A medida que el pozo de agua se hace más profundo, el aire que impulsa un martillo de fondo del pozo (DTH) tiene que realizar dos tareas a la vez: mantener suficiente presión para que el martillo siga golpeando con fuerza contra la columna de agua y los recortes, y transportar suficiente volumen para expulsar esos recortes del pozo. Un compresor de perforación estándar de 7 a 10 bar se queda sin capacidad mucho antes de que la barrena alcance la profundidad objetivo en un pozo profundo, razón por la cual los programas de pozos profundos, geotérmicos y de deshidratación pasan a 30 a 50 bar de aire. Cuando un sitio de perforación tiene energía de red o generador, un compresor de tornillo estacionario de dos etapas de alta presión, como la gama KOTECH KEH, puede suministrar ese aire de manera más económica que un segundo compresor o refuerzo diésel. Esta guía explica la física de presión y flujo, y dónde se adaptan las máquinas de tornillo eléctricas de 30 a 50 bar a la flota de perforación.
Por qué la perforación DTH profunda necesita aire a alta presión
Un martillo DTH funciona directamente con la corriente de aire comprimido: el diferencial de presión a través del pistón establece la energía del golpe y el aire de escape fluye a través de la broca y sube por el espacio anular para limpiar los recortes. En un pozo seco y poco profundo, suele ser suficiente un compresor de 10 a 17 bar. Sin embargo, en un pozo profundo o que contiene agua, el compresor primero debe superar la contrapresión hidrostática y anular (aproximadamente una barra adicional por cada diez metros de columna de agua) y aún así dejar suficiente diferencial en el martillo para que funcione. Por debajo de unos 150 a 200 metros, particularmente donde el pozo produce agua durante la perforación, los operadores especifican cada vez más compresores de 25 a 40 bar, y los pozos más profundos o los pozos geotérmicos de gran diámetro pueden requerir la clase completa de 30 a 50 bar.
El segundo requisito es la velocidad de rescate. Los recortes son elevados por la velocidad del aire en el fondo del pozo, que normalmente debe mantenerse por encima de aproximadamente 15 a 25 metros por segundo, dependiendo de la geometría del pozo, el tamaño del martillo y si se utiliza espuma o niebla. A medida que aumentan la profundidad y el diámetro del orificio, aumenta con ellos el suministro de aire libre requerido. La alta presión sin volumen suficiente deja recortes en el pozo; Un volumen alto sin suficiente presión deja el martillo débil. El compresor debe dimensionarse para ambos al mismo tiempo.
- La energía del martillo depende del diferencial de presión que queda después de superar la contrapresión.
- Cada diez metros de columna de agua añade aproximadamente 1 bar de contrapresión sobre el martillo.
- La velocidad de achique, no solo el tamaño del martillo, establece la entrega mínima de aire libre.
- En agujeros profundos, húmedos o de gran diámetro es donde el aire de 30 a 50 bar gana su lugar.
Tornillo estacionario de alta presión versus refuerzo diésel
La respuesta tradicional al déficit de presión es un compresor o refuerzo de alta presión impulsado por diésel en la plataforma. Esa sigue siendo la única opción práctica en una exploración verdaderamente remota y fuera de la red. Pero una gran parte del trabajo en pozos de agua profunda se realiza donde hay energía disponible: campos de pozos municipales, programas de deshidratación industrial, proyectos geotérmicos cerca de infraestructura, programas de pozos agrícolas en regiones electrificadas y minas que perforan pozos de deshidratación. En estos sitios, un compresor de tornillo eléctrico estacionario de dos etapas cambia la economía.
La compresión de tornillo de dos etapas con enfriamiento entre etapas se acerca a la compresión isotérmica, que es exactamente donde se ahorra energía en proporciones altas: elevar el aire desde el ambiente a 40 bar en una etapa generaría mucho más calor y desperdiciaría mucha más energía. La gama KOTECH KEH utiliza un diseño de dos etapas con una unidad compresora de un solo tornillo de alta presión y un motor de velocidad variable de imán permanente, lo que proporciona una presión estable con una fluctuación controlada estrechamente y un seguimiento automático del flujo a medida que el martillo realiza ciclos. En comparación con un compresor diésel que funciona durante todo el turno, el accionamiento eléctrico reduce la logística del combustible, el mantenimiento del motor, el ruido y los gases de escape en el sitio, algo valioso cuando un taladro opera cerca de una comunidad o dentro de un área industrial permitida. Por lo general, se combina con el equipo como una estación semipermanente o se monta en un remolque de soporte con su propio generador para su reubicación entre plataformas cercanas.
