Uncovering the key technology of cryogenic drilling rig solid control system in extreme cold environment

El sistema de control de sólidos de la plataforma de perforación criogénica tiene como objetivo garantizar la separación eficiente de las fases sólidas y la estabilización del rendimiento del lodo en condiciones de baja temperatura a través de la sinergia de múltiples módulos, mientras que se toman medidas especiales para adaptarse al entorno de baja temperatura para garantizar el funcionamiento normal del sistema en condiciones de baja temperatura.

En el campo de la exploración y desarrollo de petróleo y gas, con el crecimiento de la demanda energética global, cada vez más operaciones de perforación se expanden a regiones de baja temperatura, como las regiones polares y las latitudes altas. El entorno de baja temperatura presenta numerosos desafíos para las operaciones de perforación. En primer lugar, debemos saber que en el entorno de baja temperatura, la viscosidad del fluido de perforación aumentará significativamente y la fluidez se deteriorará, lo que no solo afecta la circulación del fluido de perforación en el pozo y reduce la capacidad de carga de roca, sino que también puede provocar un aumento de la presión de bombeo, un aumento de la carga en el equipo e incluso causar fallas en el mismo. Al mismo tiempo, la baja temperatura puede reducir el rendimiento de algunos aditivos en el fluido de perforación, lo que afecta su efecto estabilizador en la formación y su efecto lubricante en las herramientas de perforación.

Las bajas temperaturas alteran las propiedades físicas de los materiales metálicos, como la reducción de su tenacidad y el aumento de su fragilidad, lo que aumenta la probabilidad de rotura de las piezas estructurales de los equipos, tuberías y otros componentes. Además, pueden afectar el sellado del equipo, provocando fugas de fluido de perforación. En algunos equipos con accionamiento hidráulico, las bajas temperaturas aumentan la viscosidad del aceite hidráulico y reducen la fluidez, lo que ralentiza el funcionamiento del equipo o incluso lo impide.

A bajas temperaturas, las partículas sólidas del fluido de perforación son más propensas a acumularse, lo que dificulta la separación de la fase sólida por parte de los equipos de control de sólidos. Además, algunos componentes clave de estos equipos, como la malla de la criba vibratoria, son menos flexibles a bajas temperaturas y se dañan con facilidad, lo que afecta el efecto del control de sólidos. Como equipo clave para garantizar el rendimiento estable del fluido de perforación y lograr una perforación eficiente, la importancia del sistema de control de sólidos para plataformas de perforación de baja temperatura es evidente. En este artículo, analizaremos el principio de funcionamiento, la composición del equipo, las dificultades técnicas y otros aspectos del sistema de control de sólidos para plataformas criogénicas para brindarle una comprensión integral de este equipo de perforación, que desempeña un papel importante en entornos de frío extremo.

Principio de funcionamiento del sistema de control de sólidos de la plataforma criogénica

La función principal del sistema de control de sólidos de una plataforma de perforación criogénica es controlar y separar eficazmente las partículas sólidas del fluido de perforación en entornos de baja temperatura, para mantener el buen rendimiento del fluido y garantizar la fluidez de la perforación. Su principio de funcionamiento se basa en diversos métodos físicos y químicos, como el tamizado, la separación centrífuga y la separación por gravedad, entre otros.

La criba vibratoria, como equipo de primer nivel del sistema de control de sólidos, separa del fluido de perforación sustancias sólidas, como lascas de roca con partículas más grandes, mediante vibración de alta frecuencia y el uso de una malla. El desarenador, por otro lado, utiliza el principio del ciclón, bajo la acción de la fuerza centrífuga, para que las partículas sólidas más pesadas del fluido de perforación, como las partículas de arena, desciendan en espiral por la pared interna del ciclón y se descarguen por el fondo, mientras que el fluido de perforación purificado fluye por el puerto de rebose en la parte superior. El principio de funcionamiento del desludger es similar al del desarenador, excepto que procesa partículas de menor tamaño. La centrífuga, por otro lado, separa aún más las partículas sólidas muy finas del fluido de perforación girando a alta velocidad para mejorar el grado de purificación del fluido.

