Investigación sobre métodos de perforación
(1) Perforación con núcleo de diamante
En la construcción de perforación de exploración geológica en todo el mundo, la tecnología de perforación más utilizada con el mejor efecto geológico integral es principalmente la perforación con núcleo de diamante. tecnología de perforación. La tecnología de perforación con extracción de testigos (WL) con cable nació por primera vez en la industria de la perforación petrolera en la década de 1940. Posteriormente fue mejorada y desarrollada por la American Longyear Company y aplicada a la construcción de perforación con extracción de minerales sólidos. Desde entonces se ha utilizado ampliamente en todo el mundo y tiene una historia de casi 70 años. El nacimiento y la aplicación exitosa de la tecnología de perforación WL ha permitido la perforación con núcleos sin perforación y ha mejorado enormemente la eficiencia de la perforación. Se denomina revolución en la tecnología de perforación con 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. Centrado en la selección de materiales, precisión del procesamiento, tratamiento térmico y dimensiones geométricas de la tubería de perforación, mejorando aún más la resistencia y tenacidad de la tubería de perforación y la confiabilidad de la rosca de conexión. Al mismo tiempo, se llevó a cabo una investigación en profundidad sobre las brocas de diamante para mejorar la vida útil de la broca y la eficiencia de la perforación.
Desde mediados de la década de 1970, China ha comenzado a investigar y promover la aplicación de la tecnología de perforación diamantina WL, que ha desempeñado un papel importante en la prospección geológica. A finales de 1990, la carga de trabajo de perforación alcanzó los 1505 m, la velocidad de perforación y la eficiencia de la plataforma mejoraron enormemente y se lograron importantes beneficios económicos y sociales. Esta tecnología se ha vuelto casi universal en el campo de la prospección en todo el país, por lo que ganó el primer premio del Premio Nacional al Progreso Científico y Tecnológico [65438] Sin embargo, en los diez años transcurridos desde 1992, debido a la fuerte reducción de la carga de trabajo de exploración mineral y la transformación de unidades de construcción de perforación en el campo de cimientos de construcción. La aplicación de la tecnología de perforación diamantina WL también se ha reducido significativamente, lo que resulta en que el desarrollo de esta tecnología sea muy lento o incluso estancado, ampliando aún más la brecha con los avanzados. países extranjeros. Existen lagunas obvias en la vida útil, la confiabilidad, la eficiencia de perforación y la profundidad de perforación de los tubos de perforación WL. La cantidad de trabajo de perforación con núcleo realizado con la tecnología de perforación WL es menor que la de todos. En los últimos años, con el surgimiento de una nueva ola de prospección geológica, esta tecnología se ha restaurado y desarrollado, y se ha ampliado aún más la amplitud y profundidad de su aplicación. Las oficinas provinciales de prospección geológica representadas por Shandong y Hebei han promovido y mejorado aún más esta tecnología, desempeñando un papel destacado en "excavar profundamente para encontrar puntos ciegos" y mejorar la eficiencia. Muchos indicadores, como la profundidad de perforación y la eficiencia de la perforación, han seguido logrando avances y el nivel técnico ha mejorado considerablemente.
(2) Perforación rotativa por impacto con martillo hidráulico
Los países extranjeros siempre han otorgado gran importancia al desarrollo de la tecnología de perforación rotativa por impacto 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 en Europa. En 1887, el alemán Walter Bushmann patentó un nuevo método de perforación en Inglaterra. El núcleo de esta tecnología es utilizar la energía líquida suministrada por la bomba para impulsar el impactador hidráulico para impactar continuamente la broca giratoria, logrando así una perforación por rotación por impacto. Desde la década de 1950, Estados Unidos, Canadá y la ex Unión Soviética han desarrollado varios impactadores hidráulicos prácticos. En términos de perforación geológica y minera, la investigación más efectiva es 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 utilizarse gradualmente en la práctica de producción en 1970. En la década de 1960, Hungría desarrolló cinco tipos de impactadores hidráulicos de doble efecto con un diámetro de 48 ~ 160 mm. La herramienta de perforación por impacto hidráulica está montada en un remolque especial y equipada con las correspondientes bombas, removedores de arena, herramientas de perforación, brocas y herramientas para manejo de accidentes. Es flexible y conveniente de transportar y puede servir para múltiples equipos de perforación en minas o sitios de construcción. La investigación japonesa sobre impactadores hidráulicos comenzó en la década de 1970 y el impactador hidráulico de doble efecto WH-120N desarrollado por Ligen Company tuvo éxito. Su característica más importante es que utiliza gas y líquido como fluidos de trabajo [14].
