(1) Tecnología antidesviación de las herramientas de perforación de orificio completo
La tecnología antidesviación de las herramientas de perforación de orificio completo consiste en optimizar la estructura de las herramientas de perforación en la parte inferior de la Agujero y aumenta la longitud y rigidez de las herramientas de perforación de gran diámetro para lograr "rigidez", recta, completa, larga", reduce el espacio entre la herramienta de perforación de gran diámetro y la pared del agujero, para debilitar la fuerza de deflexión o La fuerza de flexión causada por la flexión de cuerpos rígidos flexibles, como la sarta de tubería de perforación superior, garantiza la concentración de la presión axial y evita la perforación. El orificio se dobla (como se muestra en la Figura 9-8).
Figura 9-8 Herramienta de perforación de orificio completo
1. Características de la herramienta de perforación de orificio completo
(1) Rigidez: el espesor de la pared del tubo central es de 10 mm y las propiedades mecánicas cumplen con: resistencia Resistencia a la tracción бB = 750 MPa, valor elástico бS = 550 MPa, lo que garantiza que no se doble bajo un peso de perforación normal.
(2) Recto: seleccione cuidadosamente los tubos centrales y asegúrese estrictamente de la concentricidad y coaxialidad de las roscas de conexión de las herramientas de perforación de gran diámetro.
(3) Completo: conecte las 2 herramientas de perforación originales (tubos exteriores) en una herramienta de perforación larga e instale un escariador en los extremos superior e inferior de cada herramienta de perforación (Figura 9 -9), de modo que que hay exactamente 4 escariadores en ambos extremos y en el medio de la herramienta de perforación de gran diámetro, el diámetro exterior del escariador es 0,4 ~ 0,5 m mayor que el diámetro exterior de la broca, de modo que la herramienta de perforación de gran diámetro; Puede llenar los agujeros para evitar en la medida de lo posible que la herramienta de perforación se incline en el fondo del agujero.
Figura 9-9 Agregue un escariador a cada extremo de la herramienta de perforación
(4) Longitud: conecte las dos herramientas de perforación juntas para duplicar la longitud de la herramienta de perforación de diámetro grueso Alcanzando unos 8 m.
2. Equipo técnico y medidas de proceso
(1) Seleccionar una plataforma de perforación con excelente rendimiento. Los equipos de perforación XY-6B, HXY-6 y HXY-8 se utilizan para garantizar que la tubería de perforación activa no se doble y que el mandril quede firmemente sujeto sin ningún movimiento suelto. Instale la plataforma de perforación para asegurarse de que esté recta, nivelada y estable. Instalación de tubería con orificio, asegurando la verticalidad. Y asegúrese de que el borde de ataque de la grúa torre de perforación, el centro del giratorio y el centro del tubo del orificio estén en la misma línea recta.
(2) Controlar estrictamente la calidad de la apertura del orificio y el cambio de diámetro. Al abrir un orificio, presione ligeramente, gire lentamente y opere con precaución para garantizar que el orificio esté vertical. Al cambiar el diámetro, utilice una herramienta de perforación con centralizador, controle la presión y la velocidad de rotación, perfore aproximadamente 1 my luego cambie a una herramienta de perforación normal para garantizar la concentricidad.
(3) Controle estrictamente el peso de perforación. Además de implementar estrictamente la perforación a baja presión y baja velocidad al abrir orificios y cambiar diámetros, cuando la perforación normal encuentra capas cambiantes, se adopta el valor límite inferior para la presión de perforación. Por ejemplo, el peso de perforación del S75WL es generalmente de 9~10 kN. Cuando se utiliza la perforación rotativa de impacto con martillo hidráulico WL, la presión de perforación se controla a 8~9 kN.
(4) Controle estrictamente la velocidad de alimentación. Especialmente cuando la formación cambia de dura a blanda o relativamente rota, la velocidad de alimentación no se puede aumentar repentinamente. Debe controlarse y la velocidad de alimentación debe aumentarse lenta, uniforme y moderada.
3. Análisis y efecto de perforación real
En el área de mineral de hierro de Jining, se utiliza la ley de flexión de perforación de "entrada superior", herramientas de perforación de pozo completo y las mencionadas anteriormente. Se utilizan medidas técnicas y tecnológicas para controlar y reducir la perforación. El ángulo superior del pozo se desvía de modo que la distancia de desplazamiento del fondo del pozo no exceda la mitad del espaciado de las líneas de exploración y el ángulo de azimut no exceda el rango de 30° a 30°. 80°. La prueba de perforación real completó con éxito 7 pozos profundos, como ZK401, ZK701 y ZK703, y logró resultados obvios en la reducción de la resistencia a la flexión en el ángulo superior de la perforación (Figura 9-10. La resistencia a la flexión promedio de la perforación desde 1100 m hasta el final). El hoyo final fue de 3.03°/100m (Tabla 9-4), que es 53.5% menor que la resistencia a la flexión de los hoyos perforados en la construcción anterior (6.51°/100m), y ha logrado un gran avance en la profundidad de perforación, con el más profundo. alcanzando los 2100,18m.