Para garantizar el correcto funcionamiento de estos dispositivos a bajas temperaturas, los sistemas de control de sólidos suelen estar equipados con sistemas auxiliares como aislamiento y calefacción. Por ejemplo, los tanques de circulación y las tuberías se aíslan para reducir la pérdida de calor; se instalan dispositivos de calefacción, como calentadores de vapor y eléctricos, en los tanques o en las partes clave del equipo para mantener la temperatura del equipo y del fluido de perforación dentro de un rango adecuado, garantizando así el correcto funcionamiento del equipo en el sistema de control de solidificación y el efecto del control de solidificación.

Componentes del sistema de control de sólidos de la plataforma de perforación criogénica

1. Equipo de procesamiento principal

Criba vibratoria criogénica

La caja de la pantalla está hecha de material resistente a bajas temperaturas, equipada con un sistema de lubricación de baja temperatura y un motor anticongelante.

El diseño de la pantalla tiene en cuenta la permeabilidad al agua y la resistencia a las heladas a bajas temperaturas para evitar que el lodo se congele y se obstruya.

Desfangador de baja temperatura

El ciclón está hecho de materiales de aleación resistentes al desgaste y a las bajas temperaturas y está equipado con sellos de baja temperatura.

La bomba de alimentación de lodo está equipada con un sistema de calentamiento eléctrico o una camisa de agua caliente para evitar que el lodo se solidifique en la tubería.

Centrífuga de baja temperatura

El tambor y el transportador de tornillo están hechos de aleación criogénica para evitar el agrietamiento por frío.

Sistema de calentamiento integrado (por ejemplo, circulación de aceite caliente) para mantener la fluidez de la pulpa y evitar el aumento de la viscosidad a baja temperatura.

2. Sistemas auxiliares

Sistemas de calefacción y aislamiento

Trazado de calor eléctrico / camisas de vapor: cubren tuberías, tanques y superficies de equipos para mantener las temperaturas del lodo por encima de 0 °C.

Aislamiento: El tanque y los componentes clave están aislados con espuma de poliuretano o lana de roca para reducir la pérdida de calor.

Sistema anticondensación y circulación

Agitador: instalado en el tanque de lodo para evitar la precipitación de la fase sólida y la coagulación de la lodo.

Bomba de circulación: equipada con un grupo de bombeo de reserva para garantizar la circulación continua a bajas temperaturas y evitar la obstrucción de las tuberías.

3.Sistema de potencia y energía

Equipos eléctricos resistentes al frío

El motor y el sistema hidráulico adoptan lubricante de baja temperatura para garantizar un arranque normal a – 40 ℃.

La fuente de alimentación de respaldo (como un generador diésel) está equipada con un dispositivo de arranque de baja temperatura para evitar el apagado.

Sistema de intercambio de calor de alta eficiencia

El intercambiador de calor recupera el calor residual de la plataforma de perforación para reducir el consumo de energía.

El dispositivo de calentamiento de combustible para calefacción (por ejemplo, un horno de aceite térmico) proporciona una fuente de calor estable para el lodo.

Dificultades técnicas del sistema de control de sólidos para plataformas de perforación criogénicas

1.Adaptabilidad del equipo a bajas temperaturas.

Selección de materiales: Para abordar la reducción de la tenacidad y el aumento de la fragilidad de los materiales metálicos en entornos de baja temperatura, se utilizan materiales metálicos resistentes a bajas temperaturas, como aceros aleados de baja temperatura, etc., en la fabricación de equipos. Para algunos componentes clave, como mallas de cribas vibratorias, tuberías, etc., se utilizan materiales poliméricos especiales o materiales compuestos, que conservan una buena flexibilidad y propiedades mecánicas a bajas temperaturas.

Lubricación y sellado: Seleccione lubricantes con buen rendimiento a bajas temperaturas para garantizar una lubricación adecuada del equipo a bajas temperaturas y reducir el desgaste de las piezas móviles. Al mismo tiempo, optimice la estructura de sellado del equipo y utilice materiales resistentes a bajas temperaturas, como caucho fluorado, para mejorar el sellado del equipo y evitar fugas de fluido de perforación y aceite hidráulico.

