Sensores y optimización de la dinámica de perforación. Mediciones precisas y en tiempo real para una perforación productiva.

Transcripción

1 Riesgo grave Riesgo elevado Riesgo medio Riesgo bajo 6,500 ft 7,000 ft Sensores y optimización de la dinámica de perforación Mediciones precisas y en tiempo real para una perforación productiva

2 Sensores y optimización de la dinámica de perforación Reduzca los impactos. Optimice la tasa de penetración. Maximice el desempeño del trépano. Evite costos por pérdidas en el pozo y tiempo improductivo. Prevenga arremetidas y fracturas. Los sensores de dinámica de perforación de Schlumberger brindan mediciones de fondo precisas y en tiempo real, para perforar hasta la PT en menos tiempo. Los sensores de dinámica de perforación de Schlumberger miden vibraciones e impactos, peso y torque en el trépano, presión y temperatura anulares, y diámetro del pozo. Esto permite optimizar los parámetros de la perforación y minimizar el riesgo de fatiga en la sarta, viajes prematuros por fallas, tuberías atascadas, arremetidas y pérdidas de circulación. Datos de impactos en tiempo real Las herramientas MWD y LWD y los sistemas rotativos orientables PowerDrive* de Schlumberger ofrecen registros en tiempo real y con memoria del nivel y la duración de los impactos que reciben en el fondo (0 = sin impactos, 1 = impactos intermedios, 2 = impactos elevados, y 3 = impactos intensos). Los impactos se clasifican en cantidad por segundo (cps), impactos máximos e impactos acumulativos. El sistema de telemetría PowerPulse* MWD y el servicio de telemetría de alta velocidad durante la perforación TeleScope* registran la cantidad de impactos superiores a 50 g por segundo como promedio variable durante un período de 100 s, transmiten el dato como cps de impactos, y ayudan a definir el nivel de riesgo (0, 1, 2 ó 3). Nuestras herramientas miden también el movimiento a tirones, mediante las variaciones en las rpm de la cupla de fondo durante un plazo específico. La variación de fondo se compara con las rpm en superficie y se informan como nivel de movimiento a tirones y riesgo 0, 1, 2 ó 3. Estas mediciones de impactos y movimiento a tirones son datos básicos que Schlumberger siempre brinda a sus ingenieros y clientes para detectar impactos perjudiciales en la sarta de fondo, lo que permite solucionar el problema y perforar con mayor eficiencia.

3 Mediciones en tiempo real para mejorar la eficiencia de la perforación Profundidad, pies Tasa de penetración promedio en los últimos 5 pies 0 pies/h 500 Peso al trépano en superficie Torque en superficie Velocidad rotacional 0 c/min 200 Indicador de movimiento a tirones 0 c/min 200 Velocidad rotacional de la cupla Riesgo grave Riesgo elevado Riesgo medio Riesgo bajo Vibración media cuadrática transversal lbf pies.lbf 20 0 c/min gn 10 0 Pico del impacto gn pies Los niveles de vibración corresponden a la sarta de fondo en rotación con remolineo pies pies Los niveles de vibración se mitigaron con éxito mediante una modificación de las rpm en superficie, y la sección del pozo se completó de manera satisfactoria La banda 5 de este registro de profundidad ofrece información del nivel de riesgo vibracional.

