A la indústria de la perforació, la pressió es considera àmpliament un paràmetre bàsic que afecta la velocitat de perforació-molts operadors creuen intuïtivament que augmentar la pressió de perforació pot accelerar directament la taxa de penetració (ROP), escurçar els cicles de perforació i reduir els costos. Tanmateix, aquesta visió passa per alt la complexitat dels entorns de fons del forat, les propietats de les roques i el rendiment de la broca. La pregunta clau que hem d'explorar és: La pressió més alta sempre millora la velocitat de perforació? La resposta és clara: No. Tot i que la pressió adequada pot promoure la ruptura de roques i millorar l'eficiència de la perforació, una pressió excessiva sovint condueix a resultats contraproduents, fins i tot causant danys a l'equip i riscos de seguretat. Aquest article analitzarà profundament la relació entre la pressió de perforació i la velocitat de perforació i combinarà escenaris d'aplicació pràctica per explicar com fer coincidir els paràmetres de pressió amb els productes de la broca i les condicions de formació per aconseguir una eficiència de perforació òptima.
La correlació positiva entre pressió i velocitat de perforació: dins d'un rang raonable
La pressió de perforació, ja que la força axial que actua sobre la broca, és una condició necessària per trencar la roca al fons del pou-proporciona la força motriu perquè les dents de tall de la broca penetrin i tallin la roca, determinant directament el mètode i l'efecte de trencament de la roca. Quan la pressió es controla dins d'un rang científic, el seu efecte de promoció sobre la velocitat de perforació és evident, que es reflecteix principalment en tres etapes de trencament de roques:
Primer, l'etapa de trituració de la superfície: quan la pressió és inferior a la duresa de compressió de la roca, les dents de tall no poden tallar la roca i només poden trencar la superfície de la roca mitjançant la fricció, donant lloc a una velocitat de perforació baixa però un augment proporcional amb la pressió. En segon lloc, l'etapa de trituració per fatiga: quan la pressió s'aproxima a la duresa de la roca, la superfície de la roca produirà un gran nombre d'esquerdes sota l'acció repetida de les dents de tall, aconseguint una fractura de volum de la roca. En tercer lloc, l'etapa de trituració de volum: quan la pressió supera la duresa de la roca, les dents de tall poden tallar directament la roca, formant una trituració de volum eficient, que és l'estat ideal de la perforació normal. En aquesta etapa, combinar la pressió amb-broques d'alt rendiment pot maximitzar l'eficiència-per exemple, Baker HughesBroques PDCtenen una durabilitat millorada del tallador i, quan s'utilitzen amb una pressió adequada, poden millorar significativament la ROP en formacions dures i abrasives.
A més, la tecnologia de perforació assistida per -jet d'alta pressió- verifica encara més el paper positiu de la pressió raonable: mitjançant l'ús de bombes d'alta pressió-per generar raigs de fluid de perforació d'-alta velocitat, els dolls tallen ranures a la roca, ajudant a la broca a tallar la roca més fàcilment, la qual cosa pot augmentar la velocitat de perforació en molts pous a pressió en molts pous4. 10.000 a 15.000 psi. Això demostra que sota la premissa d'ajustar l'equip i les condicions de formació, la pressió adequada és efectivament un mitjà eficaç per millorar la velocitat de perforació.
L'impacte negatiu de la pressió excessiva: més enllà del límit, resultats contraproduents
Quan la pressió supera l'interval raonable, la correlació positiva entre la pressió i la velocitat de perforació es trenca i es produiran una sèrie de problemes, reduint finalment l'eficiència de la perforació i augmentant els costos. Les manifestacions específiques són les següents:
1. Desgast accelerat de la broca i vida útil escurçada
Els coixinets de la broca, les dents de tall i altres components suportaran una càrrega més gran sota una pressió excessiva, accelerant el desgast, l'embotiment o fins i tot els danys-i la velocitat de desgast de les dents de tall augmentarà significativament amb l'augment de la pressió, i fins i tot tendeix a ser infinita quan la pressió arriba al valor límit. Per exemple, quan s'utilitzen broques tricòniques per perforar formacions abrasives, una pressió excessiva farà que les insercions de carbur de tungstè es desgastin ràpidament, fent que la broca perdi la capacitat de trencament de roca-per avançat, la qual cosa requereix un ensopegada freqüent per substituir la broca, la qual cosa no només augmenta el temps no-productiu sinó que també augmenta els costos de perforació. Per contra, seleccionar broques adequades i fer coincidir una pressió raonable pot minimitzar el desgast de les dents de tall i allargar la vida útil de la broca.
2. Estancament o disminució de la velocitat de perforació
Segons la corba de relació entre la pressió de la perforació i la velocitat de perforació, quan la pressió augmenta fins a un cert valor, la velocitat de creixement de la velocitat de perforació disminuirà significativament i fins i tot deixarà d'augmentar o disminuir. Això es deu al fet que una pressió excessiva farà que la broca es sobrecarregui, donant lloc a un funcionament inestable de l'eina de perforació-com ara el salt de la broca en formacions fracturades, que no només no millorarà la velocitat de perforació, sinó que també farà que les dents de tall es trenquin o es trenquin, reduint encara més l'eficiència de la perforació. A més, per a les roques toves cohesionades, és probable que una pressió excessiva provoqui l'obturació d'aigua i la bola de la broca, fent que la broca no pugui trencar eficaçment la roca i la velocitat de perforació disminuirà bruscament.