Figura 9-10 Comparación de las condiciones de flexión del pozo (parte) completado antes y después de usar la tecnología anti-desviación de la herramienta de perforación de pozo completo
Tabla 9-4 Construcción de construcción forzada utilizando la tecnología anti-desviación de la herramienta de perforación de pozo completo Resistencia a la flexión del ángulo superior de agujeros profundos en formaciones inclinadas
(2) Broca anti-desviación + tecnología anti-desviación de- herramientas de perforación de pozos
El uso de herramientas de perforación de pozos completos reduce la flexión del pozo hasta cierto punto y logra mejores resultados. El efecto es obvio, pero el efecto anti-sesgo de algunos pozos no es ideal. Por ejemplo, la resistencia a la flexión de los pozos ZK3502 y ZK3503 sigue siendo relativamente grande, y la sección del pozo inclinado con una profundidad de 1100 m alcanza 10,28°/100 m y 5,36°/100 m respectivamente. Se utilizan herramientas de perforación de agujeros, brocas antidesviación.
1. Mecanismo anti-deflexión de las brocas anti-deflexión
Uno de los principales motivos de la desviación de la broca es el microdeslizamiento del labio inferior de la broca. un poco a lo largo del fondo del agujero. Si el labio inferior de la broca especialmente diseñado puede reducir o evitar que la broca se deslice a lo largo del fondo del agujero, entonces también se reducirá o incluso se evitará la aparición de inclinación del agujero.
La broca antidesviación adopta un diseño único de fondo cónico con superficie de labio inferior con ranura de múltiples anillos (Figura 9-11), aumenta la "fuerza de sujeción" y el "efecto centrípeto" sobre la roca. en el fondo del agujero”, la superficie del labio inferior en forma de arco más tradicional reduce en gran medida el deslizamiento de la superficie del labio inferior de la broca, en segundo lugar, reduce el área de la superficie del labio inferior de la broca y “aumenta” relativamente el peso de perforación; bajo una presión de perforación más pequeña. Esto permite que la broca talle rocas más rápido y aumenta la velocidad de perforación. Por lo tanto, puede reducir o evitar efectivamente el deslizamiento lateral del labio inferior de la broca, logrando así el propósito de evitar la deflexión.
Figura 9-11 Broca cónica antidesviación de labio inferior con ranura multianillo
2 Medidas técnicas y de proceso
Además del equipamiento técnico mencionado anteriormente. y medidas del proceso Sobre esta base, se deben tomar las siguientes medidas:
(1) Después de que se desgaste la ranura del anillo del labio inferior de la broca, se debe reemplazar una broca nueva a tiempo. Las brocas antideflexión se basan principalmente en la ranura del anillo del labio inferior para evitar o reducir la declinación del orificio. Por lo tanto, la broca debe reemplazarse a tiempo después de que se desgaste la ranura del anillo del labio inferior (Figura 9-12). La broca reemplazada se puede utilizar en formaciones no inclinadas de pozos poco profundos.
(2) Utilice brocas antidesviación + herramientas de perforación de orificio completo en combinación para lograr mejores efectos antidesviación.
(3) Controle estrictamente el peso de perforación y la velocidad de avance. Después de perforar en la formación inclinada por la fuerza de filita, es aconsejable perforar con un peso pequeño en la broca, especialmente cuando la formación está rota. Mientras se controla el peso en la broca, también se debe controlar la velocidad de avance. en la broca debe ser de 800~900kN. La velocidad de alimentación se controla a 8~10 cm/min.
3. Análisis y efecto de perforación real
De acuerdo con el plan original, la tecnología antidesviación de la broca antidesviación + herramienta de perforación de orificio completo se probará y aplicará desde el principio. Orificios ZK003 y ZK301 Debido a la matriz de broca antidesviación, la fuerza de la raíz no es suficiente y los bloques de neumáticos se desgastan durante el proceso de perforación (Figura 9-13), por lo que se suspende el uso. Posteriormente, después de que el fabricante lo mejorara, se utilizaron dos equipos de perforación de la misma unidad (Lunan Geological Engineering Survey Institute) en cuatro pruebas de perforación, incluida la ZK3102, y lograron mejores resultados (Figura 9-14). Los cuatro pozos por debajo de 1100 m fueron fuertes. La resistencia a la flexión promedio de perforación de la sección del orificio de deflexión es de 2,45°/100 m (Tabla 9-5), que es 6,39°/100 m que la resistencia a la flexión promedio de los dos orificios ZK003 y ZK301 que no se construyeron con brocas anti-inclinación antes. (Cuadro 9-3 Calculado) cayó un 61,66%. ?
Figura 9-12 La broca se reemplaza después de que se desgasta la superficie del labio
Figura 9-13 Diagrama esquemático de la broca antideflexión cuando el bloque del neumático está dañado
(3) Martillo hidráulico fluido Tecnología antidesviación de perforación rotativa de impacto WL
1. Principio de funcionamiento de perforación del martillo hidráulico WL
Tome la perforación WL del martillo hidráulico de la serie SYZX como un ejemplo de perforación WL del martillo hidráulico de la serie SYZX La herramienta es una combinación de un martillo hidráulico compuesto de doble boquilla y una herramienta de perforación WL. Se compone principalmente de un sistema de rescate, un sistema de impacto (martillo hidráulico), una transmisión de potencia y un solo. -sistema de acción, sistema de trituración y recogida de rocas, etc. Se agrega un martillo hidráulico al conjunto del tubo interior de la herramienta de perforación WL. El martillo hidráulico es el núcleo de esta tecnología de perforación. El martillo hidráulico consta principalmente de boquilla, válvula, camisa de cilindro superior, pistón superior (boquilla inferior), ariete, pistón inferior, camisa de cilindro inferior y eje del martillo (Figura 9-15).