4 Impactos mayores que 50 gn Cps de impactos Cps de impactos Tiempo, s La cps de impactos indicada por nuestras herramientas MWD es un promedio dinámico. Medición avanzada del movimiento a tirones Todas las herramientas MWD de Schlumberger cuentan con una medición avanzada, que se suma al método habitual de movimiento a tirones de fondo, a fin de evaluar su gravedad. Esta avanzada medición es el porcentaje de tiempo durante un ciclo de movimiento a tirones en que la rotación de la sarta en el fondo es inferior a 5 rpm. La medición se divide en cuatro niveles (0 = 0%, 1 = 1% a 24%, 2 = 25% a 49% y 3 = 50% o más). Tiempo, s Valor del movimiento a tirones Rpm de fondo Las variaciones en las rpm de la cupla indican movimientos a tirones. Medición de impactos en cuatro ejes El agregado de un bastidor de vibración modular (MVC) al sistema de telemetría PowerPulse MWD o al servicio de telemetría de alta velocidad durante la perforación TeleScope brinda la medición instantánea de los impactos en cuatro ejes, lo que permite analizar la dinámica de la sarta de perforación con más detalle. Como el MVC es un componente integral, no se necesitan cuplas o conexiones extra. La medición del MVC alerta al perforador ante la presencia de movimientos de fondo nocivos, como rebotes del trépano, movimientos a tirones y remolineo, que, si no se detectan, pueden bajar la eficiencia, dañar el trépano y fatigar la sarta de manera prematura. Normalmente, el MVC se usa con una reducción con IWOB* (peso en el trépano integrado), que aporta DWOB* (peso de fondo en el trépano) y DTOR* (torque de fondo en el trépano). Esto permite regular el peso y el torque en el trépano, la velocidad de rotación de la sarta y otros parámetros de perforación para reducir los impactos de fondo detectados por el MVC, lo que mejora considerablemente la tasa de penetración y prolonga la vida útil del conjunto de fondo.

5 Profundidad, pies Tasa de penetración 0 Peso al trépano en superficie lbf Peso al trépano en el fondo 0 pies/h 50 0 lbf Torque en superficie pies.lbf Torque en el fondo pies.lbf Vibración lateral Duración del impacto 0 gn 40 0 ms Vibración axial 0 gn 10 0 Velocidad de rotación de fondo de la sarta de perforación 100 c/min Pico del impacto gn 200 Vibración torsional pies/s XX.320 XX.340 XX.360 Peso límite de movimiento a tirones XX.380 Estas mediciones superficiales y de fondo se usaron para optimizar la perforación en un yacimiento de África Occidental.

6 400 Período con rpm de fondo menores que 5 Período con rpm de fondo mayores que Rpm de fondo Rpm en superficie Tiempo, s La medición avanzada muestra la duración del período de atasco durante un ciclo de movimiento a tirones. Peso en el trépano, tons Peso en el trépano, tons Peso promedio en el trépano = 6,7 tons Tiempo, s Peso promedio en el trépano = 6,5 tons Tiempo, s Las mediciones de fondo de IWOB permiten optimizar la tasa de penetración. Un eje (el torque) se mide con medidores de esfuerzo. En los otros tres ejes se miden los impactos axiales y radiales mediante tres acelerómetros perpendiculares entre sí. Estos dispositivos están alineados axialmente con el paquete de dirección e inclinación (D&I) en el centro de la cupla, para garantizar que las mediciones de impactos representen con precisión la vibración de la sarta de fondo. Como las mediciones de impactos están alineadas con el eje de la sarta de fondo, el perforador puede detectar y corregir las malas condiciones de perforación antes de que la sarta sufra una fatiga desmedida. Medición de peso y torque en el trépano El tubo con IWOB (peso en el trépano integrado), un componente opcional del sistema de telemetría PowerPulse MWD, brinda mediciones en tiempo real del peso al trépano en el fondo (DWOB) y torque de fondo en el trépano (DTOR). Estas mediciones dinámicas directas de la cantidad de peso en superficie que se transfiere al trépano a través de la cupla PowerPulse, y del torque generado por debajo de la cupla, permiten detectar problemas de fondo, corregirlos o evitarlos, y optimizar la tasa de penetración. Las mediciones de IWOB permiten distinguir los efectos en la sarta de perforación (sarta de fondo que cuelga de salientes, coeficientes de fricción elevados y remolineo) de los efectos en el trépano (movimiento a tirones y conos bloqueados). Estas mediciones constantes del estado del trépano permiten optimizar su utilización y eliminar viajes innecesarios (para cambiar el trépano, porque el perforador no sabe si la menor eficiencia se debe a su desgaste o a un cambio de litología). Al detectar posibles bloqueos, las mediciones IWOB ayudan a evitar costos de pérdidas en el pozo y tiempo improductivo, y permiten llegar a la etapa de producción con más rapidez.

