El lodo bentonítico es fundamental en los proyectos de perforación, y su calidad suele determinar el éxito o el fracaso de la operación. Si bien la tecnología de perforación direccional horizontal (HDD) se utilizó inicialmente solo para tender tuberías a través de ríos, su aplicación se ha expandido significativamente con la creciente demanda del mercado. La bentonita se ha convertido en el principal material de lechada para el lodo de perforación direccional horizontal.
Pero ¿qué papel específico desempeñan la tecnología de perforación direccional horizontal y el lodo bentonítico en el proceso de operación? ¿Y cómo debe ajustarse el lodo bentonítico para garantizar que el proceso de perforación logre los resultados deseados?
Tecnología de perforación direccional y las funciones del lodo
1. Principio de la tecnología de perforación direccional
(1) Perforación
La plataforma de perforación se fija en un extremo de la ruta planificada de la tubería. Según un ángulo predeterminado, el equipo impulsa la varilla de perforación, que a su vez gira y avanza la broca. Guiada por instrumentos de posicionamiento, la perforadora avanza según la profundidad y longitud requeridas, sorteando obstáculos subterráneos hasta emerger por el otro extremo.
Durante este proceso, se utiliza una bomba de lodo para inyectar lodo bentonítico o lechada de cemento a través de la tubería de perforación y la broca. Esto ayuda a estabilizar el pozo, prevenir derrumbes, enfriar la broca y lubricar la tubería de perforación, evitando que se atasque con las capas de suelo circundantes.
(2) Escariado posterior
Una vez que la broca y la tubería emergen del suelo, se retira la broca y se reemplaza con un escariador. El cabezal de potencia retrae la tubería y el escariador, agrandando el pozo para acomodar la tubería.
(3) Retroceso
Durante el escariado inverso, la tubería se fija detrás del escariador. A medida que la tubería de perforación y el escariador se retraen, arrastran simultáneamente la tubería hacia el pozo expandido hasta su completa instalación, completando así el tendido de la tubería.
2. Funciones del lodo
(1) Suspensión y transporte de recortes
Esta es una de las funciones fundamentales del lodo de perforación. Transporta los recortes (partículas de roca o tierra) generados por la broca o el escariador fuera del pozo, manteniéndolo limpio y facilitando la instalación fluida de la tubería durante el proceso de retirada.
(2) Estabilización del pozo
Mantener una pared del pozo estable y uniforme es fundamental para el éxito de la perforación HDD. También es un requisito básico para obtener resultados de perforación rápidos y de alta calidad.
(3) Lubricación
El lodo de perforación proporciona una lubricación eficaz durante la perforación inicial del pozo guía y la fase de retracción de la tubería. Esta lubricación es especialmente beneficiosa durante el escariado en formaciones rocosas duras, ya que reduce el desgaste del escariador.
(4) Enfriamiento
Durante la perforación y el escariado, tanto la broca como el escariador generan un calor considerable al girar sobre la roca o el suelo. La varilla de perforación también genera calor por fricción con la pared del pozo. El lodo de perforación ayuda a enfriar estos componentes, prolongando su vida útil. servicio vida.
(5) Análisis de la formación
Al analizar el lodo que regresa a la superficie, los operadores pueden obtener información sobre la litología del subsuelo y realizar ajustes oportunos al proceso de construcción.
Características y requisitos de índice del lodo de perforación direccional horizontal
1. Características del lodo
Los requisitos de rendimiento del lodo bentonítico en proyectos de perforación direccional horizontal (HDD) varían según las condiciones de construcción y el entorno del subsuelo. Por lo tanto, los métodos de preparación y las formulaciones del lodo de perforación en obra pueden variar en consecuencia.
