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EXPLORACIÓN

2 de abril de 2020

Perforación direccional con barriles alámbricos

La perforación direccional ha sido un desafío de la industria durante muchos años, superada mediante el desarrollo de muchas soluciones de herramientas y prácticas de perforación diferentes. Desde simples barriles de núcleo de alambre reconfigurados y parámetros de perforación modificados, hasta herramientas orientables y motorización de fondo de pozo, el éxito se define al alcanzar el objetivo deseado, utilizando una desviación (s) suficientemente gradual para evitar la 'carga excesiva de la barra'.

La resistencia de la sarta de perforación a la desviación, también conocida como "rigidez", puede determinarse por su material y propiedades mecánicas. Dado que todos los componentes tubulares alámbricos están hechos de tubos de acero estirado en frío, todos tienen las mismas propiedades fundamentales. Específicamente, independientemente de la química, el tratamiento térmico o la dureza, todos los grados de acero responden con la misma cantidad de curvatura a una carga dada (la relación de esfuerzo (carga) a deformación (curvatura) se conoce como el "módulo de elasticidad"). Además, dos componentes tubulares de acero con dimensiones iguales tendrán la misma rigidez, incluso si son producidos por diferentes proveedores, independientemente de la calidad del acero, el tratamiento térmico o la dureza.

La respuesta direccional o la sensibilidad de la sarta de perforación a los cambios en las cargas o velocidades de perforación, o en los cambios de formación, depende en gran medida de la rigidez de la sarta de perforación. La rigidez de las barras de perforación alámbricas se duplica con creces al pasar al siguiente sistema más grande (por ejemplo, BQ a NQ, NQ a HQ, etc.). Como resultado, los sistemas más grandes perforan más recto pero tienen mucha más resistencia y una mayor carga lateral al perforar a través de desviaciones del pozo. Dada una broca de perforación impregnada típica y parámetros de perforación constantes (suponiendo que no haya cambios de formación), el pozo tenderá a formar una hélice lenta que se determina principalmente por la rigidez de la sarta de perforación. Con la fricción del pozo, la sarta de perforación puede volverse inestable y ceder en una forma helicoidal que se aprieta o afloja con los cambios en las cargas y velocidades de perforación, pero luego vuelve elásticamente recta cuando se descarga.

La Barril de núcleo alámbrico Q ™ fue diseñado originalmente para utilizar un tubo exterior con un diámetro y un grosor de pared sustancialmente más grandes que la cadena inestable de barras de perforación detrás de él. ¡Los tubos exteriores estándar proporcionan aproximadamente 40% de mayor rigidez, y los tubos exteriores de estilo de agujero completo proporcionan aproximadamente 70% de mayor rigidez! El tubo exterior puede actuar como un cojinete o collar estabilizador. Cuanto mayor es el aumento de la rigidez, más efectivo es un control direccional para resistir los cambios en la formación, los parámetros de perforación o la estabilidad de la sarta de perforación. Este control se puede mejorar con casquillos de fresado estabilizados, acoplamientos de adaptador estabilizados y acoplamientos de bloqueo estabilizados.

Considere el impacto direccional si el tubo exterior se reemplaza con otra barra de perforación, eliminando por completo cualquier diferencia en la rigidez de la sarta de perforación y el control direccional relacionado. Originalmente desarrollado en la década de 1980 en un intento de dirigir las desviaciones del pozo, las configuraciones del núcleo del barril, conocidas como "barriles flexibles", reemplazan el tubo exterior con un conjunto de longitud equivalente de una barra de perforación y adaptadores. Sin embargo, la falta de control direccional combinada con la falta de previsibilidad direccional, típicamente resulta en desviaciones erráticas que requieren intentos de desviación correctiva o escariado para reducir desviaciones excesivas. Por lo tanto, no se recomienda el uso de barriles flexibles.

