Estado de la investigación de los martillos hidráulicos en el país y en el extranjero.
La idea de utilizar la energía líquida residual de las bombas de lodo y las brocas de refrigeración para accionar martillos hidráulicos y lograr una perforación rotativa por impacto hidráulico comenzó en 1887. El método de perforación inventado por el alemán Walter Bushmann fue patentado en el Reino Unido, pero hasta la década de 1960 todavía se encontraba en etapa experimental en los Estados Unidos, la antigua Unión Soviética y algunos países de Europa del Este, y algunos productos se utilizaron inicialmente. Gulf Oil Company y Shell Oil Company han estudiado este problema, con el objetivo principal de aplicarlo a la perforación petrolera y eliminar tuberías atascadas. El diámetro es grande, el peso del martillo es de hasta 300 kg y la frecuencia de impacto es baja. Panmei Petroleum Company ha desarrollado y probado dos martillos DTH hidráulicos, principalmente planeando aplicarlos a la perforación de petróleo y gas. Los representantes son martillos hidráulicos Bashinger de acción positiva (diámetros exteriores de 178 mm y 279 mm), pero la investigación sobre estos martillos hidráulicos se ha detenido porque no pueden adaptarse al entorno de lodo en el campo de perforación mencionado anteriormente. El antiguo Instituto Soviético de Investigación de Tecnología de Perforación desarrolló el martillo hidráulico de reacción BBO 5A, que utiliza una broca de 145 mm de diámetro para perforar hasta 2200 m en la perforación petrolera. Sin embargo, los resortes de la estructura se dañan fácilmente y es necesario mejorarlos. La investigación extranjera más eficaz sobre perforación geológica y minera fue la Unión Soviética. La investigación sobre la tecnología de perforación rotativa por percusión hidráulica comenzó entre 1900 y 1905, pero no se aplicó gradualmente a la práctica de producción hasta 1970, lo que llevó unos 70 años. Los martillos hidráulicos bien desarrollados incluyen el г-7 y el г-9, con diámetros de 59 mm y 76 mm respectivamente. A principios de la década de 1980, se desarrollaron dos martillos hidráulicos sacatestigos de cable con diámetros de 59 mm y 76 mm, ambos de acción hacia adelante. Sin embargo, debido a que no se lograron avances en la adaptación al entorno y la vida del lodo, la investigación y el uso se detuvieron al principio. Siglo XX. En la década de 1960, Hungría desarrolló cinco tipos de martillos DTH hidráulicos de doble efecto, con diámetros que oscilaban entre 48 mm y 160 mm. Se caracterizan por estar montados en un remolque especial y equipados con las correspondientes bombas, desarenadores, herramientas de extracción de muestras, brocas y herramientas de manipulación de accidentes. herramientas, se pueden transportar de manera flexible para servir a múltiples plataformas de perforación en minas de construcción o sitios de construcción. Cuando la plataforma de perforación encuentra una formación dura y necesita realizar perforación rotativa y de impacto, puede desplegar rápidamente un conjunto completo de maquinaria auxiliar para la construcción y luego transportarla de manera flexible a la sección del pozo de otra maquinaria para su mantenimiento. Este tipo de equipo de perforación hidráulica en Hungría se utiliza no sólo para la perforación de minas geológicas, sino también para la perforación de pozos de agua y de construcción de ingeniería. Al igual que la antigua Unión Soviética, se detuvo debido a problemas de adaptabilidad y de vida sobre el barro. El martillo hidráulico de doble acción WH-120N fue desarrollado por la empresa japonesa Lee Gen Company en el siglo XX. Es un martillo hidráulico de doble efecto con válvula de corredera cilíndrica. Su característica más importante es que utiliza una mezcla de gas y líquido como medio de trabajo, con un diámetro exterior de 120 mm, una longitud de 883 ~ 1138 mm, una masa de 65 kg y una capacidad de bombeo de 30. La sucursal G-Drill AB del productor sueco de mineral de hierro LKAB Group y la empresa SDS del sur de Australia también desarrollaron en la década de 1990 