L'equip de perforació és l'equip bàsic per aconseguir la penetració de la formació i la construcció de passatges de pous en l'exploració i desenvolupament de petroli i gas. Els seus principis de disseny giren al voltant de quatre objectius bàsics: trencament eficient de roques, elevació i circulació fiables, control precís i garantia de seguretat. Aquests principis tenen com a objectiu abordar els múltiples reptes que plantegen l'alta temperatura, l'alta pressió, la càrrega elevada, la corrosió forta i les condicions geològiques complexes.
La perforació de trencament de roques és la tasca principal de la perforació, i el seu principi de disseny es basa en la conversió eficient d'energia i l'eliminació oportuna dels talls. La broca converteix l'energia mecànica en energia de trencament que actua sobre la formació mitjançant la rotació o l'impacte. Durant la fase de disseny, la forma de la dent, la densitat de la dent i l'angle de tall s'han d'optimitzar segons la litologia (com ara gres, pedra calcària i esquist) per equilibrar l'eficiència de trencament de roques i la vida útil de la broca. Simultàniament, la sarda de perforació, com a portadora de transmissió d'energia, ha de tenir una resistència a la torsió i flexió i un rendiment de fatiga suficients per garantir una transmissió estable del parell i la pressió de perforació en condicions de càrrega profundes i altes-, evitant interrupcions de perforació per deformació o fractura.
El disseny del sistema d'elevació i rotació es centra en un funcionament fiable. El cabrestant aconsegueix pujar i baixar verticalment la corda de perforació mitjançant tambors i cables. El seu mecanisme de transmissió s'ha d'adaptar a la màxima càrrega del ganxo i a la velocitat d'elevació, i equipat amb un sistema de frenada fiable per controlar la inèrcia de baixada. L'accionament superior integra funcions d'elevació i rotació, la qual cosa permet la rotació contínua de la canonada de perforació i la connexió sincrònica d'un sol-tub mitjançant un eix buit. El disseny se centra en la capacitat de càrrega-de càrrega dels coixinets de l'eix i la resistència a l'alta-pressió del sistema de segellat per reduir el risc d'enganxar la perforació en les operacions de pous profunds.
El principi de disseny del sistema de circulació se centra en el lliurament estable de fluid de perforació i el manteniment de l'entorn del pou. La bomba de fang ha de proporcionar un desplaçament i una pressió suficients per superar la resistència de la canonada i portar els talls a la superfície. El seu disseny de cilindre, pistó i conjunt de vàlvules ha de suportar l'erosió de fluids carregats de sorra-alta velocitat-. El col·lector de circulació superficial i els equips de purificació (com ara pantalles vibrants i desandadores) necessiten una disposició optimitzada del canal de flux i una eficiència de separació per garantir un rendiment estable del fluid de perforació i assolir funcions com ara refredar la broca, equilibrar la pressió de formació i prevenir el col·lapse del forat.
El disseny del sistema de control posa èmfasi en la coordinació multi-paràmetres i en l'ajust intel·ligent. Mitjançant la integració de tecnologies d'informació mecàniques, hidràuliques i electròniques, es recullen paràmetres com la pressió de perforació, la velocitat de rotació, la pressió de la bomba i la inclinació del pou en temps real. En combinació amb els models de resposta a la formació, els paràmetres operatius s'ajusten dinàmicament per evitar la sobrecàrrega o la inestabilitat del pou. El disseny del conjunt de la prevenció d'explosió (BOP) del sistema de control del pou ha de complir els requisits per a un aïllament ràpid del pou en situacions d'emergència. El seu nucli radica en la resistència a la pressió dels elements de segellat i la fiabilitat dels actuadors, proporcionant una línia de defensa final per a la seguretat del personal i de les instal·lacions.
El disseny modern d'equips de perforació també incorpora conceptes de modularitat i lleugeresa. Les interfícies estandarditzades permeten un ràpid desmuntatge i una expansió funcional, reduint les dificultats de transport i instal·lació. Simultàniament, el disseny d'estalvi d'energia-emfatitza la combinació eficient del sistema d'alimentació i la recuperació d'energia, reduint el consum d'energia operatiu. En general, els principis de disseny dels equips de perforació es basen en l'adaptabilitat a les condicions de funcionament. Mitjançant la integració de tecnologies multidisciplinàries, s'aconsegueix un equilibri entre trencament eficient de roques, operació fiable, control precís i seguretat controlable, proporcionant un suport tècnic sòlid per a l'exploració i desenvolupament de recursos complexos de petroli i gas.