Aplicación del taladro neumático montado en camión RD en proyectos de perforación de metano en lechos de carbón

Fan Wanqing Pan Weihui

(Primer equipo de exploración de la Oficina de Geología de Campos de Carbón de Shandong, Tengzhou 277500, Shandong)

Acerca del autor: Fan Wanqing, hombre, nacido en 1957, ingeniero jefe adjunto, con especialización en ingeniería de exploración. Se graduó en la Escuela de Carbón de Changxing en 1984 y se dedica a la tecnología de ingeniería de exploración. fwq169@163.com.

Resumen Este artículo analiza las cuestiones técnicas relevantes de los taladros neumáticos montados en vehículos en proyectos de perforación de metano en lechos de carbón y proporciona experiencia práctica como referencia en la selección de ciertos equipos capaces y parámetros técnicos.

Palabras clave Perforadora neumática montada en un vehículo, desarrollo de metano en capas de carbón, perforación subterránea con martillo

Aplicación de la perforadora neumática montada en un vehículo RD20 en la ingeniería de perforación de metano en capas de carbón

Fan Wanqing y Pan Weihui

(Grupo de investigación)

El artículo analiza cuestiones técnicas relevantes en la ingeniería de perforación de metano en lechos de carbón, el primer equipo de Shandong Coal Geology Bureau, Tengzhou 277500)

Resumen: Discutido Algunos problemas técnicos en la perforación de metano en capas de carbón brindan cierta experiencia para seleccionar equipos y parámetros técnicos: plataforma de perforación neumática montada en camión; desarrollo de metano en capas de carbón. Se ha adquirido una rica experiencia en la aplicación de aire hacia abajo; tecnología de perforación con martillo perforador. Tomando el proyecto Jincheng como ejemplo, a continuación se presenta una breve introducción.

1 Descripción general

1.1 Descripción general de la estratigrafía en el área de Jincheng

Cuaternario: 0-20 m, la litología es arcilla mezclada con limo y una capa media de arena y grava.

Capa superior de caja de piedra: la placa inferior está enterrada a una profundidad de 390 a 420 m. La parte superior está intercalada con arenisca medianamente fina, lutita, lutita limosa y limolita; la parte media es arenisca medianamente gruesa; Arenisca gravilla, lutita y limolita intercaladas; la parte inferior es arcillosa. Formación Shixia Inferior: El piso está enterrado de 490 a 520 m de profundidad. La parte superior es arenisca fina limosa, la parte media es arenisca media intercalada con arenisca fina limosa, la parte inferior es lutita intercalada con arenisca fina limosa y el fondo es de grano medio. arenisca. Formación Shanxi: El límite del fondo está enterrado a una profundidad de 550 a 580 metros. La litología es arenisca fina limosa, arenisca media y lutita limosa intercalada con carbón. Formación Taiyuan: El límite inferior tiene entre 610 y 640 m de profundidad y no ha sido penetrado. La litología es lutita arenosa intercalada con arenisca limosa fina, piedra caliza y carbón, y la capa inferior es arenisca medianamente fina. La sección de veta de carbón 3# de la Formación Shanxi tiene 500-550 m de largo. La forma estructural general es una zona sinclinal noroeste con estratos amplios y suaves. El ángulo de inclinación estratigráfica es generalmente de 2°-7°, con un promedio de 4°. y las fallas no se desarrollan.

1.2 Requisitos de calidad de la perforación

Las vetas de carbón en Qinshui Coalfield tienen un alto contenido de gas, ricos recursos de metano en lechos de carbón y una gran capacidad de recuperación. Para garantizar la producción de gas efectiva y confiable a largo plazo de los pozos de metano en capas de carbón, los requisitos para la calidad de la perforación son seguir la estructura de perforación prescrita y alcanzar una cierta profundidad de diseño, y garantizar que la verticalidad de la perforación debe estar dentro del rango de error permitido. , asegúrese de que el revestimiento del fondo del pozo sea estable y que el cemento regrese Altos estándares de cumplimiento (Tabla 1).

