Medição durante a perfuração (MWD)

Visão geral da medição durante a perfuração (MWD)

Os métodos de telemetria tiveram dificuldade em lidar com os grandes volumes de dados de fundo de poço, portanto a definição de MWD foi ampliada para incluir dados que foram armazenados na memória da ferramenta e recuperados quando a ferramenta retornou à superfície. Todos os sistemas MWD normalmente possuem três subcomponentes principais:

• Sistema de energia
• Sistema de telemetria
• Sensor direcional

Sistemas de energia

Os sistemas de energia em MWD geralmente podem ser classificados como um de dois tipos: bateria ou turbina. Ambos os tipos de sistemas de energia têm vantagens e desvantagens inerentes. Em muitos sistemas MWD, uma combinação desses dois tipos de sistemas de energia é usada para fornecer energia à ferramenta MWD, de forma que a energia não seja interrompida durante condições de fluxo de fluido-de perfuração intermitente. As baterias podem fornecer essa energia independentemente da circulação-do fluido de perfuração e são necessárias se ocorrer registro durante a entrada ou saída do furo.

Sistemas de bateria

Baterias de lítio-de cloreto de tionila são comumente usadas em sistemas MWD devido à sua excelente combinação de alta-densidade de energia e desempenho superior em temperaturas de serviço MWD. Eles fornecem uma fonte de tensão estável até o final de sua vida útil e não requerem componentes eletrônicos complexos para condicionar o fornecimento. Essas baterias, no entanto, têm produção de energia instantânea limitada e podem ser inadequadas para aplicações que exigem um alto consumo de corrente. Embora essas baterias sejam seguras em temperaturas mais baixas, se aquecidas acima de 180 graus, elas podem sofrer uma reação violenta e acelerada e explodir com força significativa. Como resultado, há restrições ao envio de baterias de lítio-de cloreto de tionila em aeronaves de passageiros. Embora estas baterias sejam muito eficientes ao longo da sua vida útil, não são recarregáveis ​​e a sua eliminação está sujeita a rigorosas regulamentações ambientais.

Sistemas de turbina

A segunda fonte de geração de energia abundante, a energia da turbina, usa o fluxo de-fluido de perfuração da plataforma. A força rotacional é transmitida por um rotor de turbina a um alternador através de um eixo comum, gerando uma corrente alternada (CA) trifásica de frequência variável. O circuito eletrônico retifica a CA em corrente contínua utilizável (CC). Os rotores das turbinas para este equipamento devem aceitar uma ampla faixa de vazões para acomodar todas as condições possíveis de bombeamento-de lama. Da mesma forma, os rotores devem ser capazes de tolerar detritos consideráveis ​​e perda de-material de circulação (LCM) arrastados no fluido de perfuração.

Sistemas de telemetria

A telemetria-de pulso de lama é o método padrão em sistemas comerciais de MWD e registro durante perfuração (LWD). Os sistemas acústicos que transmitem o tubo de perfuração sofrem uma atenuação de aproximadamente 150 dB por 1000 m no fluido de perfuração.^[1]Várias tentativas foram feitas para construir tubos de perfuração especiais com um fio rígido integral. Embora ofereça taxas de dados excepcionalmente altas, o método de telemetria integral requer:

• Tubo de perfuração especial caro
• Manuseio especial
• Centenas de conexões elétricas que devem permanecer confiáveis ​​em condições adversas

A explosão de medições de fundo de poço estimulou novos trabalhos nesta área,^[2]e foram demonstradas taxas de dados superiores a 2.000.000 bits/segundo.

A transmissão eletromagnética-de baixa frequência tem uso comercial limitado em sistemas MWD e LWD. Às vezes é usado quando ar ou espuma são usados ​​como fluido de perfuração. A profundidade a partir da qual a telemetria eletromagnética pode ser transmitida é limitada pela condutividade e espessura das formações sobrejacentes. Repetidores ou amplificadores de sinal posicionados na coluna de perfuração estendem a profundidade a partir da qual os sistemas eletromagnéticos podem transmitir de forma confiável.