En los últimos años, ha habido relativamente pocos trabajos de investigación en el campo de los martillos hidráulicos en el extranjero. Los principales incluyen el martillo hidráulico de doble acción desarrollado por Pan American Petroleum Company, el martillo hidráulico de la serie FH desarrollado por. la Australian SDS Company y el martillo hidráulico compuesto de la Universidad Kloster de Alemania (con válvula de presión positiva y martillo de impacto de doble acción) (destinado a ser utilizado en el proyecto KTB alemán, pero no utilizado), ambos son impulsados por agua limpia (. filtro de 100 μm).
Dado que el líquido de lavado no puede proteger eficazmente la pared, la profundidad de uso es limitada y el registro de aplicación más profunda es de sólo 590 m·m.
Nuestro país inició la investigación sobre martillos hidráulicos a finales de 1958 y, a finales de la década de 1980, la investigación sobre martillos hidráulicos de nuestro país alcanzó su punto máximo. Los departamentos de geología y metalurgia han desarrollado varios tipos y especificaciones de martillos hidráulicos para perforación de núcleos de diámetro pequeño, incluidos martillos hidráulicos de acción directa, de doble acción, de reacción y compuestos. Existen más de 30 tipos de todos los modelos, y el metraje acumulado supera el millón de metros, logrando una excelente tecnología. Las estadísticas aproximadas pueden mejorar la eficiencia de la perforación entre un 30 y un 50%. Al mismo tiempo, pueden mejorar significativamente la calidad de la perforación y la tasa de extracción de núcleos, ampliar el metraje y reducir el consumo de material. En esta etapa, el nivel de investigación y aplicación de los martillos hidráulicos en mi país ha alcanzado el nivel avanzado del mundo. Es el único país después de la ex Unión Soviética [14, 26] que aplica ampliamente la tecnología de perforación con martillos hidráulicos en el campo de las pequeñas empresas. Exploración mineral de diámetro.
En la década de 1990, debido a la fuerte disminución de la carga de trabajo de exploración geológica en mi país, la inversión en investigación en martillos hidráulicos de pequeño diámetro casi se interrumpió, y estos resultados no se han aplicado ni mejorado bien. La investigación y aplicación de esta tecnología se centró en la investigación de martillos hidráulicos de gran diámetro para pozos hidrológicos, campos petroleros y construcción de ingeniería. Hasta 1997, el Instituto de Investigación de Tecnología de Exploración del Servicio Geológico de China desarrolló el nuevo martillo hidráulico de la serie YZX (Figura 1-3), cuya confiabilidad de sellado estático, resistencia a altas temperaturas y adaptabilidad a la contrapresión de pozos profundos se han mejorado y mejorado. Especialmente en el proyecto de perforación científica en China continental, el martillo hidráulico YZX 127 que desarrollaron ha perforado continuamente casi 500 veces, estableciendo un récord mundial de un solo pozo con una superficie total de 3485,71 m y una profundidad de aplicación máxima de 5118,2 m en un entorno de barro complejo. Además, el Instituto de Investigación de Tecnología de Exploración también ha desarrollado 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 proyectos de exploración y perforación científica en la parte continental, todos ellos que han tenido éxito y han contribuido a mejorar la eficiencia de la perforación, prevenir la obstrucción del núcleo, extender el metraje de retorno y reducir la desviación del pozo juegan un papel importante [14
Figura 1-3 Nuevo martillo hidráulico serie YZX
Esta tecnología se utiliza en Kedrilling La aplicación exitosa del Pozo 1 ha impulsado el avance de la tecnología de perforación en nuestro país. Al mismo tiempo, el Proyecto de Perforación Científica Continental también ha desempeñado un papel muy importante en la promoción del 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 esta tecnología procedente de China para investigaciones experimentales. Pero hasta ahora, la profundidad máxima del pozo de perforación con martillo hidráulico extranjero es de 2000 m, que fue creado por la antigua Unión Soviética (no se informa información detallada). La empresa australiana SDS cooperó con la empresa PDVSA para probar la profundidad máxima del pozo del martillo hidráulico para una perforación integral en la sección de 4333,03 ~ 4353,15 m del pozo PIC26. En general, los martillos hidráulicos para pozos profundos aún se encuentran en la etapa de investigación y prueba y aún no han alcanzado el nivel de aplicación a gran escala. Es necesario profundizar aún más el análisis teórico y la investigación nacionales sobre el rendimiento de trabajo de los martillos hidráulicos en condiciones de pozos profundos. Especialmente en las condiciones de producción ordinarias de perforación de minerales sólidos de pequeño diámetro, el sistema de control de fase sólida del lodo aún permanece en el nivel de sedimentación natural tradicional del polvo de roca. El alto contenido de fase sólida del lodo durante el proceso de perforación causa que las partes internas de. el martillo hidráulico se atasca con frecuencia y el trabajo 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 han sido reconocidas y aceptadas por todos, todavía existen relativamente pocas aplicaciones prácticas [14, 28].
