1.1.1 Estado técnico de las plataformas de perforación ultraprofundas extranjeras
Para satisfacer las necesidades de exploración y desarrollo de yacimientos de petróleo y gas más profundos, las plataformas de perforación de pozos profundos tienden a ser a gran escala, requerir alta potencia, buen rendimiento y automatización. Tiene un alto grado de precisión y puede satisfacer y adaptarse a diversas necesidades de perforación de pozos profundos. La capacidad de perforación de la plataforma de perforación alcanza los 15.000 my la carga máxima del gancho alcanza los 12.500 kN. Para mejorar la eficiencia de elevación, la potencia del cabrestante tiende a aumentar aún más y se ha lanzado un cabrestante con una potencia de 5220 kW. Además, los países extranjeros han comenzado a aplicar tecnología de conversión de frecuencia de CA a grandes plataformas de perforación ultraprofundas.
El nivel técnico actual de las plataformas de perforación en Estados Unidos representa el nivel más alto de plataformas de perforación petrolera del mundo, representado por National Oilwell Varco. Sus principales características son: ① Las plataformas de perforación tienden a ser de mayor tamaño y tener estructuras diversificadas. Por ejemplo, la potencia del cabrestante puede alcanzar los 4477 kW, la profundidad de perforación puede alcanzar los 15 000 m, la potencia del agua de la bomba de lodo puede alcanzar los 2350 kW y existen varios tipos de módulos, como los montados en vehículos, en remolques y en patines. ② Los avances en la tecnología de transmisión eléctrica han simplificado la transmisión, especialmente la tecnología de transmisión de frecuencia variable de CA, que se ha utilizado ampliamente. Se han desarrollado con éxito los cabrestantes de un solo eje accionados por engranajes Wirth y Varco ADS, y el freno auxiliar también se puede reemplazar por el freno que consume energía del motor principal. (3) La nueva torre de perforación autoelevable giratoria integral y su base, y la torre de perforación autoelevable de secciones múltiples son más seguras de subir y bajar, lo que hace que la plataforma de perforación sea más estable durante el proceso de perforación y ocupe menos área del sitio del pozo. (4) El uso de frenos de disco, dispositivos de perforación con accionamiento superior, dispositivos de drenaje automático vertical y dispositivos de perforación de hierro hacen que la perforación inteligente y automatizada sea una realidad y la perforación científica sea posible. ⑤El rendimiento de movilidad de las plataformas de perforación continúa mejorando y la capacidad de moverse rápidamente se ha convertido en la competitividad clave de las plataformas de perforación. ⑥ Preste atención a la orientación a las personas y adáptese a los requisitos de HSE.
La empresa noruega MH ha desarrollado la plataforma de perforación petrolera Ramrig de accionamiento hidráulico con una profundidad de perforación de 15.000 m y una carga nominal de 9.800 kN. Además, la planta de maquinaria pesada de los Urales de la antigua Unión Soviética, empresas canadienses y empresas alemanas y danesas han producido equipos de perforación ultraprofundas con profundidades de perforación superiores a los 12.000 m.
(1) NOV Company (National Oilwell Varco, National Oilwell Waco Company)
Las plataformas de perforación ultraprofundas producidas en los primeros años eran principalmente unidades de CC, y los productos representativos eran principalmente E3000/E3000-UDBE y 4000-UDBE. La potencia del malacate es de 2237kW y 2983kW respectivamente, y la profundidad de perforación máxima nominal puede alcanzar 9144m y 12192m respectivamente. Se trata de un malacate de múltiples velocidades internamente variable y un freno principal. Debido a las limitaciones del rango de regulación de velocidad de CC y la estructura de transmisión por cadena de alta potencia, el desarrollo de este cabrestante de múltiples velocidades internamente variable tiene ciertas limitaciones. Con el desarrollo de la tecnología de frecuencia variable de CA y la aplicación exitosa de la tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable de alta potencia, las plataformas de perforación de pozos ultraprofundos actualmente utilizan principalmente un variador de frecuencia de CA.