un martillo hidráulico de alta presión llamado Wassara, que estaba previsto que se utilizara principalmente para la exploración minera. Su principio de funcionamiento es utilizar agua a presión para controlar la posición arriba y abajo de la válvula cilíndrica de diámetro variable, cambiando así el canal del flujo de agua que actúa sobre el pistón, lo que hace que el pistón se mueva hacia arriba y hacia abajo. La presión de trabajo de este martillo hidráulico puede alcanzar los 18 MPa y el diámetro del orificio se ha perforado a 105 ~ 120 mm, con una profundidad del orificio de 40 m. Según los informes, el período de construcción es alto, pero los requisitos para el líquido de lavado también lo son. extremadamente alto, el agua limpia debe filtrarse a través de un filtro de 100 micras. Debido a la obstrucción del lodo, es difícil promoverla en la producción. Al mismo tiempo, SDS también cooperó con PDVSA (Compañía Estatal de Petróleo de Venezuela) para realizar una prueba de martillo hidráulico. en la sección 4333.03 ~ 4353.438+05m del pozo PCD-2. En 2002, el DOE (Departamento de Medio Ambiente del Reino Unido) probó el rendimiento de su serie SDS y de los martillos hidráulicos de la serie N de Novtek. Desde entonces, no ha habido nuevos avances en la investigación sobre estos dos martillos hidráulicos.
El martillo hidráulico compuesto (con acción de válvula positiva y acción de martillo de doble impacto) de la Universidad de Kloster en Alemania ha logrado ciertos resultados a través de una gran cantidad de experimentos de laboratorio, pero no se ha aplicado con éxito en la práctica. En general, existen muchos y extensos estudios sobre martillos hidráulicos en el extranjero, pero aún no se han aplicado en la industria.
A través de la descripción general anterior, la investigación sobre la tecnología de martillos DTH hidráulicos ocupaba una posición de liderazgo internacional en el siglo XX, pero se detuvo a finales del siglo pasado debido a la incapacidad de resolver eficazmente los problemas. de la adaptabilidad del lodo y la baja vida dinámica del sello (Tabla 2.1).
Tabla 2.1 Algunas estadísticas de martillos DTH hidráulicos extranjeros
En China, la investigación comenzó en 1958. En primer lugar, se estableció un banco de pruebas especial en la estación experimental del Instituto de Investigación de Tecnología de Exploración Zhoukoudian en Beijing. En 1963, sobre la base de una extensa recopilación de datos, se compiló el "Atlas de perforación rotatoria por percusión" para presentar la literatura extranjera relevante y se distribuyó a muchas unidades con tareas de exploración geológica, sentando las bases para el desarrollo posterior. En 1965, el antiguo Instituto de Tecnología de Exploración del Ministerio de Geología diseñó 7 martillos hidráulicos con diferentes estructuras. Seis de ellos, el YZ-2, fueron producidos y probados en una mina polimetálica en Hunan en 1966. La profundidad máxima de perforación fue. 430 m y logró buenos resultados, atrayendo una amplia atención en la industria.
A partir de 1971, la Novena Brigada Geológica de la Oficina Provincial de Geología y Recursos Minerales de Liaoning y el antiguo Instituto de Geología de Changchun comenzaron a investigar un martillo DTH hidráulico de chorro SC-89 y JSC-75 originales. Ganaron el Premio de Ciencia y Tecnología en. 1982 y ya se encuentran en aplicación práctica en nuestro país. Una especie de martillo hidráulico DTH. Desde 1975, además del amplio desarrollo de los martillos DTH hidráulicos en sistemas geológicos en China, casi todos los demás departamentos hermanos con tareas de perforación con núcleos han estudiado esta tecnología de perforación y casi todos han recibido críticas positivas en la práctica de producción. Esta avanzada tecnología de perforación se reconoce gradualmente y se desarrolla de manera constante en la perforación geológica, la perforación de petróleo y gas y varios proyectos. Su núcleo tecnológico, el martillo hidráulico DTH, está formando gradualmente una rama importante de las herramientas eléctricas de perforación de fondo de pozo.