Tabla 1 Requisitos de calidad de perforación

2 Estructura del pozo

(1) Utilice una broca de ￠311,1 mm para perforar a través del sistema cuaternario e ingresar al lecho de roca Después la zona de intemperismo está a 10m de distancia, bajar el casing de superficie de ￠244.5mm y verter cemento para sellarlo completamente. Se estableció la boca del pozo, creando las condiciones para la perforación segura del segundo pozo.

(2) El segundo puerto se perfora con una broca de ￠215,9 mm hasta 60 m por debajo del fondo de la veta de carbón 3#, y se perfora una carcasa de producción de ￠139,7 mm.

3Equipo de perforación

De acuerdo con el diseño de la profundidad del pozo en la zona, el peso máximo de herramientas de perforación y revestimiento, y considerando un cierto factor de seguridad adicional, se puede utilizar un equipo de perforación con Se puede seleccionar una carga de elevación nominal de ≥500kN (50t). Cumplir con los requisitos. La bomba de perforación puede cumplir con los requisitos de circulación de un pozo de φ215,9 mm y una profundidad de pozo de 800 m. Con base en este principio y combinado con la práctica de perforación de metano en capas de carbón en esta región, se seleccionó la plataforma de perforación neumática RD-20 (Tabla 2).

Carga total: 40t

Volumen de descarga: 1250 cfm/35,4 m3/min

Presión de escape: 120～350psi (0,8～2,4MPa)

Longitud/capacidad de carga del bastidor de perforación: 14,2 m/55 t

Ancho × profundidad: 1219 mm × 1029 mm

La longitud del espacio desde la placa central del cabezal de potencia hasta el eje impulsor es de 12,6 m

La longitud del espacio desde la placa de centrado hasta la junta del eje impulsor del cabezal de potencia: 11,6 m

Tabla 2 Equipo principal del RD-20 montado en camión con tracción superior plataforma de perforación

La plataforma de perforación neumática tipo camión RD20 se puede aplicar a procesos de perforación multiproceso. Por ejemplo, la bomba de lodo opcional es adecuada para perforación neumática, perforación con cono de fluido de lavado, perforación con cono de fluido de lavado. perforación de cono de fluido de lavado, perforación de cono de fluido de lavado, perforación de cono de fluido de lavado, perforación de cono de fluido de lavado, perforación de cono de fluido de lavado, perforación de cono de fluido de lavado, perforación de cono de fluido de lavado, perforación de cono de fluido de lavado, perforación con rodillo de fluido, perforación con rodillo de fluido de enjuague, perforación con rodillo de fluido de enjuague, perforación con rodillo de fluido de enjuague, perforación con rodillo de fluido de enjuague, perforación con rodillo de fluido de enjuague, perforación con rodillo de fluido de enjuague. El taladro neumático montado en camión RD20 se puede utilizar para tecnologías de perforación multiproceso, como perforación con aire, perforación con cono de fluido de lavado y perforación PDC. Los procesos se pueden intercambiar según sea necesario para cumplir con la selección de parámetros de perforación para diferentes métodos de perforación. En concreto, tiene las siguientes características:

A. El cabezal de potencia puede descargar y conectar los tornillos de la tubería de perforación, lo que acelera el tiempo y la eficiencia de agregar tuberías de perforación.

B. Puede realizar un ajuste fino de la velocidad de alimentación, elevación y rotación para evitar accidentes atascados.

C. La rotación, elevación y alimentación se pueden realizar al mismo tiempo. El dispositivo de válvula reductora de presión puede evitar un par de rotación excesivo y controlar la perforación a una velocidad de perforación estable.

D. Al perforar agujeros poco profundos, se puede lograr alimentación hidráulica para acelerar la perforación.

E. Al perforar agujeros profundos, la herramienta de perforación se puede perforar bajo presión reducida y se puede mantener una velocidad de perforación razonable y efectiva.

F.

F. El cabezal de potencia y el tornillo de la carcasa se pueden utilizar para bajar la carcasa y acelerar la operación de descenso de la carcasa.

G. El cabezal motor convencional de accionamiento superior puede proporcionar una capacidad de soporte de presión de 13,6 toneladas, cumpliendo con los requisitos generales para el funcionamiento de carcasa.