Cuando planifique agujeros, considere el impacto potencial de la desviación de la barra. La rigidez de los tubos de acero es relativamente alta y, como se mencionó anteriormente, aumenta con el tamaño del sistema y el grosor de la sección. Como resultado, la sarta de perforación responderá con cargas laterales altas contra la pared del pozo, especialmente justo antes y después de una desviación. Por ejemplo, una varilla de perforación de tamaño NQ ™ desviada a la desviación máxima recomendada de 1.0 grados sobre su longitud produce aproximadamente 9kN (2,000lb) de carga lateral, y una HQ ™ produce 18kN (4,000lb) a solo 0.8 grados por longitud de varilla. Dependiendo de la formación, estas altas cargas laterales pueden producir un alto par, un desgaste intenso de la barra o incluso 'agrietamiento por verificación de calor'. Además, estos puntos de contacto generan condiciones de arrastre y 'deslizamiento', que pueden producir una respuesta dinámica suficiente para deformar permanentemente la sarta de perforación en una forma helicoidal. En casos extremos, donde la sarta de perforación completa suficientes rotaciones acercándose o superando la desviación máxima, ocurrirán fallas por fatiga. Usar la desviación mínima posible para alcanzar el objetivo y apegarse a la barra de tamaño NQ reducirá las cargas laterales, el par y las posibilidades de torcer o agrietar la barra.

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  • Un artículo Chris muy bien estructurado y presentado.

    Sería bueno conocer sus puntos de vista sobre los efectos de ejecutar múltiples “componentes estabilizadores” en la sarta de perforación: secciones cortas del tipo de “pozo completo”. La longitud y el espaciamiento ideales entre los "estabilizadores" dependerán del diámetro de la sarta de perforación, pero ¿hay alguna regla general que se pueda aplicar?

    • Gracias Colin. Usted plantea una pregunta interesante que sigue siendo un área de investigación, donde se espera que el nuevo TruSub (TM) arroje luz (adquisición de datos de la sarta de perforación en línea). La inserción de varios estabilizadores crea un sistema complejo que es difícil de modelar o simular. Ya sea que se coloque cerca del fondo del pozo o estratégicamente para combatir las desviaciones planificadas, la estabilización adicional puede mejorar el control a expensas de un mayor par y potencia, pero los efectos siguen siendo sensibles a las entradas del perforador (WOB, RPM, etc.). Además, la parte superior de la sarta de perforación puede sufrir un aumento de la dinámica (por encima de la parte estabilizada). Si bien Boart Longyear puede ofrecer diferentes soluciones de estabilización de sartas de perforación, aún no hay datos suficientes para desarrollar una buena 'regla general' para perforar con múltiples estabilizadores.

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Chris Drenth

CONOZCA AL AUTOR Chris Drenth Como director de ingeniería de Boart Longyear para herramientas de rendimiento, Chris Drenth ha desempeñado un papel decisivo en el diseño y la innovación de herramientas de perforación y exploración con cable de exploración mineral durante más de 25 años. Es un inventor nombrado en más de 25 patentes para las que Boart Longyear ha buscado protección. Como colaborador e innovador respetado y valorado en la industria, Drenth también es conocido por ser mentor de jóvenes talentos dentro de Boart Longyear. Con un récord de logros en el desarrollo de productos innovadores y el liderazgo en ingeniería, Chris ha desarrollado y liderado con éxito un equipo de ingeniería global centrado en la oferta de 'Herramientas de rendimiento' de Boart Longyear para perforación de exploración y producción. Chris recibió un "Bachillerato en Ciencias en Ingeniería Mecánica con honores", de la Universidad de Queen, y recientemente recibió el "Premio a la Innovación 2017" de la revista Mining. Chris también recibió el "Utah Genius Award" como uno de los diez principales candidatos a patentes en 2011. Chris actualmente dirige los equipos de Ingeniería de Diseño de "Performance Tooling" en Mississauga, Ontario; Wuxi, China; y en Salt Lake City, Utah. Chris es ingeniero mecánico con más de 20 años de experiencia internacional en ingeniería relacionada con equipos y herramientas de minería y perforación.

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