Figura 2.1 Principales tipos de martillos hidráulicos desarrollados en China
A finales de los años 1970 y 1980, la investigación de mi país sobre martillos hidráulicos entró en su apogeo, con departamentos de geología, metalurgia, carbón y otros. siendo los principales Martillos hidráulicos de diversos tipos y especificaciones para la perforación con extracción de testigos de calibre, incluyendo martillos hidráulicos de acción directa, de doble acción, de reacción y compuestos, existiendo más de 30 tipos (Figura 2.1). Los martillos hidráulicos en ciertas industrias se muestran en la Tabla 2.2 y la Tabla 2. El metraje acumulado supera varios millones de metros y se han conseguido buenos beneficios económicos. Las estadísticas completas 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 recuperación de núcleos, ampliar el metraje y reducir el consumo de material. Durante la construcción del equipo geológico Anhui 321, el martillo hidráulico de acción positiva YZ-54 creó la mayor profundidad de perforación con núcleos en China, con una profundidad de 1000,66 m. El martillo hidráulico se ha utilizado ampliamente en el campo de la perforación con núcleos geológicos en China. y la Unión Soviética, la cantidad de trabajo completado llegó a alcanzar el millón de metros. Según la literatura, la profundidad máxima de aplicación de muestras en las perforaciones soviéticas llegó a alcanzar los 2.000 metros.
En la década de 1990, mi país desarrolló los martillos hidráulicos ZC-800, YQ-150, YQ-178, YS-219 y SYC-178. Al mismo tiempo, se estudió más a fondo la tasa de utilización de energía del martillo hidráulico y la mejora de la potencia de impacto único. El antiguo Instituto de Geología de Changchun llevó a cabo una investigación en profundidad sobre los martillos hidráulicos de chorro. El método principal es aumentar la energía del impacto único aumentando la carrera del martillo. El enfoque de investigación de ambas instituciones se ha desarrollado para satisfacer las necesidades de la perforación integral de gran diámetro, y ambas han logrado ciertos avances. Sin embargo, debido a la importante disminución de la carga de trabajo de la exploración geológica en mi país y a la desaceleración de la inversión en investigación en martillos hidráulicos, estos resultados no se han aplicado bien ni se han mejorado aún más. La mayoría de las otras instituciones que inicialmente llevaron a cabo investigaciones sobre martillos hidráulicos se estancaron debido a razones financieras y de mercado (Tabla 2.2).
Tabla 2.2 Principales parámetros técnicos de los martillos DTH hidráulicos de uso común
Al mismo tiempo, la tecnología de perforación rotativa por impacto con martillo hidráulico ha recibido una atención sin precedentes en el campo de la perforación petrolera, pero es aún en etapa de desarrollo. Los resultados representativos son los siguientes:
Martillo hidráulico DTH SYZJ desarrollado por la Universidad del Petróleo de Beijing: el martillo hidráulico de doble válvula y doble acción fue desarrollado en cooperación con el Equipo Integral de Hebei del Ministerio de Geología y Recursos Minerales. Se utiliza un martillo hidráulico en la sección del pozo de 2308 ~ 2351 m (43 m). La formación rocosa es lutita y limolita, lo que mejora la eficiencia de perforación en un 63%. En lutita, mejora la eficiencia de perforación en un 21% y reduce la desviación del pozo.
Martillo hidráulico de chorro YSC178 del Instituto de Investigación de Perforación Petrolera de Dezhou: sección de 3643 ~ 3761 m del pozo Qugu 3 en el campo petrolífero de Shengli, metraje 118 m, tiempo efectivo 67 h, eficiencia 1,76 m/h, mejora la eficiencia mecánica en un 40 %.
