Aplicación de la plataforma de perforación neumática montada en camión RD en ingeniería de perforación de metano en lechos de carbón
Fan Wanqing Pan Weihui
(Primer equipo de exploración de la Oficina de Geología de Campos de Carbón de Shandong, Tengzhou 277500, Shandong)
Acerca del autor: Fan Wanqing, hombre, nacido en 1957, ingeniero jefe adjunto, con especialización en ingeniería de prospección. Se graduó de la Escuela de Carbón de Changxing en 1984 y se dedica a la tecnología de ingeniería de prospección. fwq169@163.com.
Resumen Este artículo analiza los problemas técnicos relevantes de las plataformas de perforación neumática montadas en vehículos en proyectos de perforación de metano en lechos de carbón y proporciona experiencia práctica que puede usarse como referencia en la selección de equipos y parámetros técnicos con ciertas capacidades.
Palabras clave Plataforma de perforación neumática montada en camión Desarrollo de metano en lecho de carbón Perforación con martillo en fondo del pozo
APLICACIÓN de la plataforma de perforación neumática montada en camión RD20 en el anillo del motor de perforación CBM
Fan Wanqing, Pan Weihui
（Equipo No.1, Oficina de Geología del Carbón de Shandong, Tengzhou 277500）
Resumen: Se analizan algunas cuestiones de tecnología de perforación para CBM, lo que proporciona algunas experiencias para seleccionar instalaciones y parámetros técnicos.
Palabras clave: plataforma de perforación neumática montada en camión; desarrollo de CBM, martillo con descarga de aire
Nuestro equipo ha aplicado la plataforma de perforación neumática montada en camión RD20. en el proyecto de perforación de metano en lechos de carbón de Jincheng y Ningxia, el Grupo de la Industria del Carbón completó cinco pozos de perforación de metano en lechos de carbón en el proyecto de investigación de tecnología de minería con alto contenido de gas, y todos los indicadores de calidad cumplieron con los requisitos de diseño. Hemos adquirido una rica experiencia en la aplicación de la tecnología de perforación con martillo neumático en el fondo del pozo. Tomando el proyecto Jincheng como ejemplo, la siguiente es una breve descripción.
1 Descripción general
1.1 Descripción general de los estratos en el área de Jincheng
Cuaternario: 0~20 m, la litología es arcilla mezclada con una capa de arena media en polvo y grava. capa.
Formación Shangshihezi: la profundidad del fondo es de 390 ~ 420 m, la parte superior está intercalada con arenisca y lutita medianamente fina, lutita limosa y limolita, la parte media es arenisca medianamente gruesa, arenisca con grava intercalada con; lutita, limolita; parte inferior arcillosa. Formación Shihezi Inferior: La profundidad del fondo es de 490-520 m, la parte superior es polvo y arenisca fina; la parte media es arenisca media intercalada con arenisca en polvo fino, la parte inferior está intercalada con lutita y arenisca fina en polvo; Es arenisca de grano medio. Formación Shanxi: La profundidad del fondo es de 550-580 m, la litología es lutita limosa y arenisca fina limosa, arenisca media y carbón intercalados, y el fondo es limolita y arenisca fina. Formación Taiyuan: La profundidad del fondo es de 610-640 m, no penetrada. La litología es lutita arenosa intercalada con arenisca limosa fina, piedra caliza y carbón, y el fondo es arenisca medianamente fina. La sección del pozo de la veta de carbón 3# en la Formación Shanxi es de 500 a 550 m. La forma estructural general es un cinturón de pendiente inclinado hacia el noroeste, con estratos amplios y suaves. El ángulo de buzamiento estratigráfico es generalmente de 2° a 7°, con un promedio de 4°, y las fallas no están desarrolladas.
