Tecnología de perforación por circulación continua para pozos ultraprofundos de 10.000 metros
El sistema de perforación por circulación continua es la tecnología clave para realizar la tecnología de perforación por circulación continua, integrando tecnologías mecánicas, eléctricas, hidráulicas, de control y otras tecnologías multidisciplinarias. Utiliza principalmente la apertura y el cierre de la compuerta del conjunto de la cámara del motor principal para formar y controlar la conexión y el aislamiento de las cámaras selladas superior e inferior del motor principal. Coopera con el colector de derivación para completar la conmutación en derivación del canal del fluido de perforación. en la cámara cerrada para lograr un flujo ininterrumpido de fluido de perforación en un solo ciclo de tubo. La acción coordinada de las pinzas eléctricas, el dispositivo de compensación del equilibrio y las pinzas de respaldo de la cavidad se utiliza para realizar la operación automática de subida y bajada de la tubería de perforación en la cavidad sellada.
3.1.1 Estado de la investigación en el país y en el extranjero
En 1995, Laurie Ayling propuso por primera vez el concepto de perforación por circulación continua (CCD), que mantiene la circulación continua del fluido de perforación durante la conexión. proceso y solicitó la primera patente en 1999, la holandesa Shell NAM concluyó mediante un análisis de riesgo cuantitativo que la circulación continua del fluido de perforación reduciría el tiempo de perforación no operativa a la mitad y ahorraría costos operativos de 10.000 dólares estadounidenses por pozo. En 2000, entró en funcionamiento el Proyecto Industrial Conjunto para Perforación en Ciclo Continuo. El proyecto está gestionado por Maris y cuenta con el apoyo de la ITF y la "Organización Conjunta de Tecnología Industrial" compuesta por Shell, BP, Total, Statoil, BG y ENI. En 2001, el proyecto seleccionó a Varco Shaffer para participar en el desarrollo como fabricante y proveedor de equipos. En 2003, BP probó con éxito un prototipo de sistema de circulación continua en un pozo petrolero terrestre en Oklahoma, EE. UU., y luego comenzó el diseño y fabricación del prototipo de ingeniería. En 2005, ENI implementó con éxito aplicaciones comerciales de sistemas de circulación continua en el campo petrolero Agri en el sur de Italia y en el campo petrolero Port Fouad frente a la costa de Egipto. De 2006 a 2008, Statoil perforó seis pozos en yacimientos petrolíferos del Mar del Norte utilizando sistemas de circulación continua, todos con gran éxito. Después de casi 10 años de desarrollo, los sistemas de circulación continua extranjera han entrado en la etapa de promoción y aplicación. Tras el notable éxito de ENI y Statoil, BP, BG y Shell también están considerando utilizar esta tecnología por primera vez.
En China, el Instituto de Investigación de Ingeniería de Perforación de Petróleo de China ha estado siguiendo esta tecnología desde 2006 y ha comenzado a investigar. Después de años de investigación técnica, el 9 de abril de 2012, en el pozo de prueba científica construido conjuntamente por el Instituto de Investigación de Ingeniería de Perforación de Petróleo de China y la Compañía de Servicios de Tecnología de Perforación Bohai, se realizaron con éxito las acciones básicas del prototipo del sistema de perforación de circulación continua desarrollado por el instituto. Sin embargo, el sistema todavía tiene muchos problemas en términos de precisión y confiabilidad del control, y el prototipo requiere más investigación sobre tecnologías clave.
3.1.2 Tecnologías clave
Teniendo en cuenta la madurez del desarrollo tecnológico y la seguridad de las operaciones in situ, el desarrollo de sistemas de circulación continua debe basarse en las características de los 10.000 de mi país. Tecnología de perforación de pozos profundos de metros, para desarrollar tecnología de perforación de ciclo continuo con derechos de propiedad intelectual independientes. El sistema de circulación continua es una avanzada tecnología y equipo de perforación que integra maquinaria, electricidad, hidráulica y control. Para lograr con éxito el objetivo de la localización, primero debemos realizar un análisis e investigación en profundidad sobre las tecnologías clave del sistema. Las tecnologías clave y las dificultades de los sistemas de circulación continua incluyen principalmente los siguientes aspectos.
(1) Tecnología de sellado dinámico de alta presión
Bajo la circulación continua de lodo a alta presión y alta temperatura y el movimiento de la tubería de perforación (axial y rotacional), el Ariete semisellado en el sistema de conexión de orificio Se producirá rotación relativa y movimiento axial entre el ariete y la tubería de perforación, por lo que el rendimiento de sellado dinámico del ariete es una cuestión clave. En la actualidad, los productos extranjeros conectan las tuberías de perforación bajo una presión de 35 MPa y el ariete debe reemplazarse cada 40 a 50 veces.
(2) Tecnología de conexión y posicionamiento preciso de tuberías de perforación.
