Con base en la perforación, limpieza de pozos, herramientas de perforación y otros eslabones del proceso de perforación, ¿qué sistemas y equipos debe tener una plataforma de perforación?
1. Sistema de elevación Para poder levantar herramientas de perforación, correr la carcasa, controlar la alimentación de la broca, etc., el equipo de perforación debe estar equipado con un mecanismo de elevación, que consta principalmente de un cabrestante principal y un auxiliar. cabrestante (o cabeza de gato), freno de trabajo, freno auxiliar, sistema de desplazamiento [que incluye cable de acero, grúa, carro de viaje (denominado carro de viaje) y gancho grande] y la torre de perforación para colgar el sistema de viaje. Además, existen herramientas y equipos utilizados para las operaciones de elevación de perforación, como anillos de elevación, elevadores, cuñas, pinzas de gran tamaño, mecanismos de extracción de raíces, etc.
La torre de perforación es uno de los componentes importantes de la maquinaria de perforación y producción, como se muestra en la Figura 3-36. Durante el proceso de perforación y producción de petróleo, la torre de perforación se utiliza para colocar y suspender la grúa (Figura 3. -37), grúas, ganchos, anillos de elevación, garras, grúas y otros equipos y herramientas de elevación, así como el levantamiento y almacenamiento de tubos de perforación, oleoductos o varillas de bombeo, etc.
Figura 3-35 Sistema de perforación 1 - grifo; 2 - malacate; 4 - grúa; 6 - patín; 10 - elevador; 11 - máquina eléctrica; 12 - bomba de lodo; 13 - tanque de lodo; 15 - tubería de perforación; collar; 21-Broca
Figura 3-36 Equipo de superficie de perforación 1-Bloque de corona; 2-Cable en voladizo; 4-Banco de trabajo auxiliar; -plataforma de perforación; 8-kelly; 9-cámara de desviación de perforación; 10-prevención de explosiones; 11-tambor de cable; 13-tanque de almacenamiento; 15-sala de control eléctrico; 17-barril de lodo; 18-tanque de lodo; 20-centrífuga; colector de 22-tubería; 25-el malacate de la batería; equipo de perforación, como se muestra en la Figura 3-38. El malacate no sólo se utiliza para subir y bajar herramientas de perforación y revestimiento, sino que también se utiliza para controlar la presión de perforación y la elevación general de la torre de perforación durante la perforación. El cabrestante con el cucharón de arena también es responsable de extraer el cucharón central, probar el aceite y otras tareas. El cabrestante generalmente también actúa como mecanismo de cambio de velocidad o mecanismo de transmisión intermedio de la plataforma giratoria.
El malacate, la plataforma giratoria y la bomba de perforación de la plataforma de perforación funcionan alternativamente, y cada máquina de trabajo a menudo arranca y se detiene. Por lo tanto, los embragues en estos sistemas de transmisión funcionan con frecuencia, especialmente al iniciar y detener las operaciones de perforación en profundidad. pozos. El freno principal que se utiliza actualmente es el freno de disco hidráulico. Como se muestra en la Figura 3-39, las plataformas de perforación eléctricas de CC y las plataformas de perforación con transmisión por cadena deben usar frenos auxiliares. Los embragues de garras generales y los embragues de fricción manuales no pueden cumplir con operaciones tan pesadas. El embrague electromagnético se utiliza generalmente para cooperar con la transmisión de control de velocidad.
Figura 3-37 Puente grúa
Figura 3-38 Cabrestante
Figura 3-39 Freno de disco hidráulico 1-disco de freno; 2-Pinzas de seguridad 3; -alicates de trabajo; tambor de 4 pulgadas. La Figura 3-40 es un diagrama esquemático del antiguo mecanismo de freno. Al frenar, opere la manija del freno 4 para girar la varilla de transmisión 3 y tire del extremo activo de la banda de freno 1 a través del cigüeñal para que abrace el tambor de freno 2. Gire la manija del freno para controlar la válvula de aire de perforación 5 para activar el freno de aire. Las esclusas de aire ahorran energía. La barra de equilibrio 6 se utiliza para equilibrar la tensión de las bandas de freno izquierda y derecha para garantizar una fuerza uniforme. Cuando el desgaste de la pastilla de freno hace que aumente el espacio entre la banda de freno y el tambor de freno, provocando que el ángulo de parada de frenado de la manija del freno sea demasiado bajo, se puede ajustar al espacio inicial ajustando el tornillo de ajuste 7. La banda de freno 1 está hecha de láminas de resorte y se cuelga de la carcasa del cabrestante mediante tornillos con resorte. Puede separarse uniformemente del tambor de freno cuando no está en funcionamiento. El bloque de freno resistente al calor y al desgaste está remachado en el acero. banda. Los cabrestantes estadounidenses adoptan ampliamente un mecanismo de doble palanca, que tiene una gran relación de fuerza y un funcionamiento que ahorra mano de obra.