7 Torque en el fondo, instantáneo - medio Tiempo, s Media cuadrática Las mediciones de vibración torsional IWOB muestran la magnitud cuadrática media de la fluctuación de torque en el fondo. Como el tubo IWOB está integrado a la cupla del PowerPulse, no hay conexiones eléctricas ni cableados intermedios. El peso y torque en el trépano se transmiten a la superficie en tiempo real mediante telemetría MWD. El avanzado procesamiento de fondo permite interpretar con precisión las vibraciones e identificar movimientos a tirones y otros fenómenos. También es posible medir la magnitud cuadrática media de la fluctuación de torque en el fondo en la herramienta MWD. Esto es una valiosa indicación de ineficiencia en la perforación, y se usa para minimizar el riesgo de roturas por torsión y para detectar remolineos y otros mecanismos. Las mediciones de fondo IWOB son muy útiles para optimizar la perforación direccional con motores de lodo dirigibles. Las mediciones en tiempo real mejoran la eficiencia de la perforación, al permitir corregir con rapidez los problemas de lodo y de pozo (como acumulación de recortes, gelificación del lodo y fricción), a fin de llegar a la PT antes y con menos daño en la sarta de fondo. Las mediciones IWOB eliminan gran parte de la conjeturas en la determinación de las fuerzas que actúan sobre la sarta de perforación. Al combinar estas mediciones con otras de presión anular durante la perforación (APWD*) y con el MVC de impactos en cuatro ejes se eliminan automáticamente factores de interferencia tales como presión, temperatura y curvado. La identificación rápida del origen de la ineficacia y de los problemas potenciales permite corregirlos, y reducir costos y tiempo improductivo. En el DVD gratuito Impactos y vibración, de Schlumberger, se trata la manera en que los impactos y la vibración disminuyen la tasa de penetración y afectan los componentes de la sarta de fondo y la calidad del pozo. Para encargarlo, póngase en contacto con su representante local de Schlumberger. Rotura por torsión (izquierda) y trépano dañado por impactos (derecha), causados por impactos y vibraciones.

8 Integración de mediciones de fondo y en superficie para optimizar la perforación Estos ejemplos muestran cómo pueden mejorarse el rendimiento y la eficiencia de la perforación integrando datos de nuestros sensores de fondo con mediciones superficiales. Trépano en la marca inferior Posición del conjunto 0 pies 150 Tasa de penetración Peso al trépano en el fondo 100 pies/h 0 0 lbf Peso al gancho Peso al trépano en superficie lbf lbf Profundidad del trépano Vibración, eje X pies 0 gn Vibración Caudal 550 torsional total Torque en superficie pies.lbf galus/min pies.lbf Velocidad de Vibración lateral rotación Rpm de superficial de la turbina, 0 gn 4 la sarta de perforación tiempo real Torque en el fondo pies.lbf c/min c/min DCE psi/1.000 pies Temperatura anular C 150 Presión anular psi Presión del tubo vertical psi El aumento del peso al trépano en superficie reduce los impactos Impactos laterales elevados El aumento del peso al trépano reduce los impactos laterales El aumento del peso al trépano en superficieredujo los impactos laterales detectados por los sensores de fondo.

9 Impactos mayores que 50 gn Cps de impactos Cps de impactos Tiempo, s Dos intentos de reducir el remolineo de la sarta de fondo, separando el trépano del fondo para disipar energía, no tuvieron éxito porque la separación no se mantuvo lo suficiente. Al tercer intento, el trépano se separó durante más tiempo, lo que redujo los impactos torsionales y laterales al reanudar la perforación.