Las plataformas de perforación de pozos ultraprofundos de la empresa estadounidense NOV cuentan actualmente con malacates de una y dos velocidades, que funcionan básicamente con engranajes. La potencia del cabrestante es de 2983~5220kW y hay productos en todos los niveles. El freno principal adopta un frenado de consumo de energía del motor principal y el freno auxiliar adopta un freno de disco hidráulico. Equipado con bombas de perforación tipo P y tipo FC con potencia de 1641kW y presión de 51,7 MPa; equipadas con 3 tipos de ganchos y grifos de 7350kN y 9800kN (presión de trabajo 51,7MPa);
Existen varios equipos de perforación eléctricos E3000 importados de China. Los principales parámetros técnicos de la plataforma de perforación se muestran en la Tabla 1.1 (Ji Rengong et al., 1994).
Tabla 1.1 Parámetros básicos de la plataforma de perforación E3000 de la empresa estadounidense NOV
(2) Rowan Company de Estados Unidos
Rowan Company de Estados Unidos es una empresa que fabrica grandes plataformas de perforación y pozos ultraprofundos en tierra. Una empresa que cotiza en bolsa en equipos de perforación y servicios de perforación terrestre y costa afuera. Fabricamos 9 equipos de perforación de pozos ultraprofundos terrestres de 9.000 metros y 3 de 12.000 metros y renovamos 2 equipos de perforación de 12.000 metros.
Sinopec Group Corporation decidió comprar una plataforma de perforación de 12.000 m de Rowan Company. Los parámetros básicos de la plataforma de perforación se muestran en la Tabla 1.2 (Meng Xiangqing et al., 2006).
Tabla 1.2 Parámetros básicos de la plataforma de perforación de 12000m de la American Rowan Company
(3) Plataforma de perforación Ural-15000 de la ex Unión Soviética.
La perforación del pozo ultraprofundo Kola (сг-3) de la antigua Unión Soviética comenzó en mayo de 1970. Sus objetivos y tareas son: 1. Estudiar el basamento cristalino Arcaico del Escudo Boro y la estructura profunda del complejo que contiene níquel Beichengga en el área de la Península de Kola, e identificar las características de los procesos geológicos, incluida la mineralización; identificar las características de los procesos geológicos, incluida la mineralización. Las propiedades geológicas de la interfaz sísmica de la corteza continental se utilizan para obtener nueva información sobre el estado térmico de la tierra, las soluciones de aguas profundas y los gases (3) Obtener la información más completa sobre el; composición y estado físico de los materiales rocosos, y revelar y estudiar las zonas límite de las capas de granito y basalto en la corteza terrestre ④ Mejorar las tecnologías y procesos de perforación ultraprofunda existentes y crear nuevos, y métodos integrales de investigación geofísica para minerales de rocas profundas ( E.A. Kozlowski, 1989).
El pozo сг-3 utiliza motores de turbina y tubos de perforación de aleación de aluminio para perforación en pozo abierto y perforación avanzada. En la primera etapa, la profundidad de perforación es de 7263 m, utilizando el equipo de perforación Ural Mechanical-4 з (Tabla 1.3). En la segunda etapa se utilizó el equipo de perforación Ural Machinery-15000 desde 7263 metros (Tabla 65438)
Tabla 1.3 Parámetros técnicos del equipo de perforación de pozos ultraprofundos Kola
(4) Plataforma de perforación UTB-1 KTB de Alemania
El Programa Federal Alemán de Perforación Profunda Continental (KTB) es el primer programa de investigación en geociencias a gran escala de Alemania y se centra en la construcción de pozos ultraprofundos para lograr "investigación y análisis básicos". de los estados y procesos físicos y químicos de la corteza profunda para comprender la estructura, composición, dinámica y evolución de la corteza continental”. El desarrollo, construcción y operación del pozo principal de KTB (profundidad de diseño de 14.000 metros) fue completado por UTB Super Iron Drilling Co., Ltd., compuesta por Alemania, Drill Pipe Testing e ITAG. Los principales parámetros técnicos de la plataforma de perforación se muestran en la Tabla 1.4.
