A lama bentonítica é a alma dos projetos de perfuração, e sua qualidade frequentemente determina o sucesso ou o fracasso da operação. Embora a tecnologia de perfuração direcional horizontal (HDD) tenha sido inicialmente usada apenas para a instalação de oleodutos sobre rios, sua aplicação expandiu-se significativamente com a crescente demanda do mercado. A bentonita tornou-se o principal material de polpa para a lama de perfuração direcional horizontal.
Mas quais papéis específicos a tecnologia de perfuração direcional horizontal e a lama bentonítica desempenham no processo operacional? E como a lama bentonítica deve ser ajustada para garantir que o processo de perfuração alcance os resultados desejados?
Tecnologia de perfuração direcional e as funções da lama
1. Princípio da Tecnologia de Perfuração Direcional
(1) Perfuração
A sonda de perfuração é fixada em uma extremidade da rota planejada do oleoduto. De acordo com um ângulo predeterminado, o equipamento aciona a haste de perfuração, que por sua vez gira e avança a broca. Sob a orientação de instrumentos de posicionamento, a sonda avança de acordo com a profundidade e o comprimento necessários, navegando por obstáculos subterrâneos até emergir na outra extremidade.
Durante esse processo, uma bomba de lama é usada para injetar lama à base de bentonita ou pasta de cimento através do tubo de perfuração e da broca. Isso ajuda a estabilizar o furo, evitar o colapso, resfriar a broca e lubrificar o tubo de perfuração, evitando que ele fique preso ou preso nas camadas de solo ao redor.
(2) Alargamento traseiro
Assim que a broca e o tubo emergem do solo, a broca é removida e substituída por um alargador traseiro. A cabeça motorizada então puxa o tubo de perfuração e o alargador traseiro em sentido inverso, alargando o furo para acomodar a tubulação.
(3) Recuo
Durante a escareação traseira, a tubulação é fixada atrás do escareador traseiro. À medida que o tubo de perfuração e o escareador traseiro são puxados para trás, eles simultaneamente arrastam a tubulação para dentro do poço expandido até que ela esteja completamente instalada — completando o processo de assentamento da tubulação.
2. Funções da Lama
(1) Suspender e transportar estacas
Esta é uma das funções mais fundamentais da lama de perfuração. Ela transporta os cascalhos (partículas de rocha ou solo) gerados pela broca ou alargador para fora do furo, mantendo-o limpo e facilitando a instalação suave da tubulação durante o processo de retrocesso.
(2) Estabilização do furo
Manter uma parede de perfuração estável e uniforme é fundamental para o sucesso da perfuração por perfuração de alta densidade (HDD). É também um requisito básico para obter resultados de perfuração rápidos e de alta qualidade.
(3) Lubrificação
A lama de perfuração proporciona lubrificação eficaz tanto durante a perfuração inicial do furo-guia quanto durante as fases de recuo da tubulação. Essa lubrificação é especialmente benéfica durante a escareação em formações rochosas duras, reduzindo o desgaste do alargador.
(4) Resfriamento
Durante a perfuração e o alargamento, tanto a broca quanto o alargador geram calor significativo à medida que giram na rocha ou no solo. A haste de perfuração também gera calor por atrito com a parede do poço. A lama de perfuração ajuda a resfriar esses componentes, prolongando sua vida útil. serviço vida.
(5) Análise de Formação
Ao analisar a lama que retorna à superfície, os operadores podem obter insights sobre a litologia do subsolo e fazer ajustes oportunos no processo de construção.
Características e requisitos de índice de lama de perfuração direcional horizontal
1. Características da Lama
Os requisitos de desempenho da lama bentonítica em projetos de perfuração direcional horizontal (HDD) variam de acordo com as condições de construção e os ambientes subterrâneos. Portanto, os métodos de preparação e as formulações da lama de perfuração no local podem variar de acordo.