(3) Perforación con circulación inversa con martillo eléctrico
En muchos países, la tecnología de perforación con circulación inversa con martillo neumático DTH (en adelante, martillo eléctrico) también se ha desarrollado enormemente. Hay dos tipos principales de esta tecnología. Uno se logra a través de una tubería de perforación de doble brazo con junta transversal de martillo eléctrico común, es decir, tecnología de perforación RC o de recuperación de muestreo central (CSR), el otro es a través de una broca de extracción de muestras RC; tubo de perforación de doble brazo se realiza mediante el martillo mecánico de tipo núcleo, es decir, la tecnología de perforación RC de tipo núcleo. Dado que la tecnología de perforación RC con martillo eléctrico ha cambiado el método tradicional de extracción de muestras y rotura de rocas, su eficiencia de perforación se puede aumentar de 3 a 10 veces y el costo se puede reducir de 1/2 a 2/3. Por lo tanto, la industria de la perforación considera que la tecnología de perforación RC con martillo eléctrico 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 habían investigado, desarrollado y aplicado ampliamente esta tecnología en la etapa exploratoria. Samplex-500 es un martillo eléctrico de orificio pasante sin válvula desarrollado en los Estados Unidos en 1989 y utilizado en plataformas de perforación CSR por las principales empresas de perforación [30]. Actualmente, hay más de 65,438,050 equipos de perforación RC con martillo eléctrico en uso solo en el oeste de los Estados Unidos para una variedad de exploraciones geológicas y minerales, incluida la exploración de depósitos de oro de placer y de roca. Se informa que la proporción de trabajos de perforación geológica completados con tecnología de perforación RC con martillo eléctrico ha superado el 80% en Australia, cerca del 80% en los Estados Unidos, cerca del 60% en el sudeste asiático y cerca del 30% en África. En algunas áreas mineras, casi todas las minas utilizan el método de perforación de muestreo continuo RC con martillo eléctrico, o están dispuestas de acuerdo con una relación de carga de trabajo de 20:1 entre la perforación de muestreo continuo RC con martillo eléctrico y la perforación WL. La profundidad máxima del pozo de perforación RC con martillo eléctrico ha superado los 700 m [16].
China lleva investigando esta tecnología desde los años 80. El Instituto de Investigación de Tecnología de Exploración y otras unidades han estudiado la tecnología común de perforación RC o CSR con martillo de orificio corto. En 1987, se introdujeron equipos de perforación canadienses para pruebas de perforación CSR. Se desarrollaron y aplicaron sucesivamente en áreas mineras individuales equipos especiales, tubos de perforación de doble pared de diferentes especificaciones y dispositivos auxiliares. El antiguo Instituto de Geología de Changchun estudió la tecnología de perforación RC con martillo DTH y desarrolló sucesivamente los martillos DTH con núcleo de la serie GQ y las correspondientes brocas de perforación RC. En particular, se han realizado muchos trabajos de investigación sobre el mecanismo RC, el principio de expulsión y el campo de flujo interno de las brocas perforadoras RC, y se han logrado muchos resultados de investigación. Sin embargo, debido a que la comunidad geológica nacional aún no ha reconocido el uso de recortes para reemplazar los núcleos de columnas tradicionales para la evaluación de recursos minerales, actualmente no existen estándares correspondientes a seguir y el diseño de perforación geológica no puede adoptar esta tecnología, por lo que esta tecnología no ha sido promovida. y aplicado. Las aplicaciones experimentales sólo se llevan a cabo cuando los estratos de la zona minera son especialmente complejos y resulta imposible perforar testigos. Por ejemplo, en la exploración geológica de formaciones complejas como la mina de molibdeno Sandaozhuang en el condado de Luanchuan, Henan, la mina de oro en Songxian, Henan, y la mina de tungsteno y estaño en Baiganhu, Xinjiang, la tecnología de perforación RC con martillo eléctrico de núcleo pasante se utiliza. Además, algunas áreas mineras financiadas por compañías mineras extranjeras, como la australiana Ruixiang Company, requieren el uso de tecnología de perforación RC en la exploración de la mina de oro Zhengguangyan en Nenjiang, Heilongjiang. Se han logrado importantes beneficios técnicos y económicos después de su adopción, con un aumento de la eficiencia de la construcción de perforación de 3 a 10 veces y una reducción de los costos de 1/2 a 2/3 [29].