Figura 9-14 Comparación entre la tecnología antidesviación de la combinación de broca antidesviación + herramienta de perforación de gran diámetro y la situación de flexión de los orificios de perforación en la construcción inicial
Tabla 9-5 Uso de la broca antidesviación + taladro de agujero completo La herramienta de perforación de construcción combinada fortalece la resistencia a la flexión de agujeros profundos en estratos inclinados
Figura 9-15 Diagrama esquemático del principio estructural del SYZX martillo hidráulico de serie
Al arrancar, el líquido de trabajo se rocía desde la boquilla superior hacia afuera, el efecto de arrastre del chorro de alta velocidad atrae el medio desde la cámara superior de la camisa del cilindro superior a la cámara inferior, y la cámara superior se despresuriza rápidamente. Al mismo tiempo, debido al efecto estrangulador de la boquilla inferior, la presión en la cámara inferior de la camisa del cilindro superior aumenta haciendo que la válvula se mueva rápidamente hasta el límite superior; El flujo de líquido que ingresa a la cámara inferior se expulsa a alta velocidad a través de la boquilla inferior. La presión en la cavidad del cuerpo del martillo también se reduce debido al efecto de arrastre. La presión en la parte inferior del pistón inferior conectado al ariete aumenta debido a. el corte del camino del agua, formando así una diferencia de presión. El ariete se mueve hacia arriba para alcanzar el límite superior de la carrera, y el pistón superior hace contacto con la válvula para cerrar el canal y termina el viaje de regreso. Durante la carrera, debido a que la parte superior del pistón superior del ariete y el extremo inferior de la válvula viva están cerrados, el flujo de líquido de alta velocidad se corta rápidamente, lo que provoca un golpe de ariete y la presión en la cámara superior aumenta bruscamente. Al mismo tiempo, la presión en la cámara inferior del ariete cae bruscamente, por lo que la presión entre las cámaras superior e inferior. La diferencia de presión impulsa el pistón del ariete y la válvula viva hacia abajo. Después de que la válvula viva alcanza el límite inferior de su carrera, el pistón del ariete continúa moviéndose hacia abajo debido a la inercia hasta que impacta el yunque (junta del eje del martillo). La válvula viva y el pistón martillo entran en el viaje de regreso del siguiente ciclo y el impacto se genera una y otra vez.
Durante el proceso de perforación, la energía de impacto generada por el impacto del martillo hidráulico se transmite al tubo exterior a través del sistema de transmisión de potencia y actúa sobre la broca, provocando que la broca rompa la roca debajo. la doble acción de impacto y rotación.
2. Mecanismo antidesviación de perforación con martillo hidráulico WL
Utilizando la tecnología de perforación con martillo hidráulico WL, la herramienta de perforación puede realizar perforación rotativa de impacto con una presión de perforación pequeña y baja velocidad. Según la teoría antidesviación de Rubinsky, la desviación del pozo se puede reducir hasta cierto punto reduciendo el peso de la perforación. En la perforación rotativa por impacto, la carga generada por el impacto siempre se transmite a la broca a lo largo del eje de perforación, y alcanza instantáneamente un valor máximo, que es más de diez veces o incluso decenas de veces mayor que la presión estática axial en la perforación rotativa general. perforación. Debido a que la velocidad del impacto es rápida, el tiempo es corto y la fuerza es grande, la tensión y la deformación en el área local donde se estresa la roca están altamente concentradas y no hay tiempo para transferirse a las rocas circundantes. no es propenso a la deformación plástica, lo que no solo favorece la formación de fractura volumétrica de la roca, sino que también puede superar eficazmente la anisotropía de las rocas, lo que es beneficioso para prevenir y reducir la inclinación del agujero [66].
3. Selección de la herramienta de perforación del martillo hidráulico WL
Para evitar la deflexión durante la perforación profunda, primero se debe adaptar el martillo hidráulico seleccionado para la perforación profunda. Antes de los años 1990, la profundidad de perforación del martillo hidráulico WL era de poco más de 1.000 m. Debido a años de investigación y pocas aplicaciones, actualmente no hay muchos martillos hidráulicos que puedan usarse para perforación WL de pequeño diámetro en China. Sólo están disponibles unos pocos tipos desarrollados por el Instituto de Tecnología de Exploración. El martillo hidráulico de la serie SYZX es un martillo hidráulico de mayor diámetro especialmente desarrollado para perforación científica en China continental. Después de una minuciosa investigación, logramos un gran avance en tecnología y la aplicamos con éxito en la construcción de nuestra empresa, alcanzando el nivel líder internacional. En particular, se ha mejorado enormemente la confiabilidad del sello estático y su adaptabilidad a la contrapresión del pozo profundo. El martillo hidráulico de diámetro pequeño de la serie SYZX (Figura 9-16) desarrollado con esta tecnología es actualmente el tipo más avanzado.
