Si alguna vez ha observado que una perforación bien planificada supera una compensación comparable en un 20 % a un 40 % de ROP con menos fallas de herramientas, es probable que no haya sido solo la broca, la formación o la suerte: fue un control superior de la presión diferencial a través del motor de lodo. He aquí una afirmación provocativa: la mayoría de las pérdidas de rendimiento en un conjunto de fondo de pozo impulsado por un motor de lodo no son causadas por la roca; Son causados ??por una mala gestión de la presión. Así es: más disparos, más paradas, más estatores quemados y más elastómeros rotos casi siempre apuntan al control de presión diferencial.
El problema central es simple pero implacable: un motor de lodo convierte la energía hidráulica (flujo y presión) en rotación y torsión. Si gestiona mal esa presión, su motor se morirá de hambre o se ahogará. Si corre demasiado bajo, obtendrá una velocidad de broca y un torque inadecuados; Si corres demasiado alto, sufrirás pérdida, picos y daños. El resultado es un costoso tiempo de inactividad y una calidad comprometida del pozo.
En esta publicación, aprenderá exactamente cómo la presión diferencial gobierna el rendimiento de un motor de lodo; cómo leer y utilizar la presión de fondo, la presión del punto de pérdida y la presión de pérdida; cómo encontrar y mantener una presión de perforación óptima; y cómo adaptar estos conceptos a los sistemas actuales de alto flujo y alto HHP. Analizaremos el monitoreo práctico de la superficie, la retroalimentación del fondo del pozo, la toma de decisiones basada en tendencias y la interacción con la hidráulica, la selección de brocas y la mecánica de la formación, para que pueda perforar más rápido, más seguro y por más tiempo en el fondo.
Conclusión clave
La presión diferencial es la palanca más accionable para extraer el par máximo y las RPM de un motor de lodo sin dañar la sección de potencia.
Realice un seguimiento de tres puntos de referencia de presión en todo momento: presión fuera del fondo (línea de base), presión del punto de pérdida (límite) y presión de pérdida (zona de peligro). Perfore con un diferencial óptimo justo debajo de la pérdida.
Opere el motor de lodo dentro del extremo superior de su ventana de flujo nominal (normalmente entre el 70% y el 85% del máximo) para lograr RPM más altas, mayor torsión y mayor resistencia a la pérdida, sin cruzar rangos de presión destructivos.
Utilice ajustes basados ??en tendencias: a medida que la línea base fuera del fondo aumenta con la adición de tuberías de perforación o cambios en las propiedades del lodo, vuelva a verificar el punto de pérdida y vuelva a centrar su presión de perforación óptima.
Integre el modelado hidráulico, la optimización de la boquilla de la broca y la retroalimentación de presión/RPM/par en tiempo real para un control preciso y una ROP superior a un menor costo por pie.
Presión fuera del fondo
La presión fuera del fondo es la presión circulante de referencia registrada en el manómetro del equipo (o sensor de tubo vertical) cuando la bomba está a la velocidad de perforación prevista pero la barrena no está en contacto con la formación. Es crucial porque todos los demás estados de presión (punto de pérdida, punto de pérdida y presión de perforación óptima) se miden como un diferencial por encima de esta línea de base. En otras palabras, la presión fuera del fondo es su referencia cero para interpretar la carga del motor.
Por qué cambia la presión exterior y por qué es importante:
Las pérdidas de presión por fricción aumentan con más tubería de perforación en el pozo y con mayores caudales.
La reología del lodo y los cambios de densidad (por ejemplo, por dilución, adición de barita, temperatura) alteran la resistencia del sistema.
El equipo de superficie y las limitaciones anulares cambian a medida que varían la longitud del BHA, los estabilizadores y las herramientas MWD/LWD.
Pasos prácticos:
Establezca la línea base fuera del fondo a la velocidad de bombeo exacta con la que desea perforar. Cambiar el flujo cambia la salida del motor, por lo que siempre vuelva a establecer la línea base después de cambios significativos en el flujo.
Vuelva a verificar el fondo cuando agregue soportes. La línea de base generalmente asciende lentamente con la profundidad. No volver a verificar puede hacer que piense que tiene la misma presión diferencial cuando en realidad está más cerca de entrar en pérdida.
Verifique de forma cruzada los datos de fondo con los de las herramientas de fondo de pozo cuando estén disponibles (p. ej., ΔP del motor interno de MWD). La presión superficial del tubo vertical incluye la fricción del sistema; El diferencial interno del motor es una parte de eso.
Interpretación de la presión de fondo con un motor de lodo:
El motor de lodo consume una parte de la presión del sistema en forma de caballos de fuerza hidráulica a través de la sección de potencia. La presión fuera del fondo excluye la carga adicional del motor proveniente del corte de roca.