1.2 Requisitos de calidad de la perforación
Las vetas de carbón en Qinshui Coalfield tienen un alto contenido de gas, ricos recursos de metano en lechos de carbón y buena recuperabilidad. Para garantizar la producción de gas efectiva y confiable a largo plazo de los pozos de metano en capas de carbón, los requisitos de calidad de la perforación deben estar de acuerdo con la estructura de perforación prescrita, alcanzar una cierta profundidad de diseño y garantizar que la verticalidad de la perforación debe estar dentro del rango de error permitido para Asegurar el suave descenso del casing del pozo y el retorno del cemento. Alto cumplimiento de estándares (Cuadro 1).
Tabla 1 Requisitos de calidad de perforación
2 Estructura del pozo
(1) Una vez abierta, la broca de 311,1 mm perfora el cuarto sistema y entra en la base. La zona de meteorización de la roca está a 10 m de distancia, instale un revestimiento de superficie de ￠ 244,5 mm y vierta cemento para sellarlo completamente. Establecer una boca de pozo para crear condiciones para la perforación segura de la segunda abertura.
(2) El segundo paso es perforar con una broca de ￠215,9 mm, perforar 60 m por debajo del fondo de la veta de carbón 3#, completar la perforación y ejecutar el revestimiento de producción de ￠139,7 mm.
3 Equipo de perforación principal
De acuerdo con el peso máximo de la herramienta de perforación y del casing de la profundidad de pozo diseñada en el área, se debe considerar un cierto factor de seguridad adicional y la carga de elevación nominal. Se deben seleccionar ≥500 kN (50 t). Las plataformas de perforación cumplen con los requisitos. La bomba de perforación satisface las necesidades de circulación de un pozo de φ215,9 mm y una profundidad de pozo de 800 m. Con base en este principio y combinado con la práctica regional de perforación de metano en yacimientos de carbón, se seleccionó la plataforma de perforación neumática RD-20 (Tabla 2).
Carga total del vehículo: 40 t
Volumen de desplazamiento: 1250 cfm/35,4 m3/min
Presión de escape: 120 ~ 350 psi (0,8 ~ 2,4 MPa)
Longitud/capacidad de carga del bastidor de perforación: 14,2 m/55 t
Ancho × profundidad: 1219 mm × 1029 mm
Longitud del espacio desde la placa de centrado hasta el eje impulsor del cabezal de potencia: 12,6 m
La longitud del espacio desde la placa central hasta la junta del eje impulsor del cabezal de potencia: 11,6 m
Tabla 2 Equipo principal y equipo de perforación montado en camión con tracción superior RD-20
El taladro neumático montado en camión RD20 se puede aplicar a tecnologías de perforación multiproceso. Si se selecciona una bomba de lodo adecuada, se pueden utilizar perforación con aire, perforación con cono de fluido de lavado y perforación PDC en la misma construcción de perforación. Los procesos se pueden intercambiar según sea necesario, para cumplir con la selección de parámetros de perforación para diferentes métodos de construcción. Las características específicas son las siguientes:
A. El cabezal de potencia se puede utilizar para desconectar y conectar las roscas de la tubería de perforación para acelerar el tiempo y la eficiencia de agregar la tubería de perforación.
B. La velocidad de alimentación, elevación y rotación se puede ajustar en cantidades mínimas para evitar accidentes con el taladro atascado.
C. Puede girar, levantar y alimentar mientras gira. El dispositivo de válvula de alivio de presión puede proteger el par de rotación para que no sea demasiado grande y controlar la perforación a una velocidad de perforación estable.
D. Al perforar agujeros poco profundos, se puede lograr una perforación con presión hidráulica para acelerar la velocidad de perforación.
E. Al perforar agujeros profundos, la herramienta de perforación se puede perforar bajo presión reducida y se puede mantener una velocidad de perforación efectiva razonable.
F. El cabezal motorizado se puede utilizar para agregar roscas de carcasa y bajar la carcasa para acelerar la operación de descenso de la carcasa.
G. El cabezal de fuerza motriz superior convencional puede proporcionar una capacidad de suministro de presión de 13,6 t, cumpliendo con los requisitos generales de presión de la carcasa.