Figura 9-16 Herramienta de perforación WL con martillo hidráulico SYZX
Características de la herramienta de perforación WL con martillo hidráulico SYZX75:
(1) Tubos internos y externos Los sellos mecánicos son Se utiliza para los sellos entre el martillo de la válvula y las áreas de alta y baja presión del martillo de la válvula. Se elimina el anillo del acelerador fijo y el impacto de la almohadilla de agua del yunque es pequeño, lo que mejora la adaptabilidad a la contrapresión y favorece la profundidad. perforación de orificios;
(2) Se utilizan sellos mecánicos, que tienen mayor resistencia al desgaste y una vida útil más larga que los sellos de goma, y las ranuras en espiral en las juntas de sellado, válvulas y martillos también tienen funciones de descarga de arena y centrado hidráulico. , lo que mejora el efecto de lavado del martillo hidráulico. La adaptabilidad del líquido reduce la resistencia a la fricción, lo que favorece el funcionamiento normal del martillo hidráulico;
(3) La estructura de distribución de flujo de doble boquilla. se adopta para reducir en gran medida la resistencia al golpe, de modo que la potencia de impacto sea mayor que la del martillo hidráulico tradicional. Una mejora significativa;
(4) Debido al movimiento de diferencia de presión generado por cada válvula de martillo, se reduce el número de pares de sellado y se simplifica la estructura de la herramienta de perforación;
(5) No hay piezas de resorte que se dañen fácilmente en el martillo hidráulico y la herramienta de perforación tiene una larga vida útil;
(6) El dispositivo de transmisión de energía de impacto adopta una estructura rígida mutuamente inclusiva, que es simple, confiable y tiene una larga vida útil, y puede repararse y reemplazarse durante el uso Conveniente;
(7 ) Los parámetros estructurales son ajustables y pueden cumplir con una variedad de requisitos de perforación;
(8) La capacidad y la presión de la bomba son bajas y se requieren menos dispositivos adicionales.
Principales parámetros de rendimiento de la herramienta de perforación WL del martillo hidráulico SYZX75:
Diámetro exterior de la herramienta de perforación 73 mm, carrera del martillo 15 ~ 25 mm, carrera libre 4 ~ 10 mm, capacidad de la bomba de trabajo 52 ~ 90 L / mín., presión de la bomba de trabajo 0.5~2.0MPa, frecuencia de impacto 25~40Hz, potencia de impacto 10~50J, longitud 5130 mm, peso 75 kg, el fluido de lavado recomendado es agua limpia, emulsión, sin fase sólida o lodo con bajo contenido de fase sólida.
4. Combinación de equipos
La perforación WL con martillo hidráulico es una tecnología de perforación compuesta formada mediante la adición de un martillo hidráulico sobre la base de la perforación WL. Por lo general, se utiliza equipo de perforación WL y solo se agrega. un tanque estabilizador de presión a la tubería de salida de la bomba de lodo. Sin embargo, en la perforación de pozos profundos, la bomba de lodo debe seleccionarse para cumplir con los requisitos de la presión de la bomba de trabajo del martillo hidráulico, y su presión nominal de la bomba generalmente debe ser más de 2 MPa mayor que la de la perforación WL ordinaria.
La plataforma de perforación real utilizada esta vez es la plataforma de perforación de eje vertical HXY-6 (Figura 9-17). Dado que la bomba de lodo de alta presión no se compró a tiempo, se siguió usando la bomba de lodo BW250 (Figura 9-18), pero se agregó un tanque estabilizador de presión con un manómetro de bomba (Figura 9-19) para eliminar el desplazamiento desigual y Reduzca la presión hidráulica. La onda de presión del golpe de ariete causada por el martillo mantiene la frecuencia de impacto del martillo hidráulico y hace que el martillo hidráulico funcione de manera estable.
Figura 9-17 Equipo de perforación de eje vertical HXY-6
Figura 9-18 Bomba de lodo BW250
Figura 9-19 Tanque de presión (con manómetro de bomba) )
5. Requisitos del proceso de perforación WL con martillo hidráulico
(1) Peso sobre la broca: Perforación rotativa de impacto con martillo hidráulico, la función principal del peso sobre la broca es dar partículas de diamante a la superficie del labio de la broca Se presiona una precarga en la roca para formar una pretensión dentro de la roca, mejorar las condiciones de transmisión de la energía del impacto, cambiar la dirección de transmisión de la carga del impacto y provocar la carga pulsante de alta frecuencia generada por el sistema hidráulico. martillo para alcanzar un valor extremadamente alto instantáneamente, lo que hace que la roca genere volumen Roto para mejorar la eficiencia de perforación.
Sin embargo, a medida que aumenta el peso de perforación, también aumenta el desgaste del filo por unidad de metraje. Para reducir el desgaste del filo, la presión de perforación no puede ser demasiado grande, pero se debe superar la fuerza de rebote del martillo hidráulico. La relación entre la presión de perforación, el desgaste de la broca y la velocidad de perforación se muestra en la Figura 9-20.
El peso de la broca también debe seleccionarse razonablemente de acuerdo con la resistencia a la compresión de las diferentes rocas. Generalmente, el peso de la broca seleccionado con un martillo hidráulico puede ser ligeramente menor que el de la broca. En la perforación convencional se puede utilizar una mejor eficiencia de perforación. Por ejemplo, el peso de la broca SYZX75 se puede seleccionar como 12 kN.
Figura 9-20 La relación entre el peso de perforación, el desgaste de la broca y la velocidad de perforación
(2) Velocidad de rotación: la velocidad de rotación se basa en las propiedades de la roca que se está perforando, Se determina la estructura, profundidad e inclinación del pozo de perforación, el modelo y las especificaciones del equipo y herramientas de perforación, así como el tamaño de la energía del impacto y el nivel de frecuencia del impacto.