Martillo hidráulico de succión a chorro, pozo Tong 17 en el sur de Sichuan, piedra caliza, sección del pozo 2787 ~ 2811 m, metraje 24 m, tiempo de perforación 14,68 h, eficiencia mecánica aumentada en un 40 %. Además, el Xi Petroleum Institute y la Baoji Petroleum Machinery Factory también han realizado investigaciones sobre este martillo hidráulico.
También hay martillos hidráulicos introducidos desde China para investigación en el extranjero: Smith International Co., Ltd. de Estados Unidos encargó al antiguo Instituto Changchun el desarrollo conjunto de dos juegos de martillos hidráulicos de inyección YSC-178 en mayo. En 1998, en la sede de la compañía Smith de Estados Unidos, se realizaron pruebas en autoclave. En 1988, el martillo hidráulico de chorro fue simulado en el autoclave del antiguo Instituto de Perforación Profunda y Producción de Petróleo (IET) de la Universidad Tecnológica de Klauster en Alemania Occidental. Aún puede funcionar de manera estable bajo una presión de confinamiento de 40 MPa. En la prueba de perforación, la eficiencia aumentó entre 0,6 y 1 veces. Sin embargo, debido a que su plan se utilizó junto con el plan de perforación alemán KTB, su trabajo de investigación no pudo continuar a tiempo debido a cambios en el plan de construcción, lo que resultó en la cancelación de la prueba de entrada al pozo y el posterior experimento en profundidad. la investigación no pudo continuar.
Por lo tanto, a finales del siglo XX, la investigación sobre martillos DTH hidráulicos se centró principalmente en la investigación teórica, y no hubo grandes avances en la aplicación de producción y el progreso de la industrialización de productos, especialmente en pozos profundos de gran diámetro. Perforación de petróleo y gas. Alcanza el nivel de aplicación industrial. La razón es que la vida útil continua del martillo hidráulico DTH no puede igualar el tiempo de trabajo de la broca cónica en la perforación petrolera, es decir, la vida útil de las piezas del martillo hidráulico no puede satisfacer las necesidades reales de la perforación.
En el siglo XXI, la investigación y aplicación de los martillos DTH hidráulicos ha entrado en un nuevo período de desarrollo. En particular, el Proyecto de Perforación Científica CCSD 1 de China continental se utiliza como plataforma para demostrar el nivel y la fuerza de perforación general de China, e impulsar una serie de tecnologías de perforación, incluidos los martillos hidráulicos DTH, a la vanguardia de la perforación profunda y someterlas a prueba. La investigación sobre martillos hidráulicos se ha mejorado varias veces y la primera tecnología de perforación compuesta del mundo con características chinas (motor de tornillo/martillo hidráulico/tecnología de perforación con diamante) ha logrado resultados notables.
Desde agosto de 2006 hasta octubre de 2005, el martillo hidráulico YZX127 en el Pozo CCSD 1 fue construido 505 veces, con un metraje acumulado de 3526,3 metros y una profundidad de pozo de 5118,2. La tasa de integridad de la tubería es superior al 95%. La tasa de recuperación del núcleo alcanzó más del 90%, logrando buenos resultados, mejorando significativamente los indicadores económicos y técnicos de la construcción de perforación y al mismo tiempo mostrando la adaptabilidad del martillo hidráulico DTH a pozos cada vez más profundos. Este es también el último récord mundial de perforación de extracción de muestras con martillo hidráulico DTH, logrando resultados notables. Esta tecnología se ha convertido ahora en la tecnología de perforación característica principal en los proyectos de perforación científica de China continental. Ha sido muy elogiada durante los intercambios internacionales y ha causado enormes repercusiones.