Tabla 1.4 Parámetros técnicos de la plataforma de perforación UTB-1 KTB
(5) Plataforma de perforación InnovaRig de la empresa alemana Herrenknecht.
En 2007, la empresa alemana Herrenknecht GmbH desarrolló la plataforma de perforación con núcleo de perforación profunda InnovaRig (Figura 1.1. Los principales parámetros técnicos de la plataforma de perforación se muestran en la Tabla 1.5).
Figura 1.1 Equipo de perforación innovador
Tabla 1.5 Parámetros técnicos del equipo de perforación Innovarig
1.1.2 Estado técnico de los equipos de perforación ultraprofundas en China
Después de 50 años Nuestros esfuerzos, especialmente el desarrollo de más de 20 años después de la reforma y apertura, han formado una serie relativamente completa de plataformas de perforación petrolera nacionales, que básicamente pueden satisfacer las necesidades de exploración y exploración de recursos de petróleo y gas. desarrollo en diferentes regiones, diferentes profundidades de pozos y diferentes condiciones ambientales en nuestro país. En los últimos años, un número considerable de plataformas de perforación nacionales han prestado servicios de perforación en el extranjero y servicios de perforación de contracontratación nacionales. Desde la perspectiva de la fabricación de equipos para equipos de perforación, en los últimos años hemos desarrollado y producido equipos de perforación con accionamiento mecánico de 1.000 a 7.000 metros, equipos de perforación con accionamiento compuesto electromecánico, equipos de perforación móviles integrados con semirremolque de remolque completo, de 4.000 a 7.000 metros. Equipos de perforación con accionamiento de CC y equipos de perforación de frecuencia variable con CA y varios equipos de perforación montados en vehículos y sobre patines por debajo de los 3000 metros. Los fabricantes de plataformas de perforación incluyen Baoji Petroleum Machinery Co., Ltd., Lanzhou Shilan National Oil Well Petroleum Engineering Co., Ltd., Sichuan Honghua Petroleum Equipment Co., Ltd., Henan Zhongyuan General Machinery Factory Petroleum Equipment Co., Ltd., Nanyang Fábrica de maquinaria petrolera, Grupo Sinopec Jianghan Petroleum La cuarta fábrica de maquinaria petrolera de la administración, Shanghai Sangao Petroleum Equipment Co., Ltd., Shengli Oilfield Petroleum Machinery Factory, etc. Sobre la base de tecnología avanzada extranjera, nuestro país ha desarrollado y aplicado sucesivamente sistemas de frenos de disco hidráulicos con cabrestante, control centralizado de la sala del perforador, estación hidráulica combinada, centralizador de carcasa totalmente hidráulico, cabezal de gato hidráulico, cabrestante hidráulico y varios tipos de elevación de boca de pozo. Dispositivos, dispositivo anticolisión con pantalla digital, motor diésel de alta potencia, línea troncal de acoplamiento hidráulico, motor de CC, motor de frecuencia variable y otras nuevas tecnologías y equipos.
Al mismo tiempo, varios fabricantes han tomado nuevas medidas para adaptarse a los requisitos del mercado internacional y han logrado nuevos avances en la mecanización e inteligencia de perforación, mejorando así significativamente el diseño, la fabricación, la tecnología de soporte y la calidad general de las plataformas de perforación nacionales, acortando considerablemente La brecha con las avanzadas plataformas de perforación extranjeras se ha mejorado significativamente (Hua, 2005).