La estabilidad de la presión fuera del fondo indica propiedades estables del lodo y trayectoria de circulación. El ascenso del fondo en condiciones constantes puede indicar obstrucción (boquillas de broca, rejillas MWD) o acumulación de recortes.
Un flujo de trabajo simple:
Establezca la velocidad de la bomba para alcanzar el flujo de perforación objetivo.
Registre la presión de fondo (P_off).
Pese la broca suavemente hasta el fondo y genere presión diferencial en relación con P_off a medida que comienza a perforar.
Realice un seguimiento de cómo el peso aplicado en la broca (WOB) y el accionamiento giratorio interactúan con ΔP para mantener el motor en su envolvente eficiente.
Presión del punto de pérdida
La presión del punto de calado es la lectura precisa de la presión superficial en la que el motor de lodo se ve dominado: el movimiento interno del rotor-estator cesa y la rotación de la broca del motor cae hacia cero. En el punto de calado, el motor ha alcanzado su límite de torsión para el caudal y las propiedades del lodo dados. Si supera esto, corre el riesgo de dañar el elastómero, delaminar el estator y acelerar el desgaste.
Rasgos clave del punto de pérdida:
Es repetible a un caudal, temperatura y reología del lodo determinados, hasta que cambien las condiciones del sistema.
Se identifica por una inflexión característica: los aumentos incrementales de WOB producen aumentos de presión desproporcionadamente grandes con poca o ninguna ganancia en ROP. Al frenar, el par aumenta bruscamente mientras las RPM colapsan.
En el fondo del pozo, la pérdida aparece como una rápida caída de las RPM hasta cerca de cero con un evento de torsión máxima; superficie, verá que la presión se estabiliza y luego aumenta.
Cómo encontrar un punto de pérdida de forma segura:
Desde P_off, aumente gradualmente el WOB mientras mantiene constante el caudal en la banda superior recomendada por el motor (70–85 % del máximo).
Esté atento a una respuesta de ROP que se aplana al aumento de WOB y a una pendiente creciente de presión en el tubo vertical.
Marque la presión a la que el motor titubea o se cala: P_stall.
Retroceda el WOB inmediatamente para evitar un evento de estancamiento.
Por qué debes conocer P_stall:
Establece el límite superior de su ventana operativa. Su presión de perforación óptima estará por debajo de este valor.
Cambia con el flujo: un flujo más alto generalmente aumenta la capacidad de par de pérdida y aumenta el P_stall.
Es sensible a la temperatura: la expansión del elastómero a temperaturas elevadas del fondo del pozo puede reducir el espacio libre, cambiando el comportamiento interno del ΔP.
Margen de pérdida = P_stall ? P_on-bottom. Mantenga un margen positivo durante la perforación en estado estacionario.
Muchos equipos estandarizan un margen de trabajo de 100 a 300 psi por debajo de la pérdida, dependiendo del diseño de la herramienta y la variabilidad de la formación.
Presión estancada
La presión de estancamiento es el pico abrupto de presión del tubo vertical (a menudo 300 psi o más) inmediatamente después de cruzar el punto de estancamiento. Es un evento de línea roja: el rotor se detiene en relación con el estator, pero la bomba continúa entregando flujo, lo que provoca un rápido aumento de la presión diferencial en toda la sección de potencia. Permanezca aquí incluso por un período corto y correrá el riesgo de un sobrecalentamiento catastrófico del elastómero, deformaciones en casos extremos y costosas reconstrucciones del motor.
Reconocer estancado:
Llega a P_stall, luego la presión aumenta bruscamente (p. ej., +300–800 psi). La ROP colapsa, el torque se maximiza y la superficie giratoria puede arrastrarse si está impulsando la sarta.
Las firmas de vibración en el fondo del pozo cambian; A veces, el enlace descendente MWD indica cero RPM del motor si la telemetría es en tiempo real.
Cuando se levanta del fondo, la presión vuelve a caer a P_off casi de inmediato.
Acciones inmediatas:
Afloje el WOB o levántelo para limpiar la broca. No sigas presionando a WOB para 'hacer fuerza'.
Reduzca el flujo temporalmente si es necesario para liberar la pérdida, luego restablezca la línea base y vuelva a subir al diferencial óptimo.
Haga circular los recortes para garantizar que ningún material de embalaje contribuya al evento.
Prevención de eventos estancados:
Opere el motor de lodo cerca de la recomendación de flujo superior pero mantenga un margen de pérdida definido.
Aplicación WOB fluida. Evite transferencias repentinas de peso pesado, especialmente en formaciones intercaladas, cerezo o nodulares.
Monitoree las fluctuaciones en las propiedades del lodo (picos de viscosidad, carga de sólidos) que aumentan el ΔP del sistema y reducen el margen de pérdida sin previo aviso.
Utilice análisis en tiempo real cuando estén disponibles: los indicadores de corriente del motor, las estimaciones de par y las lecturas de RPM lo ayudan a ver el inicio de la pérdida antes de que un humano pueda reaccionar solo con el medidor.
