Qué es un collar de perforación?
El
collar de perforación es uno de los componentes principales de la sarta de perforación en la perforación de petróleo y gas. Se ubica en la parte inferior de la sarta y se conecta directamente a la broca. Se utiliza principalmente para proporcionar presión de perforación y mantener la estabilidad de la sarta. Sus principales características son un gran espesor de pared (generalmente de 38 a 53 mm, equivalente a 4 a 6 veces el espesor de pared de la
tubería de perforación), gran gravedad y rigidez. Para facilitar la perforación, la superficie exterior de la rosca interna del portabrocas puede procesarse con ranuras de carda colgantes y ranuras de deslizamiento.
Funciones del collar de perforación:
(1) Aplicar presión de perforación a la broca.
El elevado peso del portabrocas (el peso por unidad de longitud es de 4 a 6 veces el de la tubería de perforación) permite que la broca rompa la roca eficazmente y garantice la profundidad de perforación.
(2) Garantizar la resistencia necesaria en condiciones de compresión.
(3) Reduce la vibración, la oscilación y el salto de la broca, para que funcione con suavidad.
La estructura de pared gruesa mejora la rigidez y reduce el salto de la broca y la desviación del pozo, especialmente en pozos verticales.
(4) Controla la inclinación del pozo y facilita la perforación direccional.
En las operaciones de perforación direccional, la trayectoria del pozo se controla por gravedad junto con estabilizadores, y se utiliza para pozos horizontales o direccionales.
(5) Optimiza el flujo del fluido de perforación.
Un diámetro interior más pequeño puede aumentar el caudal del fluido de perforación y mejorar la capacidad de limpieza del fondo del pozo.
Características del collar de perforación:
1. Peso elevado: El peso por unidad de longitud es mucho mayor que el de la tubería de perforación (por ejemplo, un portamechas de 6¼" pesa aproximadamente 100 lb/ft).
2. Diseño de pared gruesa: El espesor de la pared es de 3 a 5 veces mayor que el de la tubería de perforación y ofrece una gran resistencia a la flexión.
3. Alta rigidez: Reduce la vibración de la sarta de perforación y mantiene la verticalidad del pozo.
4. Opción no magnética: Los portamechas no magnéticos (DC no magnético) se utilizan para el registro durante la perforación (MWD/LWD).
Clasificación de los collares de perforación:
Los portamechas se dividen generalmente en tres tipos: portamechas integrales, portamechas espirales y portamechas no magnéticos.
1. El portamechas integral es un tubo redondo liso de pared gruesa con roscas de conexión procesadas en ambos extremos, adecuado para la perforación convencional de pozos verticales.
2. El portamechas espiral procesa tres ranuras espirales derechas en el exterior. La superficie cilíndrica del collar de perforación redondo reduce el área de contacto con la pared del pozo, lo que previene eficazmente que la diferencia de presión obstruya la broca. Es adecuado para formaciones donde la broca se atasca fácilmente (como capas de lutita y sal).
3. Los collares de perforación no magnéticos se utilizan principalmente para la monitorización durante la perforación petrolera y su estructura es similar a la de los collares de perforación integrales. Están fabricados con acero de aleación baja en carbono N1310, forjado tras un riguroso análisis de composición química. El material ha sido sometido a pruebas de propiedades mecánicas para garantizar que su dureza, tenacidad, resistencia al impacto y resistencia a la corrosión cumplan con las normas, además de presentar una baja permeabilidad magnética y un buen rendimiento de mecanizado.
Para facilitar la perforación, la superficie exterior de la rosca interna del collar de perforación se puede procesar con ranuras colgantes y ranuras de deslizamiento. Los diferentes tipos de collares de perforación (como los collares de perforación espirales y los collares de perforación con ranura de deslizamiento) ofrecen funciones adicionales en situaciones específicas, como la estructura espiral que reduce el riesgo de atascamiento de la broca y el diseño con ranura de deslizamiento. Facilita la rápida instalación de equipos de elevación.
Rango de tamaño del collar de perforación:
Rango de diámetro exterior:
El rango común de diámetro exterior se concentra entre 4 y 9 pulgadas, como 4¾ pulgadas, 6¼ pulgadas, 8 pulgadas, etc. El diámetro exterior debe coincidir con el diámetro de la broca, que suele ser de 0,25 a 0,5 pulgadas menor que la broca. Por ejemplo, al utilizar una broca de 12¼ pulgadas, el diámetro exterior del collar de perforación correspondiente suele ser de 11¾ pulgadas.