La tecnología de las plataformas de perforación de pozos ultraprofundos apenas ha comenzado a estudiarse en nuestro país en los últimos años. En 2004, se entregó en Kuwait una plataforma de perforación impulsada por CC de 9.000 metros desarrollada conjuntamente por Lanzhou Shilan National Oilwell Petroleum Engineering Co., Ltd. y National Oilwell. Aunque el diseño general y la fabricación de componentes clave están controlados por National Oilwell, este es también el primer paso en el desarrollo de las plataformas de perforación de pozos ultraprofundos de China. La primera plataforma de perforación con accionamiento eléctrico de frecuencia variable 9000 AC desarrollada independientemente por Baoji Petroleum Machinery Co., Ltd. en 2005 se encuentra actualmente en pruebas industriales en el campo petrolero. Aunque el proyecto fue aprobado por la Comisión Estatal de Economía y Comercio ya en 2001, debido a la madurez de la tecnología de control de conversión de frecuencia de alta potencia y la confiabilidad de los cabrestantes accionados por engranajes de alta potencia, durante mucho tiempo no ha habido un usuario claro. tiempo. Con este fin, Baoshi Machinery Company desarrolló una plataforma de perforación con cabrestante de accionamiento eléctrico y engranaje de frecuencia variable de CA de 7000 m y completó la prueba industrial en julio de 2003, acumulando cierta experiencia en la aplicación de tecnología de frecuencia variable de CA de alta potencia y tecnología de perforación automatizada. Posteriormente, varios yacimientos petrolíferos también vieron las ventajas de la tecnología de frecuencia variable de CA, y las ventas de equipos de perforación con accionamiento eléctrico de frecuencia variable de CA de 5000 my 7000 m en el mercado nacional aumentaron significativamente. Con el aumento de los precios del petróleo en el mercado internacional y el aumento de la producción de pozos difíciles en mi país, también ha surgido la demanda de equipos de perforación de pozos ultraprofundos. A finales de 2004, la Corporación Nacional de Petróleo de China organizó a expertos de la industria para revisar el plan y en 2005 incluyó la plataforma de perforación de accionamiento eléctrico de frecuencia variable de CA de 9.000 m como un proyecto de investigación científica clave de la empresa del grupo. En este punto, la investigación y el desarrollo de la plataforma de perforación con accionamiento eléctrico de frecuencia variable de CA de 9000 m han entrado oficialmente en la etapa de implementación (Luo Chao et al., 2007).
En la actualidad, los fabricantes nacionales de plataformas de perforación de pozos ultraprofundos incluyen Baoji Petroleum Machinery Co., Ltd., Lanzhou Shilan National Oilwell Petroleum Engineering Co., Ltd., Sichuan Honghua Petroleum Equipment Co., Ltd., y Shanghai Sangao Petroleum Equipment Co., Ltd.
1.1.2.1 Baoji Petroleum Machinery Co., Ltd.
La plataforma de perforación de pozos ultraprofundos ZJ90/6750DB (Fig. 1.2; Tabla 1.6) se perforó en Mosuo, el interior de la cuenca Junggar en el campo petrolífero de Xinjiang el 3 de agosto de 2006. Para la perforación se utilizó el pozo Wan Shengren 1 (profundidad del pozo diseñado de 7380 metros). El primer diámetro de apertura fue de φ660,4 mm. La segunda apertura se completó en 2006. 165438 El 22 de octubre, la profundidad del pozo fue de 4463 metros y el diámetro de φ444,5 mm. Junio de 2006 5438 1 de febrero. Se bajaron con éxito 4462,02 m de revestimiento técnico con un peso de 5000 kN y un diámetro de 339,7 mm e inyectó con éxito 300 toneladas de cemento a la vez. La perforación comenzó en marzo de 2007 con un diámetro de φ 311,1 mm. El 24 de julio de 2007 se completaron 6406 metros de perforación. El 26 de julio de 2007 se bajó con éxito una carcasa técnica de 6.403,37 metros, un peso de 5.106 kN y un diámetro de φ244,5 mm. El cuarto pozo tenía un diámetro de φ215,9 mm y se perforó con éxito hasta la profundidad diseñada de 7380 m el 23 de octubre de 2007, y finalmente se profundizó la profundidad del pozo 1 hasta 7600 m.