Si simplemente considera la energía del impacto y la frecuencia del impacto para determinar la velocidad de rotación, puede usar la fórmula:
Tecnología y práctica de perforación de prospección profunda
En la fórmula: n——Velocidad de rotación, r/min.
D——diámetro promedio de la broca, mm;
δ——intervalo de impacto óptimo, mm
f——frecuencia de impacto del impactador, Hz; ;
m——La frecuencia de impacto óptima de la broca, Hz
Para perforación rotativa de impacto con martillo hidráulico SYZX75, n=300~400r/min.
En el proceso de producción real, debido a las complejas condiciones de trabajo en la perforación de pozos profundos y la influencia de las capacidades del equipo y otros factores, la velocidad de rotación está lejos de cumplir con los requisitos. La velocidad de rotación generalmente utilizada cuando se perfora el martillo hidráulico WL se muestra en la Tabla 9-6.
Tabla 9-6 Velocidad de rotación real del martillo hidráulico para perforación WL
(3) Volumen de la bomba y presión de la bomba: el volumen de la bomba es un parámetro importante para el funcionamiento normal del martillo hidráulico . Generalmente, bajo la condición de que los parámetros estructurales del martillo hidráulico sean ciertos, cuanto mayor sea el volumen de la bomba, mayor será la frecuencia de impacto y la energía de impacto del martillo hidráulico. Por lo tanto, el volumen de la bomba utilizado en la perforación WL con martillo hidráulico es mayor que ese. de WL convencional. Por supuesto, un volumen excesivo de la bomba no favorece la estabilidad de la pared del pozo y también afectará la vida útil de la broca, por lo que se deben tener en cuenta ambas cosas. El martillo hidráulico SYZX75 requiere un volumen de bomba nominal de 60~90L/min.
Para la perforación WL de diámetro pequeño, sin considerar las fugas, la velocidad de retorno ascendente v alcanza 0,5~0,8 m/s, lo que puede satisfacer las necesidades de enfriamiento de la broca y descarga de polvo de roca en el pozo. Debido al pequeño diámetro del orificio y al juego anular, se requiere menos volumen de bombeo.
Calcule de acuerdo con la siguiente fórmula:
Tecnología y práctica de perforación de prospección profunda
En la fórmula: Q——Volumen de la bomba, L/min.
Anillo S - área de la sección transversal del espacio anular perforado,
Agujero D - diámetro del orificio perforado, m.
Varilla D - diámetro exterior de la tubería de perforación, m.
Para perforación S75WL, Q=23~36L/min. En la producción real, considerando factores como las fugas, 40~70L/min es generalmente suficiente. Para martillos hidráulicos, el volumen de la bomba debe ser de 60~90L. ./min es aún mayor. Por lo tanto, generalmente la capacidad de la bomba que puede satisfacer el funcionamiento normal del martillo hidráulico puede cumplir con los requisitos de enfriar la broca y transportar polvo de roca. Por lo tanto, si la formación lo permite y la bomba de lodo funciona normalmente, la capacidad de la bomba del martillo hidráulico. debe quedar lo más satisfecho posible.
El rango aplicable de presión de la bomba de martillo hidráulico SYZX75 es de 1,0~5,0 MPa. Por lo tanto, mientras se adapta a los requisitos de otros factores de perforación en el pozo, a medida que aumenta la profundidad del pozo, la energía de impacto requerida para perforar la misma formación también aumentará. Por lo tanto, al realizar la construcción de un pozo profundo, el martillo hidráulico debe ser igual de potente. posible. La presión de la bomba se mantiene en el extremo superior del rango operativo recomendado. Porque el martillo hidráulico solo se puede iniciar bajo ciertas condiciones de presión de la bomba, y su efecto de impacto efectivo solo se puede ejercer cuando alcanza un cierto rango de presión de la bomba.
Durante el proceso de perforación real, al perforar la formación de piedra caliza, el fluido de lavado se pierde, desde una pérdida parcial hasta una pérdida total, y la presión de la bomba disminuye. En circunstancias normales, la bomba de lodo BW250 aún se puede utilizar normalmente entre 1300 y 1400 m. Después de eso, A medida que aumenta la profundidad del pozo, la bomba de lodo a menudo funciona a plena carga o incluso con sobrecarga, y es propensa a fallar.
(4) Broca: para la perforación WL convencional, la broca de diamante es principalmente una broca de núcleo impregnada. Hay una protuberancia de matriz en la parte posterior del filo de corte de diamante que es similar a la altura. del filo del diamante. Afecta al diamante expuesto. Desempeña un importante papel de soporte y protección. En la perforación rotativa de impacto con martillo hidráulico WL, las partículas de polvo de roca descompuestas por el volumen de roca son más grandes y tienen bordes y esquinas, lo que provoca desgaste abrasivo en la matriz. Además, la capacidad de la bomba de perforación rotativa de percusión es grande y el fluido de lavado. Tiene un fuerte impacto en la broca. La erosividad y la carga de impacto pulsante de alta frecuencia hacen que el diamante rompa las rocas fácilmente. Normalmente, la matriz de broca utilizada por el martillo hidráulico WL tiene una dureza y resistencia ligeramente mayores que las brocas de diamante convencionales. Durante la perforación rotativa de impacto, el caudal del fluido de lavado en el fondo del pozo es grande y se encuentra en un estado de flujo de impacto pulsante de alta frecuencia. La brecha entre el labio de la broca y la superficie de la roca cambia a alta frecuencia. causando que la superficie de desbordamiento del fluido de lavado en el labio de la broca impregnada de diamante se expanda, transportando polvo de roca. La capacidad mejorada para enfriar la broca reduce la adhesión y la trituración repetida del polvo de roca, lo que también es beneficioso para mejorar la eficiencia. y vida útil de la broca. Además, la herramienta de perforación inferior vibra mediante un impacto de alta frecuencia y el núcleo puede ingresar suavemente en el tubo central, evitando la obstrucción del núcleo y el pulido con diamante del labio de la broca.