Rango de longitud:
La longitud de un solo collar de perforación suele ser de 30 pies (aproximadamente 9,1 metros) o 31 pies (aproximadamente 9,45 metros). En la práctica, se conectan varios collares de perforación para formar una combinación, y la longitud total puede alcanzar cientos de metros.
La longitud estándar del collares de perforación es de 9,1 metros (30 pies). Este diseño de longitud se basa en las siguientes consideraciones:
1. Facilidad de transporte y operación: La longitud de 9,1 El uso de una longitud de 9,1 metros facilita el transporte terrestre y la elevación en el sitio del pozo, a la vez que reduce el número de conexiones y mejora la eficiencia de la perforación.
2. Optimización de las propiedades mecánicas: Los collarines de perforación individuales más largos pueden reducir los puntos de conexión roscados, reducir el riesgo de fallas por fatiga y mejorar la estabilidad general de la sarta de perforación.
3. Uso histórico: Los primeros equipos de perforación y la altura de las torres de perforación limitaron la longitud de los collarines de perforación, y la longitud de 9,1 metros se convirtió en una especificación ampliamente aceptada en la industria.
Cabe destacar que algunas condiciones de trabajo especiales (como pozos ultraprofundos o perforación de pozos pequeños) pueden utilizar collarines de perforación de longitud no estándar, como 4,5 metros o 12 metros, pero se requieren diseños personalizados y evaluaciones de seguridad.
Especificaciones especiales:
Las especificaciones personalizadas para collarines de perforación no magnéticos pueden cubrir un rango de longitud de 1 a 6 metros, y el diámetro exterior puede alcanzar de 16 a 200 mm.
Parámetros clave del tamaño:
1. Principio de selección del diámetro exterior (DE)
Adaptación al tamaño del pozo: El diámetro exterior del collarín de perforación generalmente es 1/10 del diámetro del pozo. 70%~85%, por ejemplo: Un pozo de 8½" generalmente utiliza un collar de perforación de 6¼".
Requisito de rigidez: Cuanto mayor sea el diámetro exterior, mayor será la resistencia a la flexión, y los pozos horizontales requieren un diámetro exterior mayor.
2. Características de diseño del diámetro interior (DI)
Collares de perforación convencionales: diámetro interior menor (2"~3"), lo que aumenta el caudal del fluido de perforación.
Collares de perforación no magnéticos: diámetro interior menor (1½"~2½"), lo que deja espacio para los instrumentos.
Collares de perforación espirales: mismo diámetro interior que los convencionales, con ranuras espirales en la pared exterior.
Se pueden utilizar tamaños personalizados para condiciones de trabajo especiales:
Collares de perforación de diámetro exterior ultragrande: 10"~12" (para pozos de más de 20").
Collares de perforación de diámetro interior ultrapequeño: DI <1" (para perforación con turbina).
Aplicaciones típicas de los collares de perforación:
1. Perforación de pozos verticales.
Proporcionan una presión de perforación estable mediante Peso para evitar el rebote de la broca.
2. Pozo direccional/pozo horizontal
Controlar la trayectoria del pozo con estabilizador y motor de fondo.
3. Registro durante la perforación (LWD/MWD)
Los portamechas no magnéticos se adaptan a los instrumentos de inclinación para evitar interferencias magnéticas.
4. Pozo profundo/pozo ultraprofundo
Los portamechas de acero de alta calidad (como los de Clase 3) soportan cargas extremas.
Comparación entre collar de perforación y tubería de perforación:
Collar de perforación: Su función principal es proporcionar presión de perforación y estabilizar la sarta de perforación. Es extremadamente pesado (de 4 a 6 veces el peso de la tubería de perforación), con paredes extremadamente gruesas (alta rigidez) y se ubica en la parte inferior de la sarta de perforación.
Tubería de perforación: Su función principal es transmitir torque y transportar fluido de perforación. Es ligero, de paredes delgadas (se requiere flexibilidad), tiene alta rigidez y se ubica en la parte media y superior de la sarta de perforación.
Conclusión:
El collar de perforación es el lastre. La piedra angular de las operaciones de perforación es proporcionar presión de perforación y estabilizar la sarta de perforación. Al seleccionar un tipo de perforación, es necesario seleccionar el adecuado según la profundidad y el tipo de pozo, así como las características de la formación (como collares de perforación espirales antiadherentes, collares de perforación no magnéticos con registro), y cumplir estrictamente con las normas internacionales generales (como API SPEC 7-1) para garantizar la seguridad y la fiabilidad.