Três sistemas de telemetria de-pulso de lama estão disponíveis: sistemas de pulso-positivo, pulso-negativo e sistemas de onda-contínuos. Esses sistemas são nomeados pela forma como seus pulsos são propagados no volume de lama. Os sistemas de pulso-negativo criam um pulso de pressão inferior ao do volume de lama, liberando uma pequena quantidade de lama-de alta pressão da coluna de perfuração do tubo de perfuração para o anel. Os sistemas-de pulso positivo criam uma restrição momentânea de fluxo (pressão mais alta que o volume de lama-de perfuração) no tubo de perfuração. Os sistemas de ondas-contínuas criam uma frequência portadora que é transmitida através da lama e codificam dados usando as mudanças de fase da portadora. Muitos sistemas de codificação-de dados diferentes são usados, que geralmente são projetados para otimizar a vida útil e a confiabilidade do pulsador, porque ele deve sobreviver ao contato direto com o fluxo de lama abrasivo e de alta-pressão.

A detecção-de sinal de telemetria é realizada por um ou mais transdutores localizados no tubo vertical da plataforma. Os dados são extraídos dos sinais por equipamentos de informática de superfície alojados em uma unidade de skid ou na plataforma de perfuração. A decodificação de dados bem-sucedida depende muito da relação sinal-/{4}}ruído.

Existe uma estreita correlação entre o tamanho do sinal e a taxa de dados de telemetria; quanto maior a taxa de dados, menor se torna o tamanho do pulso. A maioria dos sistemas modernos tem a capacidade de reprogramar os parâmetros de telemetria da ferramenta e diminuir a velocidade de transmissão-de dados sem sair do buraco; no entanto, diminuir a taxa de dados afeta negativamente a densidade dos dados-de registro.

Ruído de sinal

As fontes mais notáveis ​​de ruído de sinal são as bombas de lama, que geralmente criam um ruído de frequência-relativamente alta. A interferência entre as frequências da bomba leva a harmônicos, mas esses ruídos de fundo podem ser filtrados com técnicas analógicas. Os sensores-de velocidade da bomba podem ser um método muito eficaz para identificar e remover o ruído da bomba do sinal de telemetria bruto. Ruídos de-frequência mais baixa no volume de lama são frequentemente gerados por motores de perfuração. A profundidade do poço e o tipo de lama também afetam a amplitude e a largura do-sinal recebido. Em geral, lamas-à base de óleo (OBMs) e lamas à base de pseudo-óleo-são mais compressíveis do que lamas-à base de água; portanto, eles resultam nas maiores perdas de sinal. No entanto, os sinais foram recuperados sem problemas significativos em profundidades de quase 9.144 m (30.000 pés) em fluidos compressíveis.

Sensores direcionais

O que há de mais moderno em tecnologia de sensores-direcionais é um conjunto de três magnetômetros fluxgate ortogonais e três acelerômetros. Embora em circunstâncias normais os sensores direcionais padrão forneçam pesquisas aceitáveis, qualquer aplicação em que exista incerteza na localização do fundo de poço pode ser problemática. Tendências recentes para perfurar poços mais longos e complexos chamaram a atenção para a necessidade de um modelo de erro padrão.

O trabalho realizado pelo Industry Steering Committee on Wellbore Accuracy (ISCWA) teve como objetivo fornecer um método padrão de quantificação de incertezas posicionais com níveis de confiança associados. As principais fontes de erro foram classificadas:

• Erros de sensor
• Interferência magnética do BHA
• Desalinhamento de ferramenta
• Incerteza do campo-magnético

Juntamente com as incertezas na profundidade medida, as incertezas da pesquisa de fundo são um contribuinte para erros na profundidade absoluta. Observe que todos os métodos de correção de azimute-em tempo real exigem que dados brutos sejam transmitidos à superfície, o que impõe carga ao canal de telemetria.

O desenvolvimento do giroscópio (giroscópio)-MWD navegado oferece benefícios significativos em relação aos sensores de navegação existentes. Além de maior precisão, os giroscópios não são suscetíveis a interferências de campos magnéticos. A tecnologia atual do giroscópio centra-se na incorporação de robustez mecânica, minimizando o diâmetro externo e superando a sensibilidade à temperatura. A principal aplicação da tecnologia é economizar o tempo de equipamento usado pelos giroscópios wireline ao realizar kickoffs em áreas afetadas por interferência magnética.

Ambiente operacional da ferramenta e confiabilidade da ferramenta

Os sistemas MWD são usados ​​nos ambientes operacionais mais severos. Condições óbvias, como alta pressão e temperatura, são familiares demais para engenheiros e projetistas. A indústria de telefonia fixa tem uma longa história de superação bem-sucedida dessas condições.

Temperatura

A maioria das ferramentas MWD pode operar continuamente em temperaturas de até 150 graus, com alguns sensores disponíveis com classificações de até 175