3. Augment dels riscos de fons de pou i fallades de l'equip
Una pressió excessiva augmentarà la càrrega de la cadena de perforació, la plataforma de perforació i el sistema hidràulic, provocant fàcilment fallades de l'equip com ara la deformació de la cadena de perforació, la fractura i el dany de la bomba. En la perforació assistida per -jet d'alta pressió-, si la pressió supera la capacitat de suport del tub enrotllat i del motor de fons de forat, provocarà fuites a l'articulació del tub de perforació o danys al segell del motor, provocant accidents de perforació. Al mateix temps, una pressió excessiva augmentarà la pressió diferencial del forat inferior, donant lloc a l'efecte de retenció de la pressió-les talls de roca són difícils de sortir del forat inferior, donant lloc a un aixafament repetit, que no només redueix la velocitat de perforació, sinó que també pot induir el col·lapse del pou i altres riscos.
Factors clau que determinen la "pressió raonable" per a una velocitat de perforació òptima
Per evitar l'efecte contraproduent d'una pressió excessiva i donar el màxim joc al paper de la pressió en la millora de la velocitat de perforació, cal tenir en compte tres factors bàsics i fer coincidir els productes i paràmetres corresponents:
1. Propietats de la roca: la base fonamental per a l'ajust de la pressió
Els diferents graus de roques tenen respostes molt diferents a la pressió. Les roques de duresa mitjana-(graus de roca 6 a 7) tenen la taxa de creixement més alta de velocitat de perforació quan augmenta la pressió; Les roques toves (graus de roca 4 a 5) són propenses a fer boles, per la qual cosa la pressió s'ha de reduir adequadament; Les roques dures (graus de roca 8 a 9) tenen una duresa a la compressió elevada i la velocitat de creixement de la velocitat de perforació amb pressió és petita, per la qual cosa cal fer coincidir broques d'alt rendiment-en lloc d'augmentar simplement la pressió. Per exemple, quan es foren formacions geotèrmiques amb propietats de roca complexes, seleccionar les broques geotèrmiques de Baker Hughes (inclosos els tipus tricon, PDC i híbrids) i ajustar la pressió segons la duresa de la formació pot aconseguir una eficiència de perforació òptima.
2. Tipus de broca: pressió igualada per donar joc als avantatges del producte
Els diferents tipus de broques tenen diferents rangs d'adaptació de pressió. Les broques PDC són adequades per a entorns de pressió mitjana i alta, i la seva acció de cisalla contínua es pot exercir completament sota una pressió raonable per millorar la velocitat de perforació; les broques tricòniques tenen una forta resistència a la trituració de roques-, però una pressió excessiva accelerarà el desgast dels coixinets; Les broques híbrides Kymera combinen els avantatges dels cons de corró i les broques de diamant, i es poden adaptar a diferents entorns de pressió, però encara s'han d'ajustar segons les condicions del fons del forat. A més, les broques adaptatives poden ajustar la profunditat de tall segons els canvis de pressió de fons del forat, optimitzant automàticament l'eficiència de la perforació, que és una opció ideal per a formacions complexes on la pressió és difícil de controlar de manera estable.
3. Sistema de perforació i condicions auxiliars: Assegurant l'estabilitat i l'eficàcia de la pressió
El rendiment de la plataforma de perforació, la qualitat del fluid de perforació i la combinació d'eines de perforació afectaran l'efecte de l'ajust de la pressió. Per exemple, la potència de la plataforma de perforació determina la pressió màxima que es pot proporcionar de manera estable; la densitat i la viscositat del fluid de perforació afectaran la pressió diferencial del forat inferior i el rendiment del fluid de perforació no raonable compensarà l'efecte positiu de l'ajust de pressió. El sistema avançat de perforació de tubs enrotllats-d'alta pressió- desenvolupat pel National Energy Technology Laboratory soluciona el problema de la transmissió de fluids d'alta-pressió mitjançant tubs enrotllats concèntrics, evitant fuites i assegurant que la pressió es pugui transmetre eficaçment a la broca, millorant així la velocitat de perforació.
El nostre certificat
Conclusió: la pressió òptima, no la pressió més alta, és la clau per millorar la velocitat de perforació
En resum, una pressió més alta no sempre millora la velocitat de perforació. La relació entre la pressió i la velocitat de perforació es veu afectada per les propietats de la roca, el tipus de broca i el rendiment del sistema de perforació-només quan la pressió es controla dins d'un rang raonable i es combina amb les broques, el fluid de perforació i l'equip adequats, poden promoure eficaçment el trencament de roques i millorar l'eficiència de la perforació. Una pressió excessiva només accelerarà el desgast de l'equip, farà que la velocitat de perforació disminueixi i augmentarà els riscos de fons de pou.
En les operacions de perforació pràctiques, els operadors haurien de realitzar primer una anàlisi exhaustiva de les condicions de formació, seleccionar productes de broques adequats (com ara broques PDC per a formacions abrasives i broques híbrides per a formacions complexes) i després ajustar els paràmetres de pressió segons el procés de perforació i l'estat de l'equip, combinat amb l'equació de velocitat de perforació per calcular la pressió llindar i el rang de pressió òptim. Al mateix temps, mitjançant l'ús de sistemes de perforació avançats com ara la perforació assistida per -jet d'alta pressió- i broques adaptatives, es pot millorar l'adaptabilitat de la pressió a entorns complexos de fons de forat, aconseguint una perforació eficient, segura i de baix-cost.
Si necessiteu fer coincidir els paràmetres de pressió amb productes específics de broca o obtenir orientació tècnica sobre l'ajust de la pressió en diferents formacions, podeu consultar el nostre equip de professionals i obtenir més informació sobre solucions de perforació d'alt rendiment-a través del nostre centre de productes i la secció de notícies tècniques.