10 Las precisas mediciones del sensor APWD permiten lo siguiente: Mantener la presión dentro de un ajustado margen operativo. Detectar rápidamente el flujo de aguas someras. Optimizar los procedimientos de viajes. Perforación desbalanceada. Medición de la presión anular durante la perforación El sensor de presión anular durante la perforación (APWD) brinda lecturas precisas y en tiempo real de la densidad equivalente de circulación (DEC), la densidad estática equivalente (DEE) y la temperatura anular. Esto permite optimizar la perforación y minimizar los riesgos, al mejorar las prácticas de limpieza, estabilidad y control del pozo, y limitar ajustadamente la presión anular en pozos cuyo margen entre el gradiente de fractura y la presión poral es reducido. Cuando las bombas funcionan y hay caudal de fluido de perforación, la telemetría MWD transmite datos de APWD en tiempo real. Durante las conexiones y pruebas de integridad de formación en las que el fluido queda estático, en el fondo se registran las presiones mínima, máxima y promedio y se transmiten a la superficie cuando se encienden las bombas. En pozos desviados que exigen mucha perforación con deslizamiento, y en pozos de gran alcance lateral y submarinos limitados por fricción y decantación de barita, los sensores APWD cercanos al trépano pueden identificar el aumento de DEC a causa de la acumulación de recortes o por decantación de barita, pérdida de rotación o problemas hidráulicos. Eso permite realizar correcciones antes de que ocurra una obstrucción en la sarta. Los sensores APWD cercanos al trépano detectan también las pequeñas pérdidas o aumentos de fluido a medida que se producen. La detección temprana ayuda a identificar posibles problemas de control del pozo antes de observar influjos o pérdidas de circulación en superficie, y permite mantener una sobrepresión ajustada para optimizar la tasa de penetración sin comprometer la seguridad. Al detectar el efecto de una surgencia con pistoneo en la DEC, estos sensores permiten optimizar las velocidades de los viajes para prevenir influjos y fracturas. Supervisar la decantación de barita. Controlar el rendimiento del motor. Realizar pruebas de integridad de la formación. Distinguir los influjos de los barridos. Detectar arremetidas e influjos. Además, con las mediciones de APWD, el perforador puede distinguir un influjo de fluido de formación del flujo inofensivo de lodo en el niple campana, algo habitual cuando se detiene la circulación. Confundir el flujo de lodo con un influjo causado por una mayor presión de la formación puede provocar un aumento innecesario en la densidad del lodo, lo que disminuye la tasa de penetración y puede generar una pérdida de circulación. Los sensores APWD se han integrado a muchas herramientas y sistemas MWD y LWD de Schlumberger, algunos con un sensor de presión interna además del sensor anular. Las mediciones de presión anular e interna, junto con la deducción de torque y rpm del motor, permiten que el perforador direccional vigile constantemente el rendimiento y el desgaste del motor, lo que prolonga su vida útil al evitar bloqueos y optimizar los parámetros operativos.

11 Mediciones del calibre Las mediciones ultrasónicas y eléctricas del calibre durante la perforación no sólo son importantes para los petrofísicos (para controlar la calidad del registro de LWD), sino que pueden ser fundamentales también para el éxito de la perforación. El análisis en tiempo real del diámetro, en especial al combinarlo con mediciones de APWD, puede detectar ensanchamientos y problemas de limpieza y estabilidad del pozo. Los sensores ultrasónicos de Schlumberger miden la separación de manera precisa (hasta 3 pulgadas más allá del portamechas) y en un amplio rango de densidades de lodo y propiedades de la formación. A medida que la sarta de perforación rota, estas mediciones se toman acimutalmente y pueden transmitirse por cuadrante, en tiempo real, para formar imágenes calibradas. Las mediciones de separación acimutal son útiles para comprender las respuestas de densidad de interpretación, y para estimar el diámetro promedio del pozo que se utilizará para corregir las mediciones de porosidad con neutrones. Como control de calidad del diámetro ultrasónico, puede usarse un diámetro diferencial inferido de las mediciones de densidad. Nuestro diámetro eléctrico promediado acimutalmente puede usarse para cuantificar ensanchamientos en pozos grandes. Esta medición, disponible sólo en lodos a base de agua con resistividad inferior a 0,5 ohm.m, permite estimar diámetros de hasta 36 pulg., y tiene una precisión mayor que 0,5 pulg. para la mayoría de los rangos de resistividad de la formación. Como la medición eléctrica promediada acimutalmente puede usarse para estimar diámetros durante el viaje, ofrece una instantánea en el tiempo de las condiciones dinámicas del pozo. Es valiosa también para las operaciones de cementación, ya que la información del volumen total del pozo puede ser crucial para el éxito de la tarea.