Sin embargo, en función de las funciones fundamentales del lodo, normalmente se requieren las siguientes características generales para las operaciones de HDD:
(1) Viscosidad
La viscosidad se refiere a la resistencia del fluido a fluir. Una viscosidad adecuada garantiza la circulación eficaz del lodo dentro del pozo. Si la viscosidad es demasiado alta, aumenta la resistencia durante la perforación, lo que reduce la eficiencia de la construcción. Si la viscosidad es demasiado baja, no se podrán extraer los recortes de perforación del pozo. La viscosidad ideal debe ajustarse según las condiciones geológicas del sitio.
(2) Fuerza del gel
La resistencia del gel es una propiedad crucial del lodo bentonítico. Se refiere a la capacidad del lodo para formar una estructura de gel con el tiempo, que suspende los recortes en el pozo.
Si los recortes no se suspenden correctamente, se asentarán en el fondo del pozo, lo que podría bloquear la circulación. Esto puede provocar un aumento de la presión en el fondo del pozo, fracturación de la formación, desbordamiento superficial, enterramiento de tuberías de perforación o incluso la pérdida de herramientas.
(3) Fluidez
El lodo HDD debe mantener una buena fluidez a lo largo del tiempo. La viscosidad no debe aumentar excesivamente durante el almacenamiento o las paradas de circulación. El lodo que se vuelve gelatinoso puede perder su eficacia para soportar la pared del pozo y mantener el equilibrio de presión.
(4) Baja pérdida de filtración
Una baja pérdida de filtración es esencial para el lodo HDD. El lodo con baja pérdida de fluido forma una torta de filtración delgada y duradera en la pared del pozo, lo que reduce el riesgo de colapso de la pared. También previene la absorción excesiva de agua por la formación, que puede causar dilatación, contracción o inestabilidad.
(5) Tixotropía
La tixotropía se refiere a la capacidad del lodo de perder viscosidad al agitarse y recuperarla en condiciones estáticas. Tras detener la circulación del lodo, las propiedades tixotrópicas le permiten recuperar rápidamente la fuerza de gel suficiente para suspender los recortes.
Al mismo tiempo, al reanudarse la circulación, el lodo debería fluir con facilidad sin sobrecargar la bomba. Un lodo con buena tixotropía reduce la tensión de la bomba y facilita una mezcla y un transporte eficientes.
2. Requisitos del índice de lodo para diferentes formaciones
Las diferentes formaciones geológicas imponen diferentes exigencias al lodo de perforación. Los requisitos de rendimiento, basados en estratos típicos, son los siguientes:
Requisitos de rendimiento del lodo para diferentes estratos durante la construcción
| Artículo | Capa de arcilla | Capa de arena fina | Capa de arena gruesa |
| Densidad (g/mL) | 1.05–1.07 | 1.05–1.07 | 1.07–1.10 |
| Viscosidad del embudo Marsh (s) | 35–40 | 45–65 | 60–70 |
| Pérdida de líquido (ml) | 14–15 | 12–13 | 10–11 |
| Espesor de la torta de lodo (mm) | 1.0–1.2 | 1.3–1.5 | 1,5–2,0 |
| Resistencia del gel (Pa) | 0–2 / 2–6 | 2–4 / 4–8 | 2–6 / 6–10 |
| Relación punto de fluencia/viscosidad plástica (Pa/(mPa·s)) | <1.0 | <1.0 | <1.0 |
| Contenido de arena (%) | <3 | <3 | <3 |
| Valor de pH | 8.5–9 | 8.5–9 | 8.5–9 |
(1) Capa de arcilla
Las capas de arcilla suelen estar compuestas de arena aluvial, limo y suelo limoso. Ejemplos comunes son la lutita amarilla y la lutita marrón.
Estas formaciones son relativamente duras y muy absorbentes. Ofrecen buena perforabilidad y porosidad, lo que permite una rotación, empuje y excavación eficaces de las herramientas. Las capas de arcilla son generalmente estables y se consideran las más fáciles de perforar.
