La perforación horizontal y la perforación direccional horizontal ( HDD o HDD en inglés de perforación direccional horizontal ) es un método común sin zanjastendido de comunicaciones subterráneas, basado en el uso de complejos especiales de perforación (instalaciones). La longitud del tendido de vías puede ser de varios metros a varios kilómetros, y el diámetro puede ser de hasta 1200 mm o más. Para proteger las comunicaciones se utilizan tuberías de polietileno (HDPE), acero y otros materiales.
La perforación horizontal, que se ha convertido en una revolución en la construcción, fue inventada en 1963 por Martin Cherrington como alternativa al método tradicional de excavación de zanjas para el tendido de comunicaciones.
Antes de comenzar el trabajo, se estudian cuidadosamente las propiedades y la composición del suelo, la ubicación de los servicios subterráneos existentes y se emiten los permisos y aprobaciones correspondientes para el trabajo subterráneo. Se realiza un sondeo selectivo de los suelos y, si es necesario, la perforación de intersecciones especialmente difíciles de la ruta de perforación con las comunicaciones existentes. Los resultados de estos trabajos son de importancia decisiva para la elección de la trayectoria y tácticas de construcción del pozo . Se presta especial atención a la ubicación óptima del equipo de perforación en el sitio de construcción y se garantizan condiciones de trabajo seguras para el equipo de perforación y las personas que lo rodean.
La construcción de servicios públicos subterráneos utilizando la tecnología de perforación direccional horizontal se lleva a cabo en cuatro etapas:
La perforación de un pozo piloto es una etapa de trabajo particularmente importante, de la cual depende en gran medida el resultado final. Se lleva a cabo utilizando una herramienta de corte de roca: una cabeza de perforación con un bisel en la parte delantera y un emisor incorporado.
El cabezal de perforación está conectado por medio de un cuerpo hueco a una varilla impulsora flexible, lo que permite controlar la construcción de un pozo piloto y sortear los obstáculos subterráneos identificados en la etapa de preparación de la perforación en cualquier dirección dentro de la curvatura natural del pozo de extracción. línea. El cabezal de perforación tiene orificios para suministrar un fluido de perforación especial , que se bombea al pozo y forma una suspensión con la roca triturada. El fluido de perforación reduce la fricción en la cabeza de perforación y la barra, protege el pozo de colapsos, enfría la herramienta de corte de roca, destruye la roca y limpia el pozo de sus escombros, llevándolos a la superficie.
El control sobre la ubicación del cabezal de perforación se realiza mediante el dispositivo receptor del localizador, que recibe y procesa las señales del transmisor integrado en el cuerpo del cabezal de perforación. El monitor de localización muestra información visual sobre la posición, la pendiente y el rumbo de la cabeza de perforación. Esta información también se muestra en la pantalla del operador del equipo de perforación. Estos datos son decisivos para monitorear la conformidad de la trayectoria de la tubería en construcción con la de diseño y minimizar los riesgos de rotura del hilo de trabajo. Cuando la cabeza de perforación se desvía de la trayectoria de diseño, el operador detiene la rotación de las barras de perforación y coloca el bisel de la cabeza de perforación en la posición deseada. Luego, las barras de perforación se trituran sin rotación para corregir la trayectoria de perforación.
La construcción de un pozo piloto se completa con la salida de la cabeza de perforación en el punto especificado por el proyecto.
La barra de perforación (BS) es una tubería con un diámetro de 50-80 mm y una longitud de 2-6 metros. En los extremos de la BS, se cortan conexiones roscadas CONICAS con roscas externas, y en el extremo opuesto, con roscas internas. El BS tiene un elemento muy importante, sin el cual sería imposible cambiar la dirección del pozo piloto, este es un inserto de fuelle (conexión). Cada BS tiene dos conexiones de este tipo. En general, tecnológicamente, esto se parece más a un moleteado en una tubería que a algún tipo de inserto soldado en la BS.
En la máquina perforadora, las BS se atornillan secuencialmente, unas dentro de otras, a medida que avanza la cabeza perforadora. Por lo tanto, las BS interconectadas son similares a un cable flexible que se utiliza para limpiar tuberías de alcantarillado.
Principio de cambio de direcciónEl principio de cambiar la dirección de movimiento de la cabeza de perforación en los planos horizontal y vertical sigue el principio de un cable flexible: si su extremo libre no está fijo (si está fijo, entonces ya es un " eje flexible "), es decir, siempre estará ligeramente doblado.
El operador en la pantalla del receptor portátil "ve" el ángulo de rotación de la cabeza de perforación (es decir, el "extremo libre del cable") y su dirección y, si es necesario "girar" la dirección de el pozo, emite un comando al operador de la máquina perforadora "detener" y luego "Gire a N ../grados" (pero solo en una dirección, ¡en la dirección de apretar las roscas BSh!) para que la cabeza de perforación quede en la dirección correcta. Además, a la orden del operador del control remoto, la cabeza de perforación se "presiona" en el suelo en el ángulo de la trayectoria deseada, luego el operador de la máquina perforadora enciende el suministro de líquido de lavado, generalmente agua, y el suministro longitudinal con rotación. El fluido de lavado se suministra bajo presión controlada a través del husillo de la máquina de perforación al BSH y luego al cabezal de perforación. El cabezal de perforación se perfora en el suelo con la trayectoria requerida.