12 Flujo de trabajo para optimizar la perforación Estas tablas con flujos de trabajo contienen medidas correctivas que pueden aplicarse para mitigar la vibración axial, lateral o torsional. Vibraciones: reconocer los síntomas Tratamientos convencionales durante la perforación Vibraciones: reconocer los síntomas Tratamientos convencionales durante la perforación MEDICIÓN O SÍNTOMA SUPERFICIAL VIBRACIÓN LATERAL (rotación vertiginosa de la broca/bha) MEDICIÓN O SÍNTOMA SUPERFICIAL VIBRACIÓN TORSIONAL (movimiento a tirones) Mayor torque superficial promedio Bloqueo de la tracción superior Tracción superior a toda marcha; confirmar que el torque suave sea operativo Pérdida de orientación de la herramienta Menor tasa de penetración Disminuir 10% las rpm Aumentar 10% el peso en la broca Mayor delta del torque superficial Fluctuación de rpm/torque Pérdida de orientación de la herramienta Disminuir 5% el peso en la broca Aumentar 10% las rpm MEDICIÓN DE FONDO Mayor torque promedio de fondo Impactos de fondo de alta frecuencia: 10 a 50 Hz Repetir tres veces, a menos que se exceda el peso en la broca Sí No Continúa la vibración? Sí Menor tasa de penetración MEDICIÓN DE FONDO Mayor delta del torque de fondo Mayor aceleración torsional Repetir tres veces, a menos que se exceda el peso en la broca Sí No Continúa la vibración? Sí Mayores impactos laterales Mayor aceleración torsional Pérdida de datos/mediciones en tiempo real Mayor cantidad de impactos No Separar la sarta del fondo y permitir que se desenrolle Reanudar la perforación con 70 rpm Aumentar un 10% el peso en la broca Aumentar las rpm hasta el valor original Continúa la vibración? Aumento en el indicador de movimiento a tirones Mayores rpm en la cupla de fondo que en la superficie Pérdida de datos/mediciones en tiempo real Mayores impactos laterales Mayor cantidad de impactos No Separar la sarta del fondo y permitir que se desbobine Reanudar la perforación con 10% más rpm Disminuir el peso en la broca un 15 a 20% Continúa la vibración? EVIDENCIA POSTERIOR Cortadores/insertos dañados, usualmente en el arcén o los medidores Cortadores PDC rotos Híbridos (equivalentes) gastados, con mínimo desgaste del cortador Agujeros de calibres agrandados Desgaste unilateral en estabilizadores y BHA Sí Separar la sarta del fondo y permitir que se desenrolle Reanudar la perforación con 70 rpm Aumentar el peso en la broca hasta el valor original Aumentar las rpm hasta 25% menos que el valor original EVIDENCIA POSTERIOR Cortadores/insertos dañados, usualmente en la punta y el cono Conexiones ajustadas en exceso Desatornillados y socavones Falla del BHA Sí Separar la sarta del fondo y permitir que se desenrolle Reanudar la perforación con 70 rpm Aumentar el peso en la broca hasta 25% menos que el valor original Llevar las rpm gradualmente hasta 15% más que el valor original Falla del BHA SEGUIR PERFORANDO SEGUIR PERFORANDO