Las uniones de la sarta de perforación y la tubería de perforación se conectan y desmontan en la cámara de presión que no se puede observar directamente. La posición de la tubería de perforación está controlada por el movimiento hacia arriba y hacia abajo del accionamiento superior, y la posición de la sarta de perforación inferior está determinada por cuñas y conectores. Cómo mantener las uniones roscadas de la sarta de perforación y la tubería de perforación en una posición razonable para facilitar la alineación de las roscas es la clave para completar con éxito la acción del ciclo continuo y también es la clave para mejorar la eficiencia del sistema.
(3) Rosca de conexión de tubería de perforación y tecnología de protección del cuerpo de la varilla.
Protección del cuerpo del tubo de perforación. Durante el proceso de atornillado, el cuerpo de la tubería de perforación se daña fácilmente; especialmente la parte de deslizamiento de potencia, que no sólo debe soportar el peso de la sarta de perforación, sino también proporcionar suficiente torque de encendido y apagado, lo que crea un espacio entre el cuerpo de la tubería de perforación y la placa dentada deslizante. El estado de tensión es muy complejo, lo que fácilmente puede hacer que la tubería de perforación se deslice y dañe el cuerpo, o incluso que la sarta de perforación se deslice y se caiga del pozo.
El acoplamiento y ajuste de las juntas de las tuberías de perforación se realizan en una cavidad sellada y el operador no puede observar directamente la situación en la cavidad.
Al mismo tiempo, el fluido de perforación a alta presión en la cavidad hace que las roscas de la junta soporten una gran fuerza de empuje. Una operación incorrecta puede causar fácilmente daños a las roscas. Por lo tanto, al acoplar y apretar juntas, la fuerza superior del fluido de perforación debe equilibrarse mediante un dispositivo de disparo forzado para mantener la fuerza de contacto en la superficie de la junta roscada en un valor apropiado. Además, el compuesto para roscas debe ser resistente a la erosión para evitar que las roscas de las juntas se peguen.
(4) Tecnología de conversión y desviación de lodo
La clave para el control de la desviación de lodo es garantizar que la presión de circulación sea estable e ininterrumpida. Debido a la diferencia de presión entre el tubo vertical y la línea de derivación, la conmutación directa puede causar fácilmente una presión de circulación de lodo inestable, y el lodo a alta presión también puede lavarse e impactar los componentes de la válvula. Por lo tanto, antes de cambiar, se debe presurizar la tubería del lado de baja presión para eliminar la diferencia de presión entre el tubo vertical y la tubería de derivación. Esto no solo puede mantener la estabilidad de la presión de circulación del lodo, sino también eliminar los efectos adversos en la tubería. válvula y mejorar efectivamente la vida útil de la válvula.
3.1.3 Contenido de la investigación y esquema simple
El equipo principal para realizar la tecnología de perforación por circulación continua es el sistema de perforación por circulación continua, que tiene un control complejo y altos requisitos de seguridad y confiabilidad. Durante el proceso de desarrollo, es necesario realizar análisis e investigaciones en profundidad sobre tecnologías clave, como la tecnología de sellado dinámico de alta presión, la tecnología de conexión y posicionamiento preciso de la tubería de perforación, la rosca de conexión de la tubería de perforación y la tecnología de protección de la tubería de perforación, y la conmutación de lodo y tecnología de desvío.
La investigación de este proyecto se basa en una investigación completa del estado actual de la investigación en el país y en el extranjero y, a través de un análisis comparativo de la estructura de un sistema típico de perforación con circulación continua, se determina que la perforación con circulación continua El sistema a desarrollar en este proyecto consta principalmente de un conector de lodo, un shunt. Consta de un dispositivo múltiple, un manipulador de carga y descarga de tubería de perforación, un sistema de control y un sistema de energía.
(1) Contenido de la investigación
Los principales contenidos de la investigación son los siguientes: ① Investigación y análisis de datos técnicos de circulación continua de lodo nacionales y extranjeros (2) Desarrollo del control de circulación continua de lodo; proceso (3) ) Plan de implementación del sistema de circulación continua de lodo (incluido el conector de lodo, el dispositivo colector desviador, el manipulador de carga y descarga de la tubería de perforación, el sistema de control y el sistema de energía, etc. ④ Análisis de simulación de componentes clave; de cada parte del prototipo de investigación; ⑥ Fabricación y procesamiento de prototipos; ⑦ Investigación experimental de laboratorio y de campo sobre prototipos; ⑧ Investigación sobre tecnología de perforación de ciclo continuo y tecnología de optimización.
Los parámetros de diseño de referencia son: presión de trabajo ≤ 35MPa, diámetro exterior de la tubería de perforación, torque máximo 9kn·m, flujo de lodo ≤ 1200gpm (75.7L/s).