H. La manija de control de la consola es fácil de operar y requiere poca mano de obra. El instrumento muestra los niveles de presión de perforación y par de torsión, lo que facilita comprender la situación de perforación debajo del pozo y realizar respuestas de control, lo que puede reducir los accidentes en el pozo y aumentar la velocidad de perforación.
La plataforma de perforación montada en camión I.RD20 puede perforar hasta una profundidad de 1550 m cuando se utiliza un martillo neumático de fondo de pozo de 6 a 8 pulgadas para perforar formaciones rocosas. Permite el funcionamiento de carcasa hasta 11m. El sistema de alimentación del marco de poleas móviles elimina el bloque de poleas móvil y el bloque de poleas fijo en la parte superior del marco de perforación utilizados en las plataformas de perforación tradicionales, mejorando la eficiencia mecánica. Además, debido a la mayor relación entre el diámetro de la polea y el diámetro del cable, se reduce la pérdida mecánica causada por la flexión del cable y se extiende la vida útil del sistema de alimentación.
4 Conjunto de herramienta de perforación
(1) Conjunto de herramienta de perforación unidireccional: broca de φ311,1 mm, collarín de perforación de φ159 mm × 1~2 tubos de perforación de φ114 mm
( 2) Conjunto de herramienta de perforación de segunda apertura: broca de φ215,9 mm, portamechas de φ159 mm × 5~8 portamechas de φ121 mm × 1~2 tubos de perforación de 114 mm
(3) Perforación con martillo en el fondo del pozo conjunto de herramienta de perforación: martillo de fondo de pozo de φ215,9 mm collarín de perforación de φ159mm × 3～4 estabilizador de φ214mm collarín de perforación de φ159mm × 2～3 collarín de perforación de φ121mm × 1～2 tubería de perforación de φ114mm
5 Rendimiento del fluido de perforación
La presión de la columna de fluido de perforación cumple con los requisitos de la perforación casi equilibrada, transporta eficazmente los recortes de carbón, equilibra la presión de la formación y garantiza la seguridad de la construcción de perforación y la calidad del pozo. La densidad del fluido de perforación de agua limpia debe controlarse dentro de 1,05 g/cm3. También está equipado con equipos de extracción de arena para detectar el rendimiento del fluido de perforación de manera oportuna y desplegarlo de manera oportuna. Asegúrese de que el fluido de perforación de baja densidad se controle dentro de 1,08 g/cm3 (Tabla 3).
Tabla 3 Rendimiento del fluido de perforación
6 Parámetros de perforación
Seleccione perforación con cono de lodo para la primera apertura y seleccione perforación con percusión con aire en el fondo del pozo para la Segunda apertura. Los parámetros de perforación con aire deben ajustar gradualmente la presión y el volumen de aire de acuerdo con la velocidad de perforación, la profundidad, los cambios en el diámetro del pozo y el contenido de agua en el pozo para descargar eficazmente el polvo y las virutas. Asegure la estabilidad de la pared del pozo y evite la ocurrencia de situaciones complejas como perforación atascada y atascada en el fondo del pozo (Tabla 4, Tabla 5).
Tabla 4 Selección de broca
Tabla 5 Parámetros de perforación
7 Medidas técnicas para la perforación de vetas de carbón
(1) Al perforar carbón costura Utilice perforación con aire tanto como sea posible. Si no hay condiciones para la perforación con aire, utilice perforación con agua limpia y controle la densidad por debajo de 1,05.
(2) Al perforar en una sección de veta de carbón, utilice los "cuatro parámetros bajos" de baja presión de perforación, baja velocidad de rotación, bajo desplazamiento y baja fuerza de impacto del chorro para reducir la tasa de expansión del diámetro del pozo de la sección de la veta de carbón y evita el colapso y el taladro atascado.