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14 Especificaciones Impactos y movimiento a tirones de MWD Medición Rango Resolución Cantidad de impactos 0 a 255 cps 1 cps Pico del impacto 0 a gn 4 gn Movimiento a tirones 0 a 381 rpm 3 rpm Velocidad rotacional de la cupla 0 a 255 rpm 1 rpm Riesgo de impacto y mov. a tirones 0 a 3 1 Medición del MVC Rango Resolución Vibración media cuadrática axial del eje X 0 a 30,02 gn 0,125 gn Vibración media cuadrática lateral del eje Y 0 a 60,08 gn 0,25 gn Vibración media cuadrática lateral del eje Z 0 a 60,08 gn 0,25 gn Vibración media cuadrática lateral 0 a 60,08 gn 0,25 gn Vibración media cuadrática torsional 0 a pies.lbf 5 pies.lbf Nivel del pico de impacto 0 a gn 4 gn Duración del pico de impacto 0 a 20,5 ms 20 us Sensor IWOB Peso en el trépano Torque Rango de medición a lbf a pies.lbf Resolución 500 lbf 90 pies.lbf Precisión absoluta Ver tabla siguiente Ver tabla siguiente Factor de escala 500 lbf/conteo 90 pies.lbf/conteo Precisión absoluta estimada de IWOB Condiciones de fondo Error del peso al trépano Error en el torque lbf en el trépano (error electrónico total) ± 2,85% (interferencia) ± 2,85% pies.lbf de torque (interferencia) ± lbf (error electrónico total) ± 25 pies.lbf Diferencial de presión ± 50 psi ± 885 lbf ± 7 pies.lbf Incremento angular ± 15 (deslizamiento, peor orientación posible) ± lbf ± 438 pies.lbf Presión hidrostática 150 lbf/1.000 psi 5 pies.lbf/1,000 psi Temperatura 41 lbf/ºf 4 pies.lbf/ºf La precisión depende de las desviaciones de las condiciones del pozo (peso al trépano aplicado, torque de servicio, incremento angular deslizante, presión hidrostática y temperatura) respecto de los valores correspondientes en el último punto de reinicio en el fondo. El efecto del diferencial de presión (ΔP) es eliminado por el software de superficie en base a la presión del tubo vertical. El error debido a la pata de perro se produce cuando la herramienta MWD está en modo deslizamiento. En modo rotativo, este error desaparece gracias al filtrado de datos.

15 Sensores APWD (servicio multifunción LWD EcoScope, herramientas de resistividad compensada arcvision * o servicio TeleScope) Resolución Precisión Rangos disponibles 1 psi 0 a 0,1% de la escala completa 0 a psi 0 a psi 0 a psi Resolución de la temperatura anular 1 ºC Precisión de la temperatura anular 1 ºC Tasa de registro Tasa en tiempo real mínimo: 4 s; promedio: 2 s programable; normalmente cada 80 s a 12 Hz - 3 bps Diámetro ultrasónico (servicio EcoScope o herramientas neutrónicas de densidad acimutal adnvision * ) Frecuencia Rango de separación 250 khz 3 pulg. con densidad de lodo máxima de 10 lb/gal. EE. UU. y densidades de formación superiores a 2,2 g/cm 3 1 pulg. con densidad de lodo máxima de 16 lb/gal. EE. UU. y densidades de formación superiores a 2,5 g/cm 3 Precisión Frecuencia Rango de separación Tiempo de tránsito ± 1,5 ms (± 0,1 pulg. en agua) 670 khz 2 pulg. con densidad de lodo máxima de 10 lb/gal. EE. UU. y densidades de formación superiores a 2,2 g/cm 3 1 pulg. con densidad de lodo máxima de 13 lb/gal. EE. UU. y densidades de formación superiores a 2,5 g/cm 3 Precisión Tiempo de tránsito ± 1,5 ms (± 0,1 pulg. en agua)

16 Sensores y optimización de la dinámica de perforación