(4) Perforación con espuma
La espuma utilizada en la ingeniería de perforación comenzó a mediados de la década de 1950. En ese momento, Nevada utilizó por primera vez fluido de perforación de espuma para perforar pozos en formaciones áridas, inestables y con escasez de agua. Dado que la velocidad ascendente de la perforación con espuma es sólo 1/10 ~ 1/20 de la de la perforación con aire, la estabilidad de la pared del orificio está garantizada de manera efectiva. Desde entonces, Estados Unidos ha seguido investigando 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 de extracción de petróleo a baja presión. desarrollo del campo.
La antigua Unión Soviética inició investigaciones experimentales sobre la perforación con espuma a principios de los años 1960. En la década de 1970, la perforación con extracción de muestras de diamante de pequeño diámetro comenzó con espuma 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. Después de más de diez años de investigación preliminar, se ha demostrado que, en comparación con el fluido de lavado convencional, la tasa de penetración mecánica de la plataforma de perforación aumenta en un 30%, la cantidad de metraje de perforación 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 con tecnología de perforación de espuma en la ex Unión Soviética era de casi 10 × 104 m, y el suministro de diversos agentes espumantes también era de 60 a 70 toneladas [31, 32].
En los Estados Unidos, Canadá, Alemania, el Reino Unido y otros países, la tecnología de perforación con espuma también se ha desarrollado rápidamente y ha sido catalogada como la dirección del futuro desarrollo de nuevas tecnologías. A principios de la década de 1980, Estados Unidos básicamente completó varios trabajos de investigación sobre perforación con espuma. En 1980, Sandia National Corporation desarrolló más de 100 agentes espumantes catiónicos, aniónicos, compuestos y no iónicos para satisfacer las necesidades de la perforación con espuma en diversas condiciones de formación complejas. Los equipos de perforación con espuma han alcanzado la serialización; la tecnología de perforación ha alcanzado el nivel de control por computadora.
La investigación de mi país sobre esta tecnología comenzó tarde.
A mediados de la década de 1980, la espuma se utilizó por primera vez para la limpieza y perforación de pozos en sistemas petroleros y se desarrollaron agentes espumantes como el F873 y el TAS. Desde entonces, los sistemas geológicos y de carbón también han llevado a cabo trabajos de investigación en esta área y han desarrollado sucesivamente KZF123, CD-1, CDT-812, CDT-813, DF-1 y ADF-1. Sin embargo, debido a la fuerte reducción en la carga de trabajo de perforación geológica, la inversión inicial de la tecnología, el consumo de energía y los costos de recuperación de espuma son más altos que los 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 Tierras y Recursos Minerales para investigar un dispositivo de refuerzo de espuma para bomba de agua y logró una eficiencia volumétrica de la bomba de refuerzo de espuma del 90%. . En 2000, con el fin de cooperar con el desarrollo de la región occidental, basándose en la investigación anterior, se desarrolló especialmente un sistema de infusión de espuma presurizada con bomba de agua a gran escala. Después de las pruebas de construcción reales en el área de Xihaigu de Ningxia, la capacidad de bombeo de la bomba de agua alcanzó los 5 MPa, lo cual es gratificante [31, 32]. Además, la Comisión Provincial de Ciencia y Tecnología de Jilin ha iniciado una investigación especial sobre los martillos DTH de espuma y ha logrado grandes avances, pero actualmente se necesitan más investigaciones experimentales y mejoras antes de que puedan usarse en producción.