En comparación con las brocas de diamante convencionales, las brocas de diamante para martillo hidráulico WL deben tener las siguientes características en cuanto a tipo y estructura:
1) Se prefieren las brocas de diamante impregnadas artificialmente;
2) Generalmente se utilizan diamantes con alta resistencia o aquellos que han sido redondeados y recubiertos de metal;
3) Porque la tenacidad al impacto de los monocristales de diamante es inversamente proporcional al tamaño de partícula. , el tamaño de partícula no puede ser demasiado grande. Utilice diamantes de aproximadamente 70 a 80 mallas, con una concentración de diamantes de aproximadamente 75%.
4) La carcasa debe tener suficiente resistencia y dureza para evitar la fragmentación por impacto. Generalmente, se utilizan neumáticos de dureza media a dura, la forma de la superficie del labio es preferiblemente de fondo plano, en forma de arco o con forma de diente circular concéntrico.
5) Debido a la gran cantidad de; Líquido de lavado, para reducir la resistencia generada cuando el fluido de lavado fluye a través de la broca, el área de paso de agua de la broca debe aumentarse, por lo que el diámetro exterior de la carcasa debe aumentarse adecuadamente.
La prueba utiliza principalmente brocas de diamante impregnadas trapezoidales de malla 60 a 80 con una concentración del 75% y HRC40±1.
(5) Líquido de lavado: los martillos hidráulicos tienen mayores requisitos de líquido de lavado, principalmente para evitar que las piezas móviles internas se bloqueen y se desgasten. En la actualidad, los fluidos de lavado de fase sólida PHP y PVA utilizados en la perforación WL con diamante generalmente pueden hacer que el martillo hidráulico SYZX75 funcione normalmente. En formaciones complejas donde se debe utilizar lodo con bajo contenido de fase sólida, se puede utilizar lodo LBM. Por supuesto, durante el proceso de construcción, es necesario mantener el rendimiento estable del fluido de lavado y evitar la intrusión de partículas sólidas y otras sustancias nocivas.
6. Resultados y análisis reales de la perforación
Esta vez, el Tercer Instituto de Estudios Geológicos utilizó la tecnología de perforación WL con martillo hidráulico para evitar (reducir) la inclinación del orificio y completó ZK001, ZK3501 y ZK4301*. * *3 hoyos. De hecho, en cada pozo de perforación, se utiliza la tecnología de perforación WL con martillo hidráulico para completar una parte de la sección del pozo, entre los cuales, pozo ZK001: 1121,08 ~ 1648,36 m; pozo ZK3501: 1287,15 ~ 1967,10 m; , *** El metraje total es de 2277,18 m. Los datos finales del inclinómetro del pozo (ángulo de vértice) se muestran en la Tabla 9-7. La curvatura del orificio perforado (el ángulo superior cambia con la profundidad del orificio) se muestra en la Figura 9-21.
Tabla 9-7 Datos del inclinómetro de pozo utilizando la tecnología de perforación WL con martillo hidráulico en el área de la mina de hierro de Jining
Continuación de tabla
Nota: Se utiliza martillo hidráulico Las secciones del pozo completados con tecnología de perforación WL son: ZK001-1121.08~1648.36m; ZK3501-1287.15~1967.10m;
Cálculo y análisis de las secciones del orificio realizadas con el martillo hidráulico WL en los orificios ZK001, ZK3501 y ZK4301. Se puede observar que la resistencia a la flexión del ángulo del ápice de la sección del orificio se ha reducido, que son 2,00°/. 100 m, respectivamente 6,40°/100 m y 3,26°/100 m, la resistencia a la flexión promedio de los tres pozos es 3,76°/100 m, que es un 42,24 % menor que la perforación de construcción WL convencional anterior (6,51°/100 m) (Tabla 9-). 8).
Tabla 9-8 Resistencia a la flexión del ángulo superior de pozos profundos en formaciones inclinadas construidas con tecnología de perforación con martillo hidráulico WL
Figura 9-21 Usando tecnología de perforación con martillo hidráulico WL y WL convencional Cambios en el ángulo superior de diferentes secciones del pozo durante la construcción
El pozo ZK001 utilizó la tecnología de perforación WL con martillo hidráulico SYZX75 de 1121,08 m a 1648,36 m. El ángulo superior aumentó de 6,2° a 1150 m a 16,2° a 1650 m°. La resistencia a la flexión promedio de la sección del agujero es de 2,00°/100 m, que es un 69,28% menor que la resistencia a la flexión promedio de los agujeros perforados en la construcción anterior (6,51°/100 m), y el efecto anti-sesgo es obvio. En la siguiente sección del pozo, debido a la fractura de la varilla del martillo hidráulico, no se pudo reparar a tiempo debido a la falta de repuestos. La perforación WL convencional no tuvo más remedio que volver a utilizarla. La desviación de la perforación se intensificó aún más. la resistencia media a la flexión aumentó a 8,41°/100 m.
