mina de molibdeno Sandaozhuang en el condado de Luanchuan, Henan, el. mina de oro en Songxian, Henan y la mina de tungsteno y estaño Baiganhu en Xinjiang. Tecnología de perforación RC con martillo neumático. Además, algunas áreas mineras financiadas por empresas mineras extranjeras, como la exploración de la mina de oro Zhengguangyan de la empresa australiana Ruixiang en Nenjiang, Heilongjiang, requieren el uso de tecnología de perforación RC. Después de su adopción, se han logrado importantes beneficios técnicos y económicos. La eficiencia de la construcción de perforación se ha mejorado de 3 a 10 veces y el costo se reduce de 1/2 a 2/3 [29].
(4) Perforación con espuma
El uso de espuma en proyectos de perforación comenzó a mediados de la década de 1950. En ese momento, Estados Unidos utilizó por primera vez fluido de perforación de espuma en Nevada para perforar pozos en estratos áridos, deficientes en agua y con poca estabilidad. Debido a que la velocidad de retorno ascendente durante la perforación con espuma es solo de 1/10 a 1/20 de la velocidad de retorno ascendente durante la perforación con aire, garantiza efectivamente la estabilidad de la pared del orificio. Desde entonces, Estados Unidos ha llevado a cabo más investigaciones sobre fluidos espumosos adecuados para perforar en agua salada, capas de petróleo y capas de permafrost, ampliando el alcance de aplicación de la perforación con espuma, logrando buenos beneficios económicos y convirtiéndose en un medio eficaz para la perforación con baja presión. desarrollo de campos petroleros.
La antigua Unión Soviética inició investigaciones experimentales sobre la perforación con espuma a principios de los años 1960.
En la década de 1970, la espuma comenzó a utilizarse para la perforación con núcleos de diamante de pequeño diámetro y se llevaron a cabo investigaciones teóricas en profundidad sobre la reología, la temperatura y la presión de la espuma durante la perforación con espuma. En más de diez años de investigación preliminar, se ha demostrado que en formaciones rocosas de grados 8 a 10, en comparación con el uso de fluido de lavado convencional, la tasa de perforación aumenta en un 30%, la cantidad de metraje por ronda aumenta en un 22,5% y la eficiencia de perforación aumenta en un 25%, el consumo de diamantes se reduce en un 28%, el consumo de energía se reduce en un 23% y los beneficios económicos integrales aumentan en un 34%. En 1984, la carga de trabajo de perforación utilizando tecnología de perforación con espuma en la antigua Unión Soviética era de casi 10 × 104 m, y el suministro de diversos agentes espumantes también era de 60 a 70 t [31, 32]
En los Estados Unidos, Canadá, Alemania y el Reino Unido En otros países, la tecnología de perforación con espuma también se ha desarrollado rápidamente y ha sido catalogada como la dirección para el futuro desarrollo de nuevas tecnologías. A principios de los años 80, Estados Unidos básicamente había completado varios trabajos de investigación sobre la perforación con espuma. En 1980, Sandia Nation desarrolló y lanzó más de 100 agentes de espuma catiónicos, aniónicos, compuestos y no iónicos para satisfacer las necesidades de perforación con espuma en diversas condiciones de formación complejas. El equipo de perforación con espuma ha alcanzado el nivel de tecnología avanzada; el nivel de control informático.
La investigación de mi país sobre esta tecnología comenzó relativamente tarde, a mediados de la década de 1980, la espuma se utilizó por primera vez en sistemas petroleros para la limpieza y perforación de pozos, y se desarrollaron agentes espumantes como el F873 y el TAS. Desde entonces, los sistemas de minas y carbón también han llevado a cabo investigaciones en esta área y han desarrollado sucesivamente KZF123, CD-1, CDT-812, CDT-813, DF-1, ADF-1 y otros tipos de agentes espumantes. Al mismo tiempo, también llevaron a cabo una investigación técnica sobre la tecnología de perforación con espuma. Después de una investigación experimental en diferentes condiciones ambientales y maquinaria, se resumió una tecnología de espuma y procedimientos de perforación relativamente maduros, que promovieron el desarrollo de la tecnología de perforación con espuma. Sin embargo, debido a la fuerte disminución en la carga de trabajo de perforación geológica, el costo de esta tecnología en términos de inversión inicial, consumo de energía y posterior recuperación del agente espumante es mayor que el de la tecnología de perforación ordinaria, lo que resulta en un estancamiento de su promoción y aplicación. No fue hasta mediados y finales de la década de 1990 que la Universidad de Ciencia y Tecnología de Changchun estableció un proyecto bajo el antiguo Ministerio de Geología y Recursos Minerales para realizar investigaciones sobre un dispositivo de refuerzo de espuma para bomba de agua y logró una eficiencia volumétrica de bomba de refuerzo de espuma de 90%. En 2000, para cooperar con el desarrollo de la región occidental, se desarrolló especialmente un sistema de inyección de espuma de represurización de bomba de agua a gran escala basado en la investigación anterior. Después de pruebas de construcción reales en el área de Xihaigu de Ningxia, el país. La capacidad de presurización de la bomba de agua alcanzó unos impresionantes 5 MPa. Resultados prometedores [31, 32]. Además, la Comisión Provincial de Ciencia y Tecnología de Jilin ha iniciado un proyecto para realizar investigaciones sobre un martillo de espuma especial para el fondo del pozo, que ha logrado grandes avances. Sin embargo, actualmente requiere más investigación experimental y mejoras para la producción.