Se hai mai visto un'esecuzione di perforazione ben pianificata superare un offset comparabile del 20-40% ROP con meno guasti allo strumento, è probabile che non sia stato solo un po', la formazione o la fortuna, ma un controllo superiore della pressione differenziale attraverso il motore del fango. Ecco un'affermazione provocatoria: la maggior parte delle perdite di prestazioni in un gruppo di fondo pozzo azionato da un motore per fango non sono causate dalla roccia; sono causati da una cattiva gestione della pressione. Esatto: più viaggi, più stalli, più statori bruciati e più elastomeri rotti rimandano quasi sempre al controllo della pressione differenziale.
Il problema principale è semplice ma spietato: un motore per fango converte l’energia idraulica – flusso e pressione – in rotazione e coppia. Se gestisci male quella pressione, il tuo motore muore di fame o soffoca. Se corri troppo basso, otterrai velocità e coppia inadeguate; corri troppo in alto e colpisci stallo, picco e danno. Il risultato sono costosi tempi di inattività e una compromissione della qualità del pozzo.
In questo post imparerai esattamente come la pressione differenziale governa l'inviluppo delle prestazioni di un motore per fanghi; come leggere e utilizzare la pressione dal fondo, la pressione del punto di stallo e la pressione di stallo; come trovare e mantenere una pressione di perforazione ottimale; e come adattare questi concetti agli odierni sistemi ad alto flusso e ad alta HHP. Esamineremo il monitoraggio pratico della superficie, il feedback del fondo pozzo, il processo decisionale basato sulle tendenze e l'interazione con l'idraulica, la selezione delle punte e la meccanica della formazione, in modo da poter perforare più velocemente, in modo più sicuro e più a lungo sul fondo.
Chiave da asporto
La pressione differenziale è la leva più azionabile per estrarre la massima coppia e numero di giri da un motore per fanghi senza danneggiare la sezione di potenza.
Traccia sempre tre punti di pressione: pressione dal fondo (linea di base), pressione del punto di stallo (limite) e pressione di stallo (zona pericolosa). Forare ad un differenziale ottimale appena sotto lo stallo.
Azionare il motore del fango entro l'estremità superiore della finestra di flusso nominale (tipicamente 70–85% del massimo) per ottenere un numero di giri più elevato, una coppia maggiore e una maggiore resistenza allo stallo, senza entrare in intervalli di pressione distruttivi.
Utilizza regolazioni basate sull'andamento: man mano che la linea di base dal fondo aumenta con l'aggiunta di tubi di perforazione o cambiamenti delle proprietà del fango, verifica nuovamente il punto di stallo e ricentra la pressione di perforazione ottimale.
Integra la modellazione idraulica, l'ottimizzazione degli ugelli della punta e il feedback in tempo reale di pressione/giri/coppia per un controllo preciso e un ROP superiore a un costo per piede inferiore.
Pressione fuori dal fondo
La pressione fuori dal fondo è la pressione circolante di base registrata sul manometro dell'attrezzatura (o sul sensore del tubo di livello) quando la pompa è alla velocità di perforazione prevista ma la punta non è in contatto con la formazione. È fondamentale perché ogni altro stato di pressione – punto di stallo, stallo e pressione di perforazione ottimale – viene misurato come un differenziale al di sopra di questa linea di base. In altre parole, la pressione dal fondo è lo zero di riferimento per interpretare il carico del motore.
Perché la pressione dal fondo cambia e perché è importante:
Le perdite di carico per attrito aumentano con una maggiore quantità di aste di perforazione nel foro e con portate più elevate.
La reologia del fango e gli spostamenti di densità (ad esempio, dovuti alla diluizione, all'aggiunta di barite, alla temperatura) alterano la resistenza del sistema.
L'attrezzatura di superficie e i vincoli anulari cambiano al variare della lunghezza del BHA, degli stabilizzatori e degli strumenti MWD/LWD.
Passaggi pratici:
Stabilire la linea di base fuori dal fondo alla portata esatta della pompa con cui si intende perforare. La modifica del flusso modifica la potenza del motore, quindi ripetere sempre la linea di base dopo modifiche significative del flusso.
Ricontrolla il fondo quando aggiungi i supporti. La linea di base generalmente si insinua verso l'alto con la profondità. Se non si ricontrolla, si può pensare di essere alla stessa pressione differenziale quando in realtà si è più vicini allo stallo.
Effettuare una verifica incrociata del fondo pozzo con i dati dello strumento fondo pozzo, ove disponibili (ad esempio, ΔP interno del motore da MWD). La pressione superficiale del tubo di livello include l'attrito del sistema; il differenziale interno del motore ne è una parte.
Interpretazione della pressione dal fondo con un motore per fanghi:
Il motore del fango consuma una parte della pressione del sistema sotto forma di potenza idraulica attraverso la sezione di potenza. La pressione dal fondo esclude il carico aggiuntivo del motore derivante dal taglio della roccia.