Figura 1.2 Equipo de perforación ultraprofunda ZJ90/6750DB, utilizado para la construcción del pozo Mo de profundidad 1.
Tabla 1.6 Parámetros técnicos de las plataformas de perforación de 9.000 m y 12.000 m de Baoji Petroleum Machinery Co., Ltd.
El desarrollo de la plataforma de perforación de 12.000 m está incluido en el plan nacional 863 . Los parámetros técnicos del equipo de perforación de pozos ultraprofundos ZJ120/9000DB se muestran en la Tabla 1.6. Fue entregado el 11 de junio de 2007 y se puso en funcionamiento después de la tercera perforación del Pozo Sichuanke 1. El pozo Chuanke 1 está ubicado en la estructura Xiaoquan de la depresión occidental de Sichuan (Grupo 1, aldea Dongli, ciudad Xiaode, ciudad de Deyang, provincia de Sichuan). La profundidad del pozo diseñado es de 8.875 metros y la estructura del pozo tiene cinco partes. El tamaño de perforación completado es φ 215,9 mm y la perforación se inició el 20 de marzo de 2007 utilizando una plataforma de perforación de 7000 m.
El primer diámetro de apertura es de 660,4 mm, la profundidad del revestimiento de superficie es de 508 mm y el segundo diámetro de apertura es de 444,5 mm a 497,08 m. La perforación se completó el 7 de septiembre de 2007, con una profundidad de pozo de 3200 m. Equipo doméstico de perforación de pozos ultraprofundos de 12.000 metros - ZJ 120/9000 dB Se utilizó para tres aperturas en marzo de 2008 (Figura 1.3).
Figura 1.3 Equipo de perforación ultraprofunda ZJ 120/9000 dB para la construcción del Pozo 1 de la Sucursal de Sichuan
1.1.2.2 Lanzhou Shilan National Oil Well Petroleum Engineering Co., Ltd.
Características de rendimiento de la plataforma de perforación impulsada por CC ZJ90/5850DZ (Tabla 1.7):
1) Adopta el modo de transmisión AC-SCR-DC, con el motor diésel impulsando el alternador, el rectificador de tiristor y el motor de CC que impulsa el malacate y la plataforma giratoria, bomba de lodo.
2) El sistema de transmisión eléctrica utiliza módulos de CA totalmente digitales y módulos de CC totalmente digitales. Control de programa lógico PLC, pantalla táctil. Soporta computadoras y sus funciones de impresión (hoja de operación). Laptop de ingeniero eléctrico y software especial para pruebas en línea. El sistema tiene funciones tales como detección, diagnóstico de fallas, protección, visualización cualitativa y cuantitativa del estado operativo y control del sistema de motores diésel, generadores, sistemas SCR, motores CC, disyuntores y otras unidades.
3) Se realizan ranuras en el tambor del cabrestante; el freno principal adopta un freno de disco hidráulico, que tiene un gran par de frenado, es sensible y confiable.
La manija de operación del freno de disco está ubicada en la sala de control del perforador, lo que mejora el entorno de trabajo del perforador y reduce la intensidad de su trabajo. Los frenos auxiliares del cabrestante son frenos de consumo de energía del motor y frenos electromagnéticos de corrientes parásitas; el cabrestante está equipado con un dispositivo de bloqueo de corona anticolisión con válvula de vuelco y un sistema inteligente de control de posición del bloque móvil para evitar que el bloque móvil se mueva hacia arriba y hacia arriba. abajo. El malacate está equipado con un dispositivo de perforación automática con motor, que puede realizar funciones de perforación automática WOB constante y de desplazamiento a velocidad cero.