Especificaciones reales de alta presión de dos etapas KOTECH KEH
Cifras de fábrica actuales para las variantes de 4 MPa (40 bar) de la página del producto KOTECH; KEH cubre de 30 a 50 bar y de 5 a 25 m³/min con accionamiento PM VSD.
Estas filas son las variantes de 40 barras; Los mismos marcos se publican con capacidades de 30 y 50 bar cuando el servicio lo requiera. Debido a que el suministro de aire libre disminuye a medida que aumenta la presión nominal, lea siempre la cifra de la presión a la que realmente funcionará el martillo en lugar de un máximo genérico del folleto.
Procedimiento de dimensionamiento para un programa de pozos profundos.
Partiendo de las especificaciones del martillo DTH: rango de presión de funcionamiento recomendado y consumo de aire en m³/min. Agregue la contrapresión esperada a la profundidad objetivo, incluida la columna de agua, la fricción anular y cualquier inyección de niebla o espuma, para determinar la presión de descarga del compresor. Luego calcule la velocidad hacia arriba del pozo a partir del flujo del compresor, el diámetro del pozo y el diámetro exterior de la tubería de perforación; Si la velocidad no alcanza el objetivo de transporte de recortes, aumente el flujo, agregue un segundo compresor o reduzca la tasa de penetración en lugar de simplemente aumentar la presión.
La integración en el sitio merece atención. Una unidad KEH estacionaria necesita una plataforma estable, una fuente de alimentación del tamaño adecuado para el motor más una reducción de potencia para la altitud y la temperatura, una tubería de descarga adecuada al equipo con mangueras con clasificación de presión y un receptor para amortiguar las pulsaciones, además de administración de agua para marcos enfriados por agua. Instrumente la presión y el flujo tanto en el compresor como en el equipo, porque la diferencia entre ellos revela pérdidas en la manguera y el filtro que silenciosamente roban el rendimiento del martillo. Con esos conceptos básicos implementados, una estación eléctrica de alta presión puede funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana en programas de pozos de turnos múltiples sin los ciclos de servicio del motor que dominan el tiempo de inactividad de la flota diésel.
Cuándo quedarse con aire móvil diésel
La compresión eléctrica de tornillos de alta presión no es universal. Las perforaciones de exploración que se mueven cada pocos días, los sitios sin red ni grupo electrógeno económico y los pozos remotos únicos siguen siendo los mejor atendidos por un compresor móvil de alta presión impulsado por diésel como el KOTECH.KDP-18/25a 25 bar o un refuerzo diésel específico. La decisión debe tomarse en función de la utilización esperada y la disponibilidad de energía: cuando una perforadora pasará semanas o meses en plataformas de pozos alimentadas, el menor costo de energía y mantenimiento de la estación eléctrica generalmente amortiza la instalación; cuando se mueve constantemente por terrenos fuera de la red, gana la movilidad diésel. Muchas flotas maduras terminan operando ambas: unidades diésel para exploración y pozos remotos, estaciones eléctricas KEH para campos de pozos desarrollados y programas geotérmicos.
Consejos de compra
- Mida tanto la presión (profundidad más la contrapresión de la columna de agua) como el flujo (velocidad de achique), nunca uno sin el otro.
- Elija estaciones eléctricas KEH para programas largos en campos de pozos eléctricos; Mantener unidades móviles diésel para exploración fuera de la red.
- Seleccione la clasificación KEH a la presión que realmente funciona el martillo, ya que el flujo disminuye a medida que aumenta la presión.
- Proporcione una plataforma estable, una manguera de descarga nominal, un tanque receptor e instrumentación de presión/flujo en ambos extremos.
- Reduzca la potencia del motor y la capacidad de enfriamiento para la altitud y la temperatura ambiente en sitios de perforación en superficie.
Preguntas frecuentes
¿Qué presión necesita un martillo DTH para un pozo de agua profunda?
¿Puede un compresor de tornillo eléctrico reemplazar un diésel en una plataforma de perforación?
¿Por qué la compresión de alta presión necesita dos etapas?
¿Cuánto aire consume un martillo DTH de pozo de agua?
¿Qué es la velocidad de rescate y por qué es importante?
¿Qué modelo de KEH se adapta a una plataforma típica de pozos profundos?
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