Se generará una gran cantidad de energía cinética durante la perforación. La banda de freno del malacate por sí sola no puede convertir completamente esta energía. En las plataformas de perforación de pozos profundos, los frenos auxiliares, como los frenos de agua o los frenos electromagnéticos, desempeñan un papel muy importante. efecto importante.
Para el levantamiento y desatornillado de las herramientas de perforación se deben utilizar herramientas manuales de boca de pozo, como tenazas de elevación, pinzas de elevación y cuñas. La abrazadera consta de varias mordazas con placas y mangos, conectados entre sí mediante bisagras. Como se muestra en la Figura 3-41, la abrazadera se utiliza para girar y desenroscar varias herramientas de fondo de pozo, como la tubería de perforación y los portamechas que forman la sarta de perforación. Las abrazaderas interior y exterior (una hacia adelante y otra hacia atrás) se usan en pares y se aprietan con una cuerda con cabeza de gato. Los ganchos se utilizan para colgar, levantar y bajar tubos de perforación. El diámetro interior del gancho es ligeramente mayor que el diámetro exterior de la tubería de perforación, pero menor que el diámetro exterior de la junta de la tubería de perforación. Durante la operación, se utiliza para asegurar la junta de la tubería de perforación para facilitar la elevación y descenso de la tubería de perforación. Cuando la tubería de perforación se enrolla hacia arriba o hacia abajo, la parte de la tubería de perforación ubicada en el pozo debe suspenderse temporalmente en la plataforma giratoria. El mandril instalado en el centro del embalaje de la plataforma giratoria se utiliza para sujetar y colgar el tubo de perforación.
Figura 3-40 Diagrama esquemático del mecanismo de freno 1 banda de freno; tambor de 2 frenos; palanca de 4 frenos; barra de equilibrio de 6 tiempos; tornillo; alambre de 8 gases; 9 resortes
Figura 3-41 Abrazadera de revestimiento hidráulica Con el rápido aumento en el número de pozos profundos, formaciones duras y perforación en alta mar, la carga de trabajo de iniciar y detener las operaciones de perforación ha aumentado. también aumentó mucho. Desenroscar roscas utilizando las herramientas manuales de boca de pozo mencionadas anteriormente requiere mucho esfuerzo físico, es ineficiente e inseguro y necesita mejoras urgentes. En la actualidad, en la producción de perforación se utilizan ampliamente diversas formas de tenazas y cuñas eléctricas. Acelera la velocidad de perforación hacia arriba y hacia abajo, reduce la intensidad laboral de los trabajadores y sienta las bases para lograr una mayor mecanización y automatización total del trabajo de perforación.
2 Sistema giratorio Para rotar la herramienta de perforación para romper continuamente la roca, la plataforma de perforación también está equipada con un accionamiento superior (las plataformas de perforación antiguas utilizan una plataforma giratoria, como se muestra en la Figura 3-42 ) y grifos, y la sarta de tubería de perforación y la broca se instalan en el pozo, etc. A veces también se utilizan herramientas eléctricas de perforación de fondo.
Figura 3-42 Plataforma giratoria para plataforma de perforación petrolera
Figura 3-43 Sistema de perforación con accionamiento superior noruego DDM-650 de 1 grifo; caja reductora de 2 engranajes; caja de reducción; 5-tubo de perforación junta de control; 6-tubo de perforación control de giro; 7-colgante de posicionamiento del motor; 8-cilindro hidráulico; 10-colgante de natación; 12-junta telescópica; 13 - Válvula de prevención de explosiones interna con control remoto; 14 - Llave dinamométrica; 15 - Soporte para tubos de perforación Durante muchos años, la perforación petrolera ha dependido de la plataforma giratoria de la plataforma de perforación para impulsar la rotación de las herramientas de perforación. operaciones de perforación. En los últimos años, con el desarrollo continuo de la tecnología de equipos de perforación, para satisfacer mejor las necesidades de perforación de pozos de procesos especiales, en la década de 1980, los países extranjeros desarrollaron una combinación de grifo y motor para impulsar herramientas de perforación, rotación de brocas y perforación. El espacio superior de la torre de perforación se puede instalar en el riel guía a lo largo de la torre de perforación y también está equipado con tubos de perforación roscados para carga y descarga, que pueden completar las funciones de rotación de la sarta de perforación en el fondo del pozo, circulación del fluido de perforación y carga. y descarga de tubos de perforación y perforación con plataformas de perforación. El dispositivo está suspendido debajo del sistema de desplazamiento, hace girar directamente las herramientas de perforación y las alimenta hacia abajo a lo largo del riel guía especial de la torre de perforación, reemplazando así la plataforma giratoria y el tubo de perforación cuadrado, completando la perforación rotativa, circulando el fluido de perforación y cargando y descargando la tubería de perforación. Esperando diversas operaciones de perforación. Por lo tanto, el sistema de perforación con accionamiento superior consta principalmente de tres partes: el conjunto del motor de perforación autorroscante, el conjunto de guía deslizante y el dispositivo de grillete superior de la tubería de perforación, como se muestra en la Figura 3-43.