H. La manija de control de la consola es fácil de operar y requiere poca mano de obra. El instrumento muestra los niveles de presión de perforación y torque de rotación, lo que facilita comprender la situación de perforación y tomar respuestas de control para reducir los accidentes en el pozo y aumentar la velocidad de perforación.

La plataforma de perforación montada en camión I.RD20 puede perforar a una profundidad de hasta 1.550 metros utilizando un martillo neumático de fondo de pozo de 6 a 8 pulgadas y puede operar con tubería de revestimiento hasta 11 metros largo. El sistema de alimentación de polea móvil elimina el bloque de polea móvil utilizado en las plataformas de perforación tradicionales y el bloque de polea fijo en la parte superior del marco de perforación, lo que mejora la eficiencia mecánica. Además, al aumentar la relación entre el diámetro de la polea y el diámetro del cable, se reducen las pérdidas mecánicas causadas por la flexión del cable y se extiende la vida útil del sistema de alimentación.

Cuatro tipos de conjuntos de herramientas de perforación

(1) Conjunto de herramientas de perforación de apertura única: broca de φ311,1 mm + collarín de perforación de φ159 mm × 1~2 + tubería de perforación de φ114 mm

(2) Conjunto de herramienta de perforación de doble apertura: broca de φ215,9 mm + collarín de perforación de φ159mm × 5 ~ 8 + collarín de perforación de φ121mm × 1 ~ 2 + tubería de perforación de 114mm

(3) Abajo Conjunto de herramienta de taladro percutor para el orificio: Martillo perforador sumergible de φ215,9 mm + collarín de perforación de φ159mm × 3 a 4 piezas + estabilizador de φ214mm + collarín de perforación de φ159mm × 2 a 3 piezas + collarín de perforación de φ121mm × 1 a 2 piezas + tubo de perforación de φ114mm

5 Rendimiento del fluido de perforación

La presión de la columna del fluido de perforación cumple con los requisitos de la perforación casi equilibrada. El transporte efectivo de carbón puede transportar de manera efectiva los recortes de carbón y equilibrar la presión de la formación, lo que garantiza la seguridad de la construcción de perforación. y buena calidad. La densidad del fluido de perforación de agua limpia debe controlarse dentro de 1,05 g/cm3. Al mismo tiempo, está equipado con un equipo de extracción de arena para detectar el rendimiento del fluido de perforación de manera oportuna y desplegarlo de manera oportuna. Asegúrese de que el fluido de perforación de baja densidad se controle dentro de 1,08 g/cm3 (Tabla 3).

Tabla 3 Rendimiento del fluido de perforación

6 Parámetros de perforación

Seleccione perforación con cono de lodo para la primera apertura y seleccione perforación con percusión con aire en el fondo del pozo para la Segunda apertura. Los parámetros de perforación neumática deben ajustarse gradualmente según la velocidad de perforación, la profundidad del pozo, los cambios en el diámetro del pozo y el contenido de agua del pozo. La presión y el volumen de aire descargan eficazmente el polvo y las virutas. Asegurar la estabilidad de la pared del pozo y evitar la ocurrencia de situaciones complejas como perforación atascada y atascada en el fondo del pozo (Tabla 4, Tabla 5).

Tabla 4: Selección de broca

Tabla 5: Parámetros de perforación

7 Medidas técnicas de perforación de veta de carbón

(1) Veta de carbón Al perforar, intente utilizar taladros neumáticos. Si no hay condiciones para utilizar taladros neumáticos, utilice taladros de agua y la densidad debe controlarse por debajo del 1,05%.

(2) Al perforar secciones de veta de carbón, adopte los "cuatro parámetros bajos" de baja presión de perforación, baja velocidad de rotación, bajo desplazamiento y baja fuerza de impacto del chorro para reducir la tasa de expansión del diámetro del pozo de la veta de carbón. secciones y evitar el colapso del agujero y el taladro atascado.