Entretanto, com base nas funções fundamentais da lama, as seguintes características gerais são normalmente necessárias para operações de HDD:
(1) Viscosidade
Viscosidade refere-se à resistência do fluido ao fluxo. A viscosidade adequada garante a circulação eficaz da lama dentro do poço. Se a viscosidade for muito alta, aumenta a resistência durante a perfuração, reduzindo a eficiência da construção. Se a viscosidade for muito baixa, não conseguirá transportar os cascalhos de perfuração para fora do poço. A viscosidade ideal deve ser ajustada de acordo com as condições geológicas do local.
(2) Força do gel
A resistência do gel é uma propriedade crucial da lama bentonítica. Refere-se à capacidade da lama de formar uma estrutura de gel ao longo do tempo, que suspende os cascalhos na perfuração.
Se os cascalhos não forem suspensos corretamente, eles se depositarão no fundo do poço, potencialmente bloqueando a circulação. Isso pode levar ao aumento da pressão no fundo do poço, fraturamento da formação, transbordamento da superfície, tubos de perfuração enterrados ou até mesmo à perda de ferramentas.
(3) Fluidez
A lama de HDD deve manter boa fluidez ao longo do tempo. A viscosidade não deve aumentar excessivamente durante o armazenamento ou o período de inatividade da circulação. A lama que se torna gelatinosa pode perder sua eficácia em sustentar a parede do poço e manter o equilíbrio da pressão.
(4) Baixa perda de filtração
Baixas perdas por filtração são essenciais para a lama de HDD. A lama com baixa perda de fluido forma uma torta de filtração fina e durável na parede do poço, reduzindo o risco de colapso da parede. Também evita a absorção excessiva de água pela formação, o que pode causar inchaço, retração ou instabilidade.
(5) Tixotropia
Tixotropia refere-se à capacidade da lama de se tornar menos viscosa quando agitada e recuperar a viscosidade quando estática. Após a interrupção da circulação da lama, as propriedades tixotrópicas permitem que ela recupere rapidamente a força de gel suficiente para suspender os cascalhos.
Ao mesmo tempo, quando a circulação for retomada, a lama deve fluir facilmente sem sobrecarregar a bomba. Lama com boa tixotropia reduz o estresse da bomba e proporciona mistura e transporte eficientes.
2. Requisitos do índice de lama para diferentes formações
Diferentes formações geológicas impõem diferentes demandas à lama de perfuração. Os requisitos de desempenho com base em estratos típicos são os seguintes:
Requisitos de desempenho da lama para diferentes estratos durante a construção
| Item | Camada de argila | Camada de areia fina | Camada de areia grossa |
| Densidade (g/mL) | 1,05–1,07 | 1,05–1,07 | 1,07–1,10 |
| Viscosidade do funil de pântano (s) | 35–40 | 45–65 | 60–70 |
| Perda de fluidos (mL) | 14–15 | 12–13 | 10–11 |
| Espessura do bolo de lama (mm) | 1,0–1,2 | 1,3–1,5 | 1,5–2,0 |
| Força do gel (Pa) | 0–2 / 2–6 | 2–4 / 4–8 | 2–6 / 6–10 |
| Relação ponto de escoamento/viscosidade plástica (Pa/(mPa·s)) | <1,0 | <1,0 | <1,0 |
| Teor de areia (%) | <3 | <3 | <3 |
| Valor de pH | 8,5–9 | 8,5–9 | 8,5–9 |
(1) Camada de argila
Camadas de argila geralmente consistem em areia aluvial, silte e solo siltoso. Exemplos comuns incluem lamito amarelo e lamito marrom.
Essas formações são relativamente duras e altamente absorventes. Oferecem boa perfurabilidade e porosidade, permitindo rotação, empurrão e escavação eficazes da ferramenta. Camadas de argila são geralmente estáveis e consideradas as mais fáceis de perfurar.