Debido a que el dispositivo está ubicado debajo del balancín de la plataforma de perforación y la posición de conducción es más alta que la posición original de la plataforma giratoria, se denomina dispositivo de perforación de accionamiento superior. Como se muestra en la Figura 3-44, el dispositivo de perforación de accionamiento superior se puede conectar a la columna (tres tubos de perforación forman la columna) para perforar, eliminando la operación convencional de conectar y descargar el Kelly al perforar en la mesa giratoria, lo que puede ahorre tiempo de perforación de 20 a 25, al tiempo que reduce la intensidad laboral de los trabajadores y reduce el riesgo de accidentes personales para los operadores. Al perforar con un dispositivo de accionamiento superior, el fluido de perforación puede circular y las herramientas de perforación pueden girar mientras las herramientas de perforación se elevan y bajan, lo cual es beneficioso para manejar condiciones subterráneas complejas y accidentes de perforación, y es muy beneficioso para la construcción de perforación. de pozos profundos y pozos de procesos especiales. La perforación con accionamiento superior le da a la plataforma de perforación una nueva apariencia y crea las condiciones para la perforación automatizada en el futuro.
3 Sistema de circulación Para utilizar fluido de limpieza de pozos para eliminar la grava del fondo del pozo en cualquier momento y garantizar una perforación continua, la plataforma de perforación está equipada con un sistema de circulación, como se muestra en la Figura 3-45.
Incluye bombas de perforación, tuberías de superficie, piscinas y tanques de lodo, equipos de purificación de lodo, equipos de mezcla de lodo, etc. En la perforación con chorro y con turbina, el sistema de circulación también es responsable de transmitir energía. Al perforar, se utilizan bombas de perforación para hacer circular el lodo y la forma básica que se utiliza actualmente es una bomba alternativa. Por lo tanto, la bomba de perforación se puede utilizar como una bomba alternativa típica.
Figura 3-44 La parte de conexión en la parte inferior del tubo de perforación de varilla única que utiliza el accionamiento superior es la broca. La broca es la herramienta principal para romper rocas. Broca de tres conos, que se compone principalmente de garras (también se compone de palmas dentadas), conos, cojinetes, etc. Además, existe un sistema de compensación del depósito que suministra lubricante a los cojinetes, sellos y boquillas para la perforación por aspersión. La rueda dentada tiene dientes distribuidos sobre ella. Si los dientes se fresan en el cuerpo de la broca con una fresa, se llama diente de fresado o broca con dientes de acero; si está incrustado en el cono con carburo (aleación de tungsteno-cobalto), se llama broca con dientes de inserción. Las formas de los tres conos de los tres conos son diferentes. El primer cono tiene una forma completa, parte de la parte superior del segundo cono está cortada y la parte superior del tercer cono tiene un corte más grande. Hay dos tipos de rodamientos que se utilizan en las brocas de cono de rodillos: rodamientos y rodamientos deslizantes. Los rodamientos deslizantes tienen dimensiones radiales más pequeñas. Los rodamientos deben sellarse para evitar que entren sedimentos y desechos en la cavidad del rodamiento. La nueva broca que se usa comúnmente ahora es una broca "cuatro en uno" con carburo, sello de cojinete, cojinete deslizante y orificio de lechada. Cuando la broca está trabajando en el fondo del pozo, el cono no solo gira alrededor del eje de la broca, sino que también gira alrededor de su propio eje y se desliza en el fondo del pozo. Entonces, la forma en que un taladro rompe la roca es una combinación de impacto, compresión y cizallamiento. Las brocas de cono de rodillo pueden perforar formaciones tanto blandas como duras. Se pueden seleccionar diferentes brocas de cono de rodillo según las características de la formación y la dureza de la roca.