(2) Capa de arena fina
Las formaciones de arena fina contienen una mezcla de arcilla o limo con grandes cantidades de arena amarilla, junto con guijarros o grava. Estas formaciones presentan una porosidad moderada. Son propensas al colapso, la pérdida de lodo y la absorción de agua. Durante la perforación piloto y el escariado, estas capas pueden derrumbarse fácilmente, lo que requiere un control cuidadoso del lodo.
(3) Capa de arena gruesa
Las capas de arena gruesa suelen incluir grandes cantidades de arena amarilla, arenas movedizas con alto contenido de agua y grava. Estas formaciones son relativamente poco frecuentes. Presentan una porosidad muy baja y son extremadamente inestables. Son propensas a colapsos severos del pozo, fugas de lodo y atrapamiento de equipos. La perforación en estas capas es lenta y el desgaste de los equipos es significativo debido a la naturaleza abrasiva del material.
Características de la bentonita para lodos
La bentonita es un tipo de arcilla cuyo componente principal es la montmorillonita. La montmorillonita se clasifica típicamente en bentonita sódica y cálcica según el tipo y el contenido de cationes intercambiables interlaminares.
La bentonita utilizada en el lodo de perforación direccional horizontal tiene las siguientes características:
1. Bentonita a base de sodio
La bentonita sódica es el tipo principal utilizado en aplicaciones de HDD. Presenta una alta absorción de agua, una alta tasa de hinchamiento y un alto rendimiento de lechada. Al dispersarse en agua, forma un gel con buena viscosidad, tixotropía y lubricidad.
Las empresas estadounidenses suelen utilizar bentonita sódica natural de Wyoming, EE. UU. En cambio, la bentonita sódica artificial se utiliza con mayor frecuencia en China.
2. Alto contenido de montmorillonita
Las propiedades físicas y químicas de la bentonita dependen en gran medida del tipo y contenido de montmorillonita. Cuanto mayor sea el contenido de montmorillonita, mayor será el rendimiento de la lechada. La bentonita natural a base de sodio de Wyoming contiene hasta 85% o más de montmorillonita. La bentonita doméstica de alta calidad para lechada suele contener más de 80% de montmorillonita.
3. Bajo contenido de arena
La bentonita utilizada en el lodo de perforación debe tener un contenido de arena menor a 3%, para garantizar la calidad de la lechada y evitar la abrasión del equipo de perforación.
4. Alta resistencia del gel
La bentonita proporciona una alta resistencia de gel, lo que le permite suspender recortes de perforación más grandes. Cuando el lodo está estático en el pozo, debe mantener suficiente resistencia de gel para mantener suspendidos los recortes sólidos. Estos recortes también deben permanecer suspendidos durante la extracción para evitar la sedimentación, que podría bloquear la circulación y provocar aumento de presión, fracturación de la formación, desbordamiento de la superficie o incluso el enterramiento de herramientas y fallas de perforación.
5. Buena adaptabilidad al agua
Las obras de construcción suelen estar situadas en zonas remotas con calidad de agua variable.
El agua utilizada para preparar la lechada puede contener altos niveles de iones de calcio y magnesio, o ser ácida. La bentonita de baja calidad puede flocular y separarse al mezclarse con dicha agua, reduciendo significativamente la viscosidad y haciéndola inadecuada. Una buena lechada de bentonita debe resistir estos efectos y mantenerse estable en condiciones variables del agua.
Conclusión
La elección de la bentonita adecuada es esencial para el éxito de cualquier perforación direccional horizontal. proyectoLa bentonita sódica de alta calidad, con excelente capacidad de hinchamiento, bajo contenido de arena y alta resistencia de gel, garantiza pozos estables, una eficiente remoción de recortes y un rendimiento de perforación confiable, incluso en condiciones de agua difíciles. Al usar bentonita con características de rendimiento comprobadas, puede reducir los riesgos operativos, mejorar la eficiencia de la construcción y lograr mejores resultados en sus proyectos. Ya sea que se enfrente a arcilla blanda o capas de arena complejas, el lodo de bentonita adecuado marca la diferencia.
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