Tabla 1.7 Tabla de parámetros técnicos de la plataforma de perforación de 9000 m de Lanzhou Shilan National Oilwell Petroleum Engineering Co., Ltd.
4) El dispositivo de accionamiento independiente de la plataforma giratoria es impulsado por un motor de CC a través de un la caja de cambios de dos velocidades impulsa el motor de la plataforma giratoria y el motor del malacate impulsa la plataforma giratoria a través de la transmisión por cadena. Se ayudan entre sí, mejoran la confiabilidad de la plataforma de perforación y satisfacen plenamente las necesidades de la plataforma giratoria. proceso de perforación.
5) Equipado con una bomba de lodo de simple efecto de tres cilindros de alta potencia y transmisión por correa trapezoidal estrecha.
6) La torre de perforación en forma de "K" fabricada en acero en forma de "H" se levanta en su conjunto mediante la potencia del cabrestante, con un amplio campo de visión y fácil transporte.
7) La base de elevación integral en paralelogramo puede realizar la instalación a bajo nivel de equipos de piso de perforación y torre de perforación, y utilizar la potencia del malacate para levantar en su conjunto.
8) Los principales componentes mecánicos de la plataforma de perforación: grúa, bloque viajero, gancho, grifo, plataforma giratoria, torre de perforación y base, todos cumplen con las especificaciones API y están marcados con el monograma API.
Las características de rendimiento de la plataforma de perforación con accionamiento eléctrico de frecuencia variable ZJ90/5850DB AC (Tabla 1.7):
1) La plataforma de perforación adopta un diseño integrado de maquinaria, electricidad, digital y comunicación, y aplica tecnología de control vectorial avanzada y madura, tecnología de conversión de frecuencia de CA, tecnología de control digital y tecnología de comunicación de bus.
2) Adopte una avanzada tecnología de control PLC de conversión de frecuencia de CA totalmente digital y realice un control inteligente del perforador de la plataforma de perforación a través del diseño integrado de la pantalla táctil y los parámetros de gas, electricidad, hidráulicos y de perforación.
3) Malacate con transmisión por engranajes de frecuencia variable de CA de un solo eje, control digital de velocidad de circuito cerrado, uso racional de la energía y eficiencia de perforación mejorada.
4) Control de límite digital del torque de la plataforma giratoria de la bomba de lodo y la presión de la bomba para lograr protección contra exceso de torque o sobrepresión de la bomba.
5) El control inteligente de la posición del bloque móvil evita que la plataforma de perforación "choque hacia arriba y hacia abajo".
6) El freno principal del cabrestante adopta el frenado del consumo de energía del motor y el par de frenado es controlado cuantitativamente por la computadora.
7) El motor principal se utiliza para la perforación automática para realizar la automatización del avance de perforación; el perforador inteligente controla el sistema operativo para cambiar la operación de la plataforma de perforación de basada en habilidades a inteligente; Adopta un sistema de control de red que puede realizar diversas funciones, como compartir información de equipos, control automático, monitoreo centralizado, gestión de producción y gestión de equipos.
8) El equipo del piso de perforación debe instalarse en una posición más baja y elevarse junto con la torre de perforación.
9) El centralizador de carcasa totalmente hidráulico tiene un alto grado de automatización.
10) Los componentes principales de la plataforma de perforación adoptan la tecnología madura de NOV (US NOV Company) y han sido verificados por el mundo.
1.1.2.3 Shanghai Sangao Petroleum Equipment Co., Ltd.
Los parámetros técnicos de la plataforma de perforación de 9000 metros desarrollada por Shanghai Sangao Petroleum Equipment Co., Ltd. se muestran en Tabla 1.8..
Tabla 1.8 Parámetros técnicos de la plataforma de perforación de 9000 m de Shanghai Sangao Petroleum Equipment Co., Ltd.