Figura 3-45 Sistema de circulación
Figura 3-46 La estructura de un cuerpo de broca en L de tres conos; placa de 2 garras y 4 ojos; ; 5 pestillos; 6 rodillos; 7 bolas; bomba de perforación de 8 pestillos El principio de funcionamiento de la bomba de perforación con pestillo es que el motor impulsa el eje principal de la bomba para que gire a través de correas, engranajes y otros componentes de transmisión. La varilla conectada al eje principal impulsa el pistón para que se mueva alternativamente en el cilindro del pistón, formando una presión negativa en el cilindro del pistón y succionando la presión atmosférica en la superficie del líquido en la piscina. Apriete para abrir la válvula de succión e ingrese al cilindro hasta que el pistón se mueva a la posición más a la derecha (Figura 3-47). Este proceso se llama proceso de succión de la bomba. Cuando el pistón se mueve a la posición más a la derecha (es decir, la manivela gira 180°), el pistón comienza a moverse hacia la izquierda, el líquido en el cilindro se aprieta y la presión aumenta, por lo que la válvula de succión se cierra y la válvula de descarga Se abre y el líquido sale del pistón, ingresa a la piscina de drenaje a través de la válvula de descarga y la tubería de descarga. Este proceso se llama proceso de descarga de la bomba.
Figura 3-47 Bomba de perforación de tres cilindros Las bombas alternativas se utilizan ampliamente en la industria petrolera. Las minas de petróleo a menudo necesitan transportar líquidos con alta viscosidad, gran gravedad específica y alto contenido de arena a alta presión. El caudal es relativamente pequeño. Se puede ver al comparar las características de trabajo de varias bombas que la bomba alternativa es más adecuada para esta situación. Las bombas alternativas se utilizan para hacer circular lodo e inyectar cemento durante la perforación. En la extracción de petróleo, se utilizan para el transporte de petróleo crudo, limpieza de pozos, inyección de agua y fractura de formaciones. La bomba para pozos profundos en los equipos de bombeo de petróleo también es una bomba alternativa con una estructura especial. Por lo tanto, la bomba alternativa es uno de los equipos clave comúnmente utilizados en las minas de petróleo.
Durante el proceso de perforación, los recortes de perforación producidos en el fondo del pozo son llevados a la superficie por el fluido de perforación, y los recortes de perforación deben retirarse del fluido de perforación de manera oportuna. La criba vibratoria es uno de los equipos de perforación necesarios para eliminar los recortes de perforación. Su principio de funcionamiento es que la rotación del motor de excitación impulsa el movimiento del eje excéntrico, lo que hace que la criba vibre y separe los recortes de perforación, como se muestra en la Figura 3. -48.
4 Otros equipos auxiliares (1) Equipos de potencia.
Los equipos eléctricos son los equipos eléctricos que accionan cabrestantes, plataformas giratorias, bombas de perforación y otra maquinaria de trabajo. Algunos son motores diésel y otros son motores de CA o CC.
Figura 3-48 Criba lineal autosincronizable 1-Vibrador; 2-Caja de criba; 3-Superficie de criba; 4-Resorte de soporte; 5-Sistema de transmisión del motor de excitación.
La principal tarea del sistema de transmisión es transmitir y distribuir la energía del motor a varias máquinas en funcionamiento. Dado que existe una cierta brecha entre las características del motor y las características requeridas por la maquinaria en funcionamiento, se requiere que el sistema de transmisión incluya mecanismos como desaceleración, paralelo, marcha atrás y cambio de velocidad.
A veces, sobre la base de la transmisión mecánica, también existe la transmisión hidráulica, la transmisión hidráulica o el dispositivo de transmisión eléctrica (embrague electromagnético), etc.
(3) Sistema de control.
Para dirigir el trabajo coordinado de varios sistemas, toda la plataforma de perforación también está equipada con diversos equipos de control, como dispositivos de control mecánico, hidráulico o eléctrico, así como consolas centralizadas e instrumentos de observación y registro. .
(4) Base.
La base incluye la base de la plataforma de perforación, la base de la sala de máquinas y la base de la bomba de perforación. La base de un taladro montado en camión es el chasis de su automóvil o remolque.
(5) Equipos auxiliares.
Los equipos auxiliares generalmente incluyen equipos de compresión de aire, equipos de perforación de ratas, dispositivos de prevención de explosiones, equipos auxiliares de generación de energía (para dispositivos de mecanización, compresores y electricidad de iluminación) y equipos auxiliares de elevación, casas móviles (almacén de materiales, reparación). (habitación, cuarto de servicio, etc.), la perforación en zonas frías requiere equipos de aislamiento térmico.