8 Finalización

Se deben usar abrazaderas de carcasa al pasar la tubería, está estrictamente prohibido el roscado cruzado y se debe usar sellador de roscas de acuerdo con las normas. Para el dispositivo de corrección de carcasa en la sección de sellado de cemento, se agrega una carcasa a cada carcasa 60 m por encima y por debajo de la veta de carbón, y una cada dos carcasas en el resto. La abrazadera de la carcasa y el dispositivo de corrección no pueden estar dentro del carbón. costura. Controle la velocidad de descenso del revestimiento, no presione con fuerza cuando encuentre resistencia y agregue fluido de perforación cada 5 a 10 revestimientos. Utilice el método de elevación de flujo pistón de baja velocidad para inyectar lechada de agua y la medición debe ser precisa. La altura de retorno del cemento debe cumplir con los requisitos de diseño. La carcasa de la capa de gas de 139,7 mm debe cementarse durante 48 horas y la prueba de presión es de 20 MPa, y la caída de presión es inferior a 0,5 MPa en 30 minutos para pasar la prueba. De lo contrario, se deben tomar medidas correctivas. Después de que pase la prueba de presión de finalización del pozo, selle inmediatamente la cabeza del pozo con un tapón o brida y cúbrala con cemento (Tabla 6, Tabla 7).

Tabla 6 Estructura del revestimiento

Tabla 7 Combinación del revestimiento

9 Efecto de perforación

9.1 Indicadores de eficiencia de perforación y calidad de terminación

El percutor neumático de fondo de pozo perfora más rápido y de manera más recta en formaciones medias y duras. Si la formación en un pozo más grande es inestable o el flujo de agua en el pozo es grande, el aire del pozo se puede aumentar rociando agua, espuma y polímero en el aire del pozo a través de un sistema de rociado de agua accionado hidráulicamente en el equipo de perforación. Los martillos DTH requieren lubricación interna cuando funcionan. La plataforma de perforación está equipada con un lubricador de martillo de fondo de pozo, que rocía una pequeña cantidad de lubricante en el aire comprimido durante la perforación para garantizar el efecto de perforación del martillo de aire de fondo de pozo. Los indicadores de eficiencia de perforación y calidad de finalización de perforación de diferentes formaciones se muestran en las Tablas 8 y 9.

Tabla 8: Eficiencia de perforación en diferentes formaciones

Tabla 9: Indicadores de calidad de finalización de perforación

9.2 Costo

Aplicación del vehículo RD20 La plataforma de perforación neumática completó 5 pozos de metano en lechos de carbón, con un volumen de perforación de 1.623 m, un período total de construcción de 38 días, 23 empleados y un consumo de diésel de 29 t, superior al de las plataformas de perforación convencionales. El período total de construcción fue de 38 días, empleó a 23 personas y el consumo de diésel fue de 29 toneladas. En comparación con los métodos de perforación tradicionales, la velocidad de perforación aumentó en un 300 % y la eficiencia general aumentó en un 70 %. El costo directo es de 178,2 yuanes/m y el costo integral es de 356,1 yuanes/m.

9.3 Ahorre mano de obra

El taladro aerodinámico montado en camión RD20 es fácil de operar, requiere poca mano de obra, es fácil de aprender y dominar y ahorra recursos humanos de manera efectiva. Hay de 4 a 5 operadores en un turno pequeño, lo que puede ahorrar hasta 2/3 de la fuerza laboral para la misma carga de trabajo, lo que puede mejorar significativamente la productividad laboral.

10 Conclusión

La aplicación del taladro neumático con cabezal motorizado accionado por techo y montado en un vehículo RD20 en proyectos de perforación de metano en lechos de carbón. Su avanzado sistema operativo y su modo de movimiento flexible brindan excelentes soluciones para trabajos subterráneos. El funcionamiento y sellado de tuberías. La boca del pozo y otros procesos proporcionan un ambiente de trabajo conveniente. Al mismo tiempo, reduce el tiempo de preparación y reubicación, mejora la eficiencia de la perforación y la calidad del pozo, ahorra tiempo y mano de obra de perforación y reduce costos. Tiene buenos beneficios económicos y técnicos y tiene amplias perspectivas de aplicación en el mercado de desarrollo de metano de capas de carbón.

Referencias

Geng Ruilun et al.: "Multi-process Air Drilling", Beijing: Geology Press, 2010: Geology Press