Presión de perforación óptima
La presión de perforación óptima es el punto ideal donde el motor de lodo ofrece su máxima ROP efectiva con la carga diferencial menos destructiva. Por lo general, está justo debajo del punto de pérdida, equilibrando el par y las RPM sin llegar al riesgo de pérdida. Si bien el objetivo preciso varía según el diseño del motor, el tipo de broca y la formación, una regla práctica en el campo es mantener ΔP_drill entre 100 y 300 psi por debajo de P_stall al caudal elegido.
Cómo establecer el óptimo:
Determine P_off en el flujo objetivo.
Identifique P_stall mediante rampa WOB controlada.
Elija un diferencial de trabajo ΔP_opt ≈ P_stall ? 100 a ?300 psi (ajuste según la orientación del proveedor de herramientas y la variabilidad de la formación).
Convierta ΔP_opt nuevamente en un objetivo de tubo vertical: P_target = P_off + ΔP_opt.
Perfore mientras mantiene la presión del tubo vertical cerca de P_target, ajustando el WOB y las RPM de la superficie para mantener estable el ΔP a medida que cambia la formación.
Por qué esto funciona:
La sección de potencia de un motor de lodo convierte la potencia hidráulica en velocidad de la broca (RPM) y torque. Casi parado, el torque es alto pero las RPM colapsan; muy por debajo de la pérdida, las RPM pueden ser decentes pero el torque es insuficiente en rocas más duras. Lo óptimo se encuentra justo debajo de la pérdida, preservando tanto el torque adecuado como las RPM utilizables.
Operar en el 70-85% superior del índice de flujo de la sección de potencia aumenta el torque y las RPM simultáneamente, elevando el umbral de pérdida y permitiéndole mantener un ΔP_opt más alto de manera segura.
Refinamiento de objetivos basado en datos:
Seguimiento de ROP frente a ΔP_drill. La curva ROP generalmente aumenta con ΔP hasta una rodilla justo antes de la pérdida, luego se aplana. Corre por la rodilla.
Monitorear MSE (energía mecánica específica). A medida que ΔP se acerca al óptimo, MSE debería disminuir, lo que indica una transferencia de energía eficiente. El aumento del MSE con un ΔP más alto sugiere que simplemente está presionando contra la pérdida sin ganancia de ROP.
Utilice calidades de broca desafiladas e inspección del motor para validar: un estator saludable y un perfil de desgaste de cortador equilibrado indican un control ΔP apropiado; La formación de ampollas en el elastómero y el desconchado del cono/cortador a menudo se correlacionan con paradas repetidas o sobrecargas.
Interacción con el sistema hidráulico de la broca y la selección de boquillas:
El área de flujo total de la boquilla (TFA) establece la velocidad del chorro e influye en la presión del sistema. Con un motor de lodo, se debe equilibrar el impacto del chorro (limpieza, HHP) y el ΔP disponible del motor. Las boquillas de gran tamaño reducen la presión pero pueden reducir el torque; Las boquillas de tamaño insuficiente inflan la presión del sistema, lo que reduce el margen de pérdida.
Optimice el TFA para que, a su velocidad de bombeo objetivo, pueda lograr la potencia hidráulica de la broca adecuada y un ΔP_opt justo por debajo de la pérdida.
Estrategia de caudal:
Dentro de la ventana de la sección de potencia del motor, un flujo más alto aumenta las RPM y la capacidad de torsión. Si necesita más margen de torsión sin acercarse a la pérdida, aumente ligeramente el flujo y luego vuelva a asignar P_off y P_stall. No asuma que el antiguo punto de pérdida todavía se aplica.
Tenga cuidado con los impactos de la temperatura: un flujo más alto enfría el elastómero, lo cual es bueno, pero los orificios más profundos y calientes aún aumentan la temperatura del estator con el tiempo, lo que cambia las holguras y, por lo tanto, se detiene el comportamiento.
Conclusión
La perforación eficaz con motor de lodo no consiste sólo en hacer girar las bombas con más fuerza o empujar más peso. Se trata de un control preciso de la presión diferencial. Al anclar sus operaciones a tres referencias de presión (fuera del fondo, punto de pérdida y pérdida) y establecer deliberadamente una presión de perforación óptima justo por debajo de la pérdida, usted convierte la energía hidráulica en trabajo de broca con la máxima eficiencia y al mismo tiempo protege el motor. Permanezca en la ventana de flujo superior del motor, valide su margen de pérdida con frecuencia a medida que cambian las condiciones de profundidad y lodo, y utilice retroalimentación basada en tendencias (ROP, MSE, torque, RPM) para mantener el sistema en sintonía. Si se hace correctamente, verá una ROP más alta, una vida útil más larga del motor, menos viajes y un menor costo por pie: todos resultados importantes en todos los pozos.