El preventor de explosiones es un equipo importante para abrir capas de petróleo y gas a alta presión durante la perforación petrolera y garantizar una producción segura. Según sus diferentes funciones, los preventores de explosiones se pueden dividir en preventores de explosiones de doble brazo (doble propósito), preventores de explosiones giratorios y preventores de explosiones universales. Si de repente encuentra una capa de petróleo y gas a alta presión durante la perforación, puede usar un preventor de explosiones de doble ariete o un preventor de explosiones universal para sellar el pozo y evitar un accidente por explosión. Una vez que todas las herramientas de perforación están fuera del pozo, se puede utilizar un BOP de ariete universal o completamente cerrado para sellar el pozo. Se utiliza un BOP de ariete universal junto con un BOP de ariete doble para realizar operaciones de perforación mientras se pulveriza. Al perforar capas de petróleo y gas a alta presión, puede producirse una explosión que provoque accidentes graves. Para controlar la salida de fluido de perforación, petróleo, gas y agua del pozo en caso de una explosión, a menudo se instala un dispositivo de prevención de explosiones debajo de la plataforma de perforación. En la actualidad, las plataformas de perforación producidas en el país y en el extranjero están equipadas con un conjunto completo de sistemas de prevención de explosiones. Generalmente, cada equipo de perforación está equipado con de 3 a 4 juegos de BOP, como BOP de ariete, BOP giratorios y BOP universales. Los preventores de explosiones tipo ariete se dividen en ariete simple, ariete doble y ariete triple. Según las diferentes estructuras de puerta, existen tres tipos: puerta perforada, puerta ciega y puerta de tijera. La compuerta del orificio tiene un orificio en el centro del núcleo. Cuando se produce una explosión durante la perforación, puede sellar el espacio anular entre la tubería de perforación y la carcasa para evitar que el fluido de perforación, el petróleo, el gas y el agua salgan disparados del pozo. También se le llama tubería de perforación. El preventor de explosiones de ariete ciego también se denomina preventor de explosiones completamente cerrado. Su núcleo puede sellar directamente la boca del pozo y se utiliza cuando no hay tubería de perforación en la boca del pozo. La puerta de tijera puede cortar la tubería de petróleo en el pozo en caso de emergencia para garantizar la seguridad de la boca del pozo.
El diagrama esquemático de la estructura de la compuerta que se muestra en la Figura 3-49, (a) es una compuerta completamente cerrada, (b) es una compuerta semicerrada, por lo que también se la denomina reventón de doble propósito. preventor (totalmente cerrado, semicerrado); cuando hay una herramienta de perforación en el pozo, el espacio anular entre la carcasa (o pared del pozo) y la herramienta de perforación se puede cerrar, lo que se llama semicerrado cuando no la hay; herramienta de perforación en el pozo, la boca del pozo se puede cerrar y, en casos especiales, una puerta tipo tijera puede cortar las herramientas de perforación de la boca del pozo para sellar el pozo, lo que se llama sellado completo. Cuando el pozo está sellado, operaciones tales como circulación de fluido de perforación, estrangulamiento y soplado, y presión del pozo se pueden realizar a través de la tubería de conexión de salida lateral. La puerta se compone de un núcleo de caucho, un cuerpo de puerta, una placa de cubierta y tornillos. El cuerpo de la compuerta está hecho de acero aleado y puede soportar alta presión; el núcleo de caucho tiene alta resistencia y tenacidad, lo que garantiza un buen rendimiento de sellado bajo alta presión.
Figura 3-49 Diagrama esquemático de la estructura del ariete de prevención de reventones giratorio La característica del dispositivo de prevención de reventones giratorio es que la estructura del núcleo de caucho puede abrazar firmemente la tubería de perforación y girar con la tubería de perforación, por lo tanto. sellando el orificio de perforación al mismo tiempo. El espacio anular entre la varilla y la carcasa cumple con los requisitos del proceso de perforación mientras se pulveriza. El núcleo de goma del dispositivo de prevención de reventones universal puede sellar cualquier herramienta de perforación en cuestión de segundos, ganando un tiempo valioso para el rescate. Después de que la plataforma de perforación esté equipada con tres tipos de BOP: BOP de ariete, BOP rotativo y BOP universal, se pueden usar solos o superpuestos para lograr perforación mientras se pulveriza, perforación de pozos sin presión, perforación de fondo de pozo y nuevas técnicas de perforación inversa, como. como perforación de circulación. La mayoría de los preventores de explosiones están equipados con dos juegos de controles manuales e hidráulicos para permitir el control remoto en caso de emergencia.