Al mismo tiempo, basándose en la experiencia exitosa del martillo hidráulico YZX127, el Instituto de Investigación de Tecnología de Exploración desarrolló la serie YZX de martillos hidráulicos de alta eficiencia, formando una serie de productos, consulte la Tabla 2.3. En comparación con los martillos hidráulicos tradicionales, los martillos hidráulicos de la serie de alta eficiencia tienen una estructura simple y reducen el número de pares de sellado de 4 a 2, lo que reduce efectivamente la probabilidad de atasco de las piezas móviles. Los parámetros de ajuste estructural se reducen de 5 a 3, se cancela el anillo de acelerador fijo original del martillo hidráulico, se reduce el efecto de colchón de agua durante el impacto del yunque y la salida de energía de impacto del martillo hidráulico bajo la misma energía de entrada aumenta en 25% ~ 50%. Al mismo tiempo, esta serie de martillos hidráulicos tiene las ventajas de un funcionamiento estable y sencillo. Incluso si no funciona por razones especiales, no cortará el canal de agua tan rápido como un martillo hidráulico tradicional y puede garantizar que la ronda se perfore utilizando la rotación convencional o que se complete la vida útil de la broca cónica en el pozo. . Esta ventaja mejora en gran medida la confiabilidad del uso seguro del martillo hidráulico en el sitio y tiene una importancia práctica obvia.
A través de un diseño de desvío de martillo hidráulico científico y razonable, el martillo hidráulico tiene una estructura de desvío porosa ajustable, que resuelve mejor la contradicción entre la capacidad de la bomba de trabajo del martillo hidráulico y la capacidad de la bomba utilizada en el sitio de perforación ( la diferencia es del 50 %), alivia este problema hasta cierto punto. Mediante la prueba de tres métodos de consolidación del pistón inferior, se resolvió bien el problema del reemplazo in situ del pistón inferior, una importante pieza de desgaste del martillo hidráulico, lo que facilita enormemente su uso en el sitio de producción y ahorra costos.
Tabla 2.3 Parámetros de rendimiento estructural del martillo hidráulico DTH serie YZX
Según los cambios en el mercado de perforación nacional, para adaptarse a la aplicación a gran escala de extracción de núcleos de cable de pequeño diámetro en la nueva ronda de estudios geológicos nacionales Para satisfacer las necesidades, el Instituto de Investigación de Tecnología de Exploración, basándose en el desarrollo exitoso de una serie de martillos hidráulicos de alta eficiencia, combinó la tecnología de perforación con martillo hidráulico con la tecnología de perforación con cable de alta eficiencia, y rápidamente desarrolló una nueva generación de martillos hidráulicos perforadores con cable de la serie SYZX (Tabla 2.4).
Tabla 2.4 Principales parámetros de rendimiento de la herramienta de perforación con martillo hidráulico con extracción de núcleos de cable SYZX
Este tipo de martillo hidráulico ha logrado buenos resultados de perforación: el tiempo de envejecimiento generalmente aumenta en más del 30% para varias veces, y la devolución El metraje aumentó en más del 25% y el costo disminuyó en más del 15%. Supera las deficiencias de los martillos hidráulicos estudiados en la etapa inicial de estructura compleja, muchas piezas de desgaste y poca confiabilidad de trabajo, lo que brinda a esta serie de martillos hidráulicos sacatestigos de cable ventajas obvias en muchos aspectos, como adaptabilidad, estabilidad de trabajo y vida útil de piezas de desgaste.
En general, la tecnología de los martillos hidráulicos, que ha avanzado mucho, puede adaptarse mejor a las condiciones de perforación mediante perforación con sonda. La razón principal es que la calidad del fluido de lavado de perforación está más garantizada y el tiempo de trabajo continuo de la perforación es más corto (generalmente dentro de 10 horas). Además, la extracción de muestras y la perforación brindan oportunidades y tiempo para el mantenimiento de los martillos hidráulicos en la superficie.