Diseño de calefacción y preservación del calor: El diseño racional del sistema de calefacción y preservación del calor garantiza que el equipo se caliente rápidamente y mantenga una temperatura de funcionamiento estable en un entorno de baja temperatura. Mediante el cálculo preciso de la pérdida de calor del equipo, la selección del dispositivo de calefacción con la potencia adecuada y la adopción de materiales y estructuras de preservación del calor altamente eficientes, se minimiza la disipación de calor.

2. Garantía de un efecto de control sólido.

Optimización de los parámetros del equipo: En entornos de baja temperatura, los parámetros de funcionamiento del equipo de control de sólidos se optimizan y ajustan según los cambios en el rendimiento del fluido de perforación. Por ejemplo, se puede aumentar adecuadamente la frecuencia y la amplitud de vibración de la criba vibratoria para mejorar el efecto de cribado; o ajustar la presión de entrada y la velocidad de rotación del desarenador, el deslimador y la centrífuga para mejorar la eficiencia de la separación de la fase sólida.

Aumentar el enlace de pretratamiento: Para reducir la carga de trabajo del equipo de control de sólidos y mejorar su eficacia, se puede aumentar el enlace de pretratamiento en la etapa inicial del sistema. Por ejemplo, se utilizan dispositivos de presedimentación para que algunas de las partículas sólidas más grandes del fluido de perforación se sedimenten y separen antes de entrar en el equipo de control de sólidos, lo que reduce la presión de procesamiento del equipo posterior.

Reserva y garantía de energía: Considerando las posibles dificultades de suministro energético en zonas de baja temperatura, se cuenta con suficientes equipos de reserva, como generadores de emergencia y tanques de almacenamiento de petróleo. Al mismo tiempo, se implementa un sistema de gestión energética integral, que monitorea y analiza el consumo en tiempo real y gestiona racionalmente su uso, para garantizar que el sistema de control funcione con normalidad en caso de suministro inestable.

Principales características del sistema de control de sólidos de la plataforma de perforación criogénica en términos de diseño y producción.

1. Se utilizan materiales de aislamiento térmico para recubrir los tanques, tuberías, etc. del equipo, a fin de reducir la disipación de calor, e instalar dispositivos de calentamiento, como serpentines de vapor y resistencias eléctricas, dentro de los tanques para evitar la congelación de los fluidos de perforación. El sistema también está equipado con una caseta de conservación del calor, y la temperatura interna no debe ser inferior a 10 °C.

2. Los componentes clave están hechos de materiales de baja temperatura, utilizando sellos resistentes al frío y lubricantes de baja temperatura, que pueden funcionar normalmente a bajas temperaturas, y todos los componentes pueden garantizar un funcionamiento normal a bajas temperaturas de -40 ℃;

3. El diseño redundante de componentes clave reduce el tiempo de inactividad por mantenimiento a bajas temperaturas.

Los sistemas de control de sólidos de plataformas de perforación criogénicas se utilizan principalmente en algunos de los siguientes escenarios:

1. Perforación en la región polar: como la Antártida, el Polo Norte y otros entornos polares;

2. Perforación de regiones frías en altas montañas y mesetas: algunas cordilleras de gran altitud y áreas de meseta;

3. Perforación de petróleo y gas en tierra en condiciones climáticas frías: en algunas zonas frías del interior o de alta latitud;

4. Perforación marina en frío: en zonas marinas de alta latitud.

Como equipo clave para operaciones de perforación en entornos de frío extremo, el sistema de control de sólidos para plataformas criogénicas es fundamental para garantizar un rendimiento estable del fluido de perforación, mejorar la eficiencia de la perforación, reducir los costos operativos y proteger el medio ambiente. A medida que la exploración y el desarrollo de recursos de petróleo y gas en zonas de baja temperatura se profundizan, el sistema de control de sólidos para plataformas de perforación de baja temperatura se enfrenta a mayores desafíos y oportunidades. Gracias a la constante superación de problemas técnicos y a la innovación en conceptos de desarrollo, el sistema de control de sólidos para plataformas criogénicas logrará importantes avances en inteligencia, ahorro energético, protección ambiental e integración de equipos en el futuro.