El pozo ZK3501 se perforó desde 1287,15 m hasta el pozo final a 1867,10 m. El ángulo del vértice aumenta de 11,6° a 1300 m a 46,8° a 1850 m. La resistencia a la flexión promedio de la sección del agujero es de 6,40°/100 m, que es sólo un 1,69 % menor que la resistencia a la flexión promedio de los agujeros perforados en la construcción anterior (6,51). °/100m). El efecto antipendiente no es evidente.
Cuando el pozo ZK4301 se perforó a 500 m, la medición de la inclinación encontró que el ángulo del vértice del pozo alcanzó 5,1°. Debido a que el ángulo del vértice era demasiado grande, se adoptó de antemano la tecnología de perforación con martillo hidráulico WL. y cuando se perforó a 681,1 m, el ángulo superior disminuyó, pero aún es de 4,8°. Por precaución, se utiliza la culata continua LZ para la corrección de inclinación forzada. Cuando alcanza los 700,2 m, el ángulo superior se corrige a 1,6. ° Después de eso, se adopta oficialmente la tecnología del martillo hidráulico WL. Se realiza la perforación hasta 1870,12 m. Durante este período, cuando la presión de la bomba alcanzó los 7 MPa, se cambió la bomba de lodo BW320/10 para garantizar la presión de trabajo del martillo hidráulico. Sin embargo, debido a la alta presión de la bomba (BW320/10 alcanza los 9 MPa), la gran carga y el insuficiente suministro de energía local, a menudo se producen fallas y la bomba se detiene. Entre ellos, de 700 a 1050 m, el metraje fue de 350 m y el ángulo del ápice del pozo de perforación disminuyó ligeramente de 1,6° a 1,4°. Se puede decir que el ángulo del ápice del pozo de perforación se mantuvo muy bien. A partir de 1100 m, después de entrar en las rocas metamórficas del Grupo Jining, el ángulo del vértice aumenta gradualmente. Cuando se encuentra la zona de fractura entre 1400 y 1450 m, el ángulo del vértice aumenta significativamente, alcanzando 39,8° a 1870 m. Se utilizó la tecnología de perforación con martillo hidráulico WL para lograr una superficie de 1169,92 m, y la resistencia a la flexión promedio de la sección del pozo correspondiente fue de 3,26°/100 m, que fue un 49,92 % menor que la resistencia a la flexión promedio de los agujeros perforados en la construcción anterior. (6,51°/100 m), y el efecto anti-inclinación era obvio.
A juzgar por las condiciones anti-sesgo de los tres orificios, los efectos son obviamente diferentes y la reducción en el ángulo superior de perforación es bastante diferente (Figura 9-22). El efecto anti-sesgo de los orificios ZK001 y ZK4301 es obvio. La resistencia a la flexión promedio de la sección del orificio WL de los dos orificios utilizando un martillo hidráulico es de 2,89°/100 m, que es un 55,61% menor que la resistencia a la flexión promedio de la preconstrucción. La perforación (6,51°/100m), mientras que el pozo ZK3501, solo se redujo un 1,69% y no logró el efecto antipendiente deseado. Por supuesto, el pozo ZK3501 es un 6,6% más bajo que el pozo ZK3502 más cercano construido por otra plataforma de perforación de la misma unidad (Third Geological Survey Institute) en la misma línea de exploración sin martillo hidráulico WL (Tabla 9-9). No se puede decir que no haya ningún efecto, pero el efecto no es obvio.
Figura 9-22 Reducción de la resistencia a la flexión de la perforación utilizando la perforación WL con martillo hidráulico en comparación con la perforación convencional anterior
Tabla 9-9 Resistencia a la flexión del ápice del agujero profundo ZK3502
Al analizar la razón por la cual el efecto anti-pendiente del pozo ZK350 1 no es obvio, no se puede ignorar un hecho: durante el proceso de construcción del ZK350 1, se utilizó una bomba de lodo BW250/7 después de perforar hasta 1350 m. La presión de la bomba se sobrecargó, lo que provocó que el cigüeñal de la bomba de lodo se rompiera 6 veces.
La respuesta se puede encontrar en la fuga (o retorno) del fluido de lavado durante el proceso de construcción. Debido al fenómeno de fuga en la piedra caliza superior y la zona de contacto y la zona fracturada debajo del área minera, la fuga es generalmente grave durante la perforación. La mayoría de los pozos solo se pueden perforar con "fugas superiores", pero existen ciertas diferencias en los diferentes pozos. Algunos pozos todavía tienen fugas ocasionales, y muy pocos pozos se pueden perforar normalmente después de taparlos. Si hay una fuga, el alcance de la fuga y la ubicación de la fuga son muy aleatorios. El nivel estático del agua subterránea en el área minera es de aproximadamente 22 m, y la profundidad y el grado de fuga tienen un impacto directo en la presión de la bomba.
El orificio ZK001 tiene todas las fugas y la parte de la fuga es profunda (la zona de trituración alrededor de 1200 ~ 1300 m también tiene fugas graves). Cuando no se utiliza el martillo hidráulico, la presión de la bomba es de solo 2 ~ 3 MPa. Se utiliza un martillo hidráulico, la presión de la bomba es de 4 ~ 5 MPa y no supera los 6 MPa hasta 1648,36 m. La bomba de lodo BW250 puede cumplir con los requisitos de trabajo del martillo hidráulico.