Ampliación de pozosLa ampliación del pozo se lleva a cabo después de la finalización de la perforación piloto. El cabezal de perforación se separa de las barras de perforación y en su lugar se coloca un rebordeador, un expansor de acción inversa. Mediante la aplicación de fuerza de tracción con rotación simultánea, el rimmer se empuja a través del pozo en la dirección de la plataforma de perforación, expandiendo el pozo piloto al diámetro requerido para sacar la tubería. Para garantizar la tracción sin obstáculos de la tubería a través del pozo expandido, su diámetro es 50-100% más grande que el diámetro de la tubería .
Extracción de tuberíasEn el costado del pozo, opuesto a la plataforma de perforación, hay una línea de tubería lista para ser extraída. Una cabeza está unida al extremo frontal del látigo con un eslabón giratorio y un borde que percibe la fuerza de tracción y, al mismo tiempo, no transmite el movimiento de rotación a la tubería. Por lo tanto, la plataforma de perforación tira de una cuerda de la tubería que se introduce en el pozo a lo largo de la trayectoria de diseño.
CementaciónCuando se coloca una tubería en condiciones geológicas difíciles, el espacio anular se cementa bombeando una lechada de cemento bajo presión con una máquina especial.
Etapa finalDespués de la finalización de las principales etapas tecnológicas, el personal técnico y de ingeniería presenta al cliente la documentación de construcción , que indica la posición real de la tubería tendida en varios planos, con la indicación obligatoria de "fijaciones" a puntos de referencia en el suelo.
Las instalaciones HDD (máquinas) son equipos de construcción complejos. Una máquina típica incluye un bastidor, una carrocería, un chasis ( sobre orugas o con ruedas ), una planta de energía ( motor diesel ), una estación hidráulica, un alimentador de barras, un carro de perforación y un panel de control (lugar de trabajo del operador).
Las instalaciones se clasifican según la fuerza máxima de tracción, medida en toneladas. Otras características importantes que están indirectamente relacionadas con él son el diámetro máximo de expansión y la longitud máxima de perforación.
Los indicadores secundarios que pueden caracterizar las cualidades de consumo de una instalación HDD son el radio de flexión de la sarta de varillas (muestra cuánto se puede cambiar la trayectoria de perforación piloto), así como el consumo de solución de bentonita (l./min., muestra cómo a menudo será necesario rellenar el tanque del dispositivo mezclador para la preparación del lodo de perforación ).
Los equipos Mini HDD son equipos HDD compactos para pinchazos controlados bajo la carretera. Las instalaciones Mini HDD permiten establecer comunicaciones sin perturbar el paisaje. Traiga comunicaciones en lugares de difícil acceso, desde un pozo, desde un pozo en condiciones de hacinamiento. Las instalaciones de Mini HDD son más livianas y de tamaño compacto, con una fuerza de tracción de hasta 50 toneladas y una longitud de perforación de hasta 100 metros.
La gestión en HDD es un punto muy importante. El taladro está fuera de la vista y del alcance durante la operación, y la perforación sin control puede tener consecuencias impredecibles. Por lo tanto, en la producción de obras HDD, se utilizan sistemas de localización para controlar el proceso de perforación. El sistema de ubicación es una sonda, que se encuentra en la cabeza de perforación, y un dispositivo especial de sincronización con esta sonda, que está en manos del operador del sistema de ubicación (localizador) en la superficie terrestre. La sonda registra toda la información sobre el ángulo y la dirección de perforación, el número de revoluciones y la temperatura de la cabeza de perforación. Esta información se transmite durante el proceso de perforación al localizador y evita consecuencias no deseadas.
Los especialistas de HDD dedican mucho tiempo a mejorar la calidad de los fluidos de perforación cuando perforan pozos dirigidos horizontalmente. Se sabe que el fluido de perforación tiene un gran impacto en la productividad y eficiencia de todo el proceso: la velocidad de perforación, la situación ambiental y la seguridad del trabajo. En HDD, la calidad del fluido de perforación garantiza del 70 al 80% de la finalización exitosa de los trabajos de tendido de comunicaciones.
Cuando se trabaja en suelos arenosos, los especialistas en HDD suelen enfrentarse al problema de la filtración y absorción de agua , esto se debe a las propiedades del propio suelo, ya que la arena es inherentemente porosa y altamente permeable. En cuanto a las arcillas y margas de esquisto , que a menudo se encuentran en los sitios de perforación, cuando se exponen al agua, este tipo de rocas se vuelven pegajosas y se hinchan. El resultado de tales procesos puede ser la pérdida de circulación del fluido, el atasco y el atasco de la herramienta de perforación, lo que conduce a la imposibilidad de seguir trabajando con el llamado "pegado de la herramienta".
Para evitar estos problemas, se utilizan fluidos de perforación de bentonita y varios componentes para eliminar complicaciones, inhibidores o estabilizadores de arcilla, aditivos lubricantes para lubricar la herramienta y las paredes del pozo para facilitar la penetración, polímeros que espesan el fluido de perforación para mantener su viscosidad requerida.
La mayoría de los operadores de HDD utilizan mezclas de componentes múltiples de "bolsa única" a base de bentonita para facilitar la preparación de fluido de perforación con bajo contenido de sólidos en el sitio.
En las grandes instalaciones, la solución se prepara individualmente, según la línea geológica y tecnológica (GTN), el diámetro de la tubería a estirar, la composición del suelo, la potencia de bombeo y la fuerza de tracción de la instalación.