(2) Plan de investigación
La junta de lodo puede estar compuesta por tres estructuras similares a los preventores de explosiones. Cada estructura tiene una placa de sellado en el interior y la compuerta de sellado inverso está en la parte inferior. estructura, la placa ciega está en el medio. Las estructuras superior e inferior están equipadas con derivaciones y válvulas, y están conectadas al dispositivo colector de derivación. Cuando se conecta una sola tubería, se utiliza como canal para presurizar, descomprimir y mantener la circulación del fluido de perforación; tiene las funciones de pandeo y ajuste. La función de pandeo y desprendimiento puede moverse hacia arriba y hacia abajo impulsada por el dispositivo de elevación forzado, y está equipada con deslizadores eléctricos para soportar el peso de suspensión de la sarta de perforación y proporcionar el par de pandeo y desprendimiento; Proporciona fuerza impulsora de acción y fuerza impulsora de acción para cada componente de ejecución del sistema. Instrucciones de conducción, el sistema de energía es principalmente una estación hidráulica, que proporciona la fuente de energía impulsora.
Basado en la estructura básica del preventor de reventones de tres brazos, la investigación sobre el acoplamiento de lodo y el dispositivo colector desviador puede realizar modificaciones técnicas, aumentar el canal desviador de lodo y prestar atención al diseño de los detalles locales. , seleccionar nuevos materiales, etc. Se resolvió el problema técnico del sellado dinámico de alta presión, se diseñó una nueva estructura resistente a la presión y a los golpes y se resolvió el problema de la alteración del cambio del flujo de lodo. El manipulador de carga y descarga de tubería de perforación garantiza el posicionamiento, centrado y conexión precisos de la tubería de perforación y la sarta de perforación optimizando los componentes de control y mejorando el algoritmo de control al mejorar las condiciones de contacto y los materiales de la placa dentada deslizante y el sello de lubricación de la rosca; Se mejora y se reduce el número de hilos y el daño de la varilla. El sistema de energía adopta accionamiento hidráulico y diseño modular, combinando tecnologías manuales y automáticas para mejorar la conveniencia y confiabilidad de la operación. Las señales de control lógicas del sistema de control son principalmente detección de presión y posición. La detección de presión incluye la presión de la cámara de sellado, la presión del tubo ascendente y la presión de trabajo de cada actuador. La detección de posición se refiere a la apertura y cierre de la compuerta. y cierre de la válvula de lodo, y de la tubería de perforación, la posición de la junta y la posición de acción de cada actuador, etc. Mediante un diseño redundante, se garantiza la precisión y confiabilidad de las señales de control lógico.
3.1.4 Plan de Investigación
La investigación de este proyecto busca el apoyo desde todos los aspectos, especialmente el apoyo de proyectos de investigación científica nacionales o de la industria. Se prevé que llevará cinco años completar la investigación y el análisis de información nacional e internacional, el plan general de implementación técnica, las tecnologías clave y las dificultades técnicas, el procesamiento, la fabricación y el ensamblaje de prototipos, los experimentos in situ y la optimización de la tecnología de perforación de ciclo continuo con propiedad intelectual independiente. derechos en mi país para cumplir con los requisitos de uso piloto in situ.
De junio de 2013 a junio de 2013, completamos investigaciones de inteligencia nacionales y extranjeras y análisis comparativos de sistemas de perforación de circulación continua, y presentamos las ideas básicas para el desarrollo de sistemas de circulación continua;
2013 De julio de 2013 a junio de 2012, completamos la formulación del proceso de control de perforación de ciclo continuo, el diseño preliminar del plan general del sistema de perforación de ciclo continuo y completamos la investigación preliminar sobre el diseño de algunos subsistemas clave;
2014 1 De enero a diciembre de 2014, el plan de diseño detallado del sistema de perforación de circulación continua, el plan de diseño detallado (primer borrador) de cada parte (junta de lodo, dispositivo colector desviador, manipulador de carga y descarga de tubería de perforación, sistema de control , sistema de energía), se completaron temas clave y difíciles (sellado dinámico de alta presión)
De junio de 2015 a junio de 2015, se completaron el análisis de simulación y la investigación sobre partes clave del sistema de perforación de circulación continua. , se completó el plan de diseño general (borrador de implementación) del sistema de perforación de circulación continua, y se completaron varias partes del sistema de perforación de circulación continua (borrador de implementación), se completaron y aprobaron los planos y cálculos (borrador de implementación) relacionados con. el plan general y los planes parciales;
De junio de 2015 a junio de 2015, 12 llevaron a cabo el procesamiento del prototipo del sistema de perforación de circulación continua, completando el diseño del plan experimental interior del sistema de circulación continua y completando el plan experimental en el sitio. Diseño en planta del sistema de circulación continua.
Desde junio de 2065438 + octubre de 2006 hasta junio de 2065438 + febrero de 2006, se completaron las pruebas en interiores y en campo de la tecnología de perforación de ciclo continuo, se resumieron los problemas, se propusieron nuevas optimizaciones y soluciones y se realizaron investigaciones sobre tecnología de perforación de ciclo continuo;
De 2017 ~ 1 ~ 2017 ~ 12, se llevó a cabo la rectificación de acuerdo con el plan de optimización, combinado con múltiples pruebas, se lograron los objetivos de la investigación y se redactó un informe resumido.