En cuanto al pozo ZK3501, toda la formación de piedra caliza superior perdió agua y la zona de fractura de roca metamórfica inferior tuvo una gran cantidad de fugas cuando comenzó la perforación. La presión de la bomba no era alta, sino como polvo de roca. y el líquido de lavado aumenta durante el proceso de perforación. La pared protectora entra en acción, las grietas se bloquean y la presión de la bomba aumenta rápidamente de manera significativa. Antes de aplicar el martillo hidráulico, la presión de la bomba había alcanzado los 4-5 MPa. Después de aplicar el martillo hidráulico, la presión inicial de la bomba alcanzó los 6-7 MPa. Aunque el martillo hidráulico aún podía funcionar normalmente, la bomba de lodo BW250 ya estaba a plena capacidad. . A medida que aumenta la profundidad del pozo, la contrapresión aumenta en consecuencia, la presión de trabajo del martillo hidráulico disminuye gradualmente y la potencia de impacto disminuye hasta que no puede funcionar normalmente y pierde su función debida. En este momento, la bomba de lodo se sobrecarga gravemente, lo que provoca. el cigüeñal se rompió 6 veces (Figura 9-23), que es la razón principal por la cual el efecto antipendiente no es obvio. Además, cuando se utiliza un martillo hidráulico en el agujero ZK001, el ángulo del ápice es pequeño (entre 4,3° y 6,2°), mientras que en el agujero ZK3501, el ángulo del ápice ya es grande (entre 9,6° y 11,6°), lo que es perjudicial para el anti-sesgo. Además, durante el proceso de perforación del pozo ZK3501 en la zona rota, el control de la presión y el metraje de perforación no fue lo suficientemente estricto. Estos también tienen un cierto impacto en el efecto anti-pendiente.
Figura 9-23 Cigüeñal de bomba de lodo B W 250 fracturado
La situación del orificio ZK4301 es similar a la del orificio ZK3501, excepto que el área superior de fuga de piedra caliza es menos profunda, mientras que la inferior Zona de fractura de roca metamórfica del Grupo Jining El área de fuga es más profunda y la cantidad de fuga es menor. Esto se refleja en el hecho de que la presión de la bomba aumenta antes que la del pozo ZK3501, alcanzando 7 MPa cuando la profundidad del pozo es de 1100 m. que los requisitos para la bomba de lodo son más altos que los del orificio ZK3501. Sin embargo, debido al reemplazo oportuno de la bomba de lodo, el martillo hidráulico puede funcionar normalmente, por lo que también logra un efecto anti-inclinación más obvio.
Los cambios en el ángulo superior de los pozos ZK001, ZK3501 y ZK4301 utilizando martillos hidráulicos en la sección del pozo (más de 1100 m de profundidad) son los mismos que los de los pozos ZK402, ZK403 y ZK3502 construidos por el Equipo de perforación de la unidad que utiliza tecnología WL convencional. Al comparar los cambios en el ángulo superior de la sección, el efecto anti-desviación de la perforación WL con martillo hidráulico es obvio (Figura 9-24).
Como se puede ver en la Figura 9-24, en la misma sección del pozo por debajo de 1100 m, la unidad utiliza pozos ZK402, ZK403 y ZK3502 construidos con WL convencional. Los ángulos superiores aumentan significativamente y alcanzan 50,5 en el final. agujero °, 48° y 43,2° (Tabla 9-10), la resistencia a la flexión del ángulo del ápice de la sección del agujero es 6,16°/100m, 5,54°/100m y 10,28°/100m respectivamente, mientras que para los agujeros ZK001, ZK3501 y ZK4301, Se utiliza un martillo hidráulico. Las resistencias a la flexión de las secciones del orificio de perforación WL son 2,00°/100 m, 6,40°/100 m y 3,26°/100 m respectivamente. Incluso cuando el martillo hidráulico de pozo ZK3501 no funciona normalmente, la resistencia a la flexión promedio de la sección del pozo de prueba de los tres pozos aún cayó a 3,76°/100 m, que es menor que la resistencia a la flexión promedio de la perforación con tecnología WL convencional (6,85° /100m) 45,11%, mientras que en comparación con la resistencia a la flexión promedio (2,89°/100m) de las dos secciones del pozo de prueba de ZK001 y ZK4301, cayó un 57,81%.
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Figura 9-24 Cambios en el ángulo del ápice de perforación cuando la plataforma de perforación del Third Geological Survey Institute adopta un martillo hidráulico WL y una construcción WL convencional
Tabla 9-10 El tercer estudio geológico El instituto adopta la resistencia a la flexión del ángulo superior de algunos orificios de perforación realizados con WL convencional.
Esto demuestra que: (1) La tecnología de perforación WL con martillo hidráulico de diámetro pequeño de la serie SXYZ se puede aplicar con éxito en la construcción de perforación de orificios profundos. se utilizó en 1870,12 m, se aplicó con éxito y creó el récord más profundo de martillo hidráulico WL para perforación de minerales sólidos (2) La tecnología de perforación con martillo hidráulico WL tiene un fuerte efecto anti-inclinación en formaciones fuertemente inclinadas;