8 pozos
Se deben usar abrazaderas de carcasa cuando se ejecutan tuberías. Está estrictamente prohibido el roscado cruzado y se debe usar grasa selladora de roscas que cumpla con las normas. Los centralizadores de carcasa se agregan a la sección sellada con cemento, uno para cada carcasa a 60 m por encima y por debajo de la veta de carbón, y uno por cada otras dos carcasas. Los acoplamientos de la carcasa y los centralizadores no pueden estar en la veta de carbón. Controle la velocidad del revestimiento, no presione con fuerza cuando encuentre resistencia y llene el fluido de perforación cada 5 a 10 revestimientos. La lechada de cemento se inyecta utilizando el método de desplazamiento de flujo pistón de baja velocidad de retorno y la medición debe ser precisa. La altura de retorno del cemento debe cumplir con los requisitos de diseño. La carcasa de la capa de gas de 139,7 mm debe esperar 48 horas para la cementación y la prueba de presión es de 20 MPa, y la caída de presión en 30 minutos debe ser inferior a 0,5 MPa para pasar la prueba. De lo contrario, se deben tomar medidas correctivas. Después de que pase la prueba de presión de finalización del pozo, selle inmediatamente la cabeza del pozo con un tapón de alambre o brida y cubra la cabeza del pozo con cemento (Tabla 6, Tabla 7).
Tabla 6 Estructura del revestimiento
Tabla 7 Combinación del revestimiento
9 Efecto de perforación
9.1 Índice de eficiencia y calidad de la perforación Situación completada
El martillo neumático de fondo de pozo tiene una velocidad de perforación más rápida y una perforación más recta en formaciones medias y duras. Si la formación con un diámetro de pozo grande es inestable o hay mucha agua en el pozo, se puede rociar agua, agente de espuma y polímero en el aire de perforación a través del sistema de rociado de agua accionado hidráulicamente en la plataforma de perforación para mejorar la capacidad de perforación de el martillo de fondo del pozo. Los martillos DTH requieren lubricación interna cuando funcionan. La plataforma de perforación está equipada con un lubricador de martillo de fondo de pozo, que rocía una pequeña cantidad de aceite lubricante en el aire comprimido durante la perforación para garantizar el efecto de perforación del martillo de aire de fondo de pozo. El cumplimiento de los indicadores de eficiencia de perforación y calidad de perforación en diferentes formaciones se muestra en la Tabla 8 y la Tabla 9.
Tabla 8 Eficiencia de perforación en diferentes formaciones
Tabla 9 Cumplimiento de indicadores de calidad
9.2 Costo
Aplicación del aire montado en camión RD20 perforación** Se completaron cinco perforaciones de metano en capas de carbón, con un volumen de perforación de 1.623 m. El período total de construcción es de 38 días, emplea a 23 personas y consume 29 toneladas de combustible diesel. En comparación con los métodos de perforación convencionales, la velocidad de perforación aumenta en un 300% y la eficiencia general aumenta en un 70%. El costo directo es de 178,2 yuanes/m y el costo integral es de 356,1 yuanes/m.
9.3 Ahorro de mano de obra
El taladro neumático montado en camión RD20 es fácil de operar, requiere poca mano de obra, es fácil de aprender y dominar y ahorra recursos humanos de manera efectiva. Con un turno pequeño de 4 a 5 operadores, el ahorro de mano de obra puede llegar a 2/3 para la misma carga de trabajo, lo que puede mejorar significativamente la productividad laboral.
10 Conclusión
La aplicación del taladro neumático con cabezal motorizado accionado por techo y montado en un vehículo RD20 en la ingeniería de perforación de metano en lechos de carbón su sistema operativo avanzado y su modo de movimiento flexible proporcionan una buena solución para el conformado. Las tuberías de fondo de pozo y los procesos de sellado, como la colocación de bocas de pozo, proporcionan un entorno operativo conveniente. Al mismo tiempo, se reduce el tiempo de preparación y reubicación, se mejoran la eficiencia de la perforación y la calidad de los pozos, se ahorra tiempo y mano de obra de perforación y se reducen los costos. Tiene buen desempeño económico y técnico y perspectivas de aplicación en el mercado para el desarrollo de metano en capas de carbón.
Referencias
Geng Ruilun et al., Perforación aérea multiproceso, Beijing: Geological Publishing House