(2) Camada de areia fina
Formações de areia fina contêm uma mistura de argila ou silte com grandes quantidades de areia amarela, juntamente com seixos ou cascalho. Essas formações têm porosidade moderada. São propensas a colapso, perda de lama e absorção de água. Durante a perfuração piloto e alargamento, essas camadas podem facilmente ceder, exigindo um controle cuidadoso da lama.
(3) Camada de areia grossa
Camadas de areia grossa geralmente incluem grandes quantidades de areia amarela, areia movediça com alto teor de água e cascalho. Essas formações são relativamente raras. Possuem porosidade muito baixa e são extremamente instáveis. São propensas a colapsos severos de poços, vazamentos de lama e aprisionamento de equipamentos. A perfuração nessas camadas é lenta e o desgaste dos equipamentos é significativo devido à natureza abrasiva do material.
Características da Bentonita para Lama
Bentonita é um tipo de argila cujo principal componente é a montmorilonita. A montmorilonita é normalmente classificada em bentonita à base de sódio e bentonita à base de cálcio, de acordo com o tipo e o teor de cátions trocáveis intercalares.
A bentonita usada na lama de perfuração direcional horizontal tem as seguintes características:
1. Bentonita à base de sódio
A bentonita à base de sódio é o principal tipo utilizado em aplicações de HDD. Apresenta alta absorção de água, alto índice de intumescimento e alto rendimento de polpa. Quando dispersa em água, forma um gel com boa viscosidade, tixotropia e lubricidade.
Empresas americanas geralmente utilizam bentonita natural à base de sódio do Wyoming, EUA. Em contraste, a bentonita artificial à base de sódio é mais comumente usada na China.
2. Alto teor de montmorilonita
As propriedades físicas e químicas da bentonita dependem em grande parte do tipo e do teor de montmorilonita que ela contém. Quanto maior o teor de montmorilonita, maior o rendimento da lama. A bentonita natural à base de sódio do Wyoming contém até 85% ou mais de montmorilonita. A bentonita doméstica de alta qualidade, com grau de lama, normalmente contém mais de 80% de montmorilonita.
3. Baixo teor de areia
A bentonita usada na lama de perfuração deve ter um teor de areia inferior a 3% para garantir a qualidade da pasta e evitar a abrasão do equipamento de perfuração.
4. Alta resistência do gel
A bentonita proporciona alta resistência ao gel, permitindo a suspensão de cascalhos de perfuração maiores. Quando a lama está estática no poço, ela deve manter resistência ao gel suficiente para manter os cascalhos sólidos suspensos. Esses cascalhos também devem permanecer suspensos durante a remoção para evitar a sedimentação, o que poderia bloquear a circulação e levar ao acúmulo de pressão, fraturamento da formação, transbordamento da superfície ou até mesmo ao enterramento de ferramentas e falha na perfuração.
5. Boa adaptabilidade à água
Os canteiros de obras geralmente estão localizados em áreas remotas com qualidade de água variável.
A água utilizada para preparar a pasta pode conter altos níveis de íons de cálcio e magnésio, ou ser ácida. A bentonita de baixa qualidade pode flocular e se separar quando misturada com essa água, reduzindo significativamente a viscosidade e tornando-a inadequada. Uma boa pasta de bentonita deve resistir a esses efeitos e permanecer estável sob condições variáveis da água.
Conclusão
A escolha da bentonita correta é essencial para o sucesso de qualquer perfuração direcional horizontal projetoBentonita à base de sódio de alta qualidade, com excelente capacidade de intumescimento, baixo teor de areia e forte resistência ao gel, garante perfurações estáveis, remoção eficiente de cascalhos e desempenho confiável de perfuração — mesmo em condições hídricas desafiadoras. Ao usar bentonita com características de desempenho comprovadas, você pode reduzir riscos operacionais, melhorar a eficiência da construção e alcançar melhores resultados no projeto. Seja para argila mole ou camadas complexas de areia, a lama bentonítica correta faz toda a diferença.
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