La stabilità della pressione fuori dal fondo indica proprietà del fango e percorso di circolazione stabili. La risalita dal fondo in condizioni costanti può segnalare ostruzioni (ugelli bit, vagli MWD) o accumulo di detriti.
Un flusso di lavoro semplice:
Imposta la velocità della pompa in base al flusso di perforazione target.
Registrare la pressione dal fondo (P_off).
Appesantire delicatamente la punta fino al fondo e creare una pressione differenziale relativa a P_off quando si inizia a perforare.
Monitora il modo in cui il peso applicato sulla punta (WOB) e l'azionamento rotante interagiscono con ΔP per mantenere il motore nel suo inviluppo efficiente.
Pressione del punto di stallo
La pressione del punto di stallo è la lettura precisa della pressione superficiale alla quale il motore del fango viene sopraffatto: il movimento interno del rotore-statore cessa e la rotazione della punta dal motore scende verso zero. Al punto di stallo, il motore ha raggiunto il limite massimo di coppia per la portata e le proprietà del fango specificate. Supera questo limite e rischi di danneggiare l'elastomero, la delaminazione dello statore e l'usura accelerata.
Caratteristiche principali del punto di stallo:
È ripetibile a una determinata portata, temperatura e reologia del fango, finché le condizioni del sistema non cambiano.
È identificato da un'inflessione caratteristica: gli aumenti incrementali del WOB producono aumenti di pressione sproporzionatamente grandi con un guadagno minimo o nullo nel ROP. Quando si va in stallo, la coppia aumenta bruscamente mentre il numero di giri crolla.
Downhole, lo stallo appare come un rapido decadimento del regime fino a quasi lo zero con un evento di coppia di picco; superficie, vedrai il plateau della pressione e poi un aumento.
Come trovare il punto di stallo in modo sicuro:
Da P_off, aumentare gradualmente il WOB mantenendo la portata costante nella fascia superiore consigliata dal motore (70–85% del massimo).
Osservare l'appiattimento della risposta ROP al WOB aggiunto e l'aumento della pendenza della pressione del tubo di livello.
Segnare la pressione alla quale il motore esita o va in stallo: P_stall.
Arrestare immediatamente il WOB per evitare un evento di stallo.
Perché devi conoscere P_stall:
Imposta il limite superiore della finestra operativa. La pressione di perforazione ottimale sarà inferiore a questo valore.
Si sposta con il flusso: un flusso più elevato generalmente aumenta la capacità della coppia di stallo e sposta P_stall più in alto.
È sensibile alla temperatura: l’espansione dell’elastomero a temperature elevate del fondo pozzo può ridurre il gioco, modificando il comportamento ΔP interno.
Quantificazione della vicinanza allo stallo:
Pressione differenziale (ΔP_drill) = P_sul fondo ? P_off.
Margine di stallo = P_stallo ? P_sul fondo. Mantenere un margine positivo durante la perforazione stazionaria.
Molti team standardizzano un margine di lavoro di 100–300 psi sotto lo stallo, a seconda della progettazione dell'utensile e della variabilità della formazione.
Pressione in stallo
La pressione di stallo è il picco improvviso di pressione del tubo di livello, spesso 300 psi o più, immediatamente dopo aver attraversato il punto di stallo. È un evento drammatico: il rotore si ferma rispetto allo statore, ma la pompa continua a fornire flusso, provocando un rapido aumento della pressione differenziale nella sezione di potenza. Resta qui anche per un breve periodo e rischi un catastrofico surriscaldamento dell'elastomero, rotture in casi estremi e costose ricostruzioni del motore.
Riconoscere lo stallo:
Raggiungi P_stall, quindi la pressione aumenta bruscamente (ad esempio, +300–800 psi). Il ROP collassa, la coppia raggiunge il massimo e la rotazione della superficie potrebbe trascinarsi se si guida la corda.
Le tracce delle vibrazioni del fondo pozzo cambiano; a volte il downlink MWD indica un numero di giri del motore pari a zero se la telemetria è in tempo reale.
Quando si solleva dal fondo, la pressione ritorna a P_off quasi immediatamente.
Azioni immediate:
Rilassa il WOB o riprendi per eliminare la parte. Non continuare a spingere il WOB per 'muscolare attraverso.'
Se necessario, ridurre temporaneamente il flusso per rilasciare lo stallo, quindi ristabilire la linea di base e risalire fino al differenziale ottimale.
Fate circolare i ritagli per assicurarvi che nessun imballaggio abbia contribuito all'evento.
Prevenire eventi in stallo:
Azionare il motore del fango vicino al flusso consigliato superiore ma mantenere un margine di stallo definito.
Applicazione WOB fluida. Evitare trasferimenti improvvisi di carichi pesanti, soprattutto in formazioni intercalate, selcese o nodulari.
Monitora le fluttuazioni delle proprietà del fango (picchi di viscosità, carico di solidi) che aumentano il ΔP del sistema e riducono il margine di stallo senza preavviso.
Utilizza l'analisi in tempo reale, ove disponibile: i proxy della corrente del motore, le stime della coppia e le letture dei giri/min ti aiutano a vedere l'inizio dello stallo prima di quanto un essere umano possa reagire solo sul manometro.
Pressione di perforazione ottimale
La pressione di perforazione ottimale è il punto ideale in cui il motore del fango fornisce il suo massimo ROP efficace con il carico differenziale meno distruttivo. Solitamente è appena sotto il punto di stallo, bilanciando coppia e giri/min senza rischiare di stallo. Sebbene l'obiettivo preciso vari in base alla progettazione del motore, al tipo di punta e alla formazione, una regola pratica sul campo è mantenere ΔP_drill 100–300 psi al di sotto di P_stall alla portata scelta.
Come impostare l'ottimale:
Determinare P_off al flusso target.
Identificare P_stall mediante rampa WOB controllata.
Scegliere un differenziale di lavoro ΔP_opt ≈ P_stall da ?100 a ?300 psi (regolare in base alle indicazioni del fornitore dello strumento e alla variabilità della formazione).
Convertire ΔP_opt in un target tubo di livello: P_target = P_off + ΔP_opt.
Perforare mantenendo la pressione del tubo di livello vicino a P_target, regolando il WOB e il numero di giri della superficie per mantenere costante il ΔP quando la formazione cambia.
Perché funziona:
La sezione di potenza di un motore per fanghi converte la potenza idraulica in velocità di punta (RPM) e coppia. Vicino allo stallo, la coppia è elevata ma il numero di giri crolla; molto al di sotto dello stallo, il numero di giri può essere decente ma la coppia è insufficiente su roccia più dura. L'ottimale si trova appena sotto lo stallo, preservando sia la coppia adeguata che il numero di giri utilizzabili.
Il funzionamento nel 70–85% superiore del valore di flusso della sezione di potenza aumenta la coppia e il numero di giri contemporaneamente, aumentando la soglia di stallo e consentendo di mantenere un ΔP_opt più elevato in sicurezza.
Perfezionamento del target basato sui dati:
Tieni traccia di ROP e ΔP_drill. La curva ROP solitamente aumenta con ΔP fino al ginocchio appena prima dello stallo, quindi si appiattisce. Corri al ginocchio.
Monitorare l'MSE (energia meccanica specifica). Quando il ΔP si avvicina al livello ottimale, l’MSE dovrebbe diminuire, indicando un trasferimento energetico efficiente. L’aumento dell’MSE a un ΔP più alto suggerisce che stai semplicemente spingendo contro lo stallo senza guadagno ROP.
Utilizzare qualità poco smussate e ispezione del motore per convalidare: uno statore sano e un profilo di usura della fresa bilanciato indicano un controllo ΔP appropriato; la formazione di bolle sull'elastomero e la scheggiatura del cono/della fresa sono spesso correlate a stallo o sovraccarico ripetuti.
Interazione con l'idraulica della punta e la selezione dell'ugello:
L'area di flusso totale (TFA) dell'ugello imposta la velocità del getto e influenza la pressione del sistema. Con un motore per fango, è necessario bilanciare l'impatto del getto (pulizia, HHP) e il ΔP disponibile del motore. Gli ugelli sovradimensionati abbassano la pressione ma possono ridurre la coppia; gli ugelli sottodimensionati gonfiano la pressione del sistema, riducendo il margine di stallo.
Ottimizza il TFA in modo che alla velocità target della pompa sia possibile ottenere sia una potenza idraulica adeguata che un ΔP_opt appena sotto lo stallo.
Strategia di portata:
All'interno della finestra della sezione di potenza del motore, un flusso maggiore aumenta il numero di giri e la capacità di coppia. Se è necessario un margine di coppia maggiore senza avvicinarsi allo stallo, aumentare leggermente il flusso e quindi mappare nuovamente P_off e P_stall. Non dare per scontato che il vecchio punto di stallo sia ancora valido.
Attenzione agli impatti della temperatura: un flusso più elevato raffredda l'elastomero, il che è positivo, ma i fori più profondi e più caldi aumentano comunque la temperatura dello statore nel tempo, spostando i giochi e quindi il comportamento di stallo.
Conclusione
Una perforazione efficace con motori per fanghi non significa solo rendere le pompe più potenti o spingere più peso. Si tratta di un controllo preciso della pressione differenziale. Ancorando le vostre operazioni a tre riferimenti di pressione (fuori dal fondo, punto di stallo e stallo) e impostando deliberatamente una pressione di perforazione ottimale appena sotto lo stallo, convertite l'energia idraulica in lavoro di punta con la massima efficienza proteggendo al tempo stesso il motore. Rimani nella finestra di flusso superiore del motore, convalida frequentemente il margine di stallo man mano che le condizioni di profondità e fango cambiano e utilizza il feedback basato sull'andamento (ROP, MSE, coppia, RPM) per mantenere il sistema in sintonia. Se eseguito correttamente, otterrai un ROP più elevato, una maggiore durata del motore, meno viaggi e un costo per piede inferiore: tutti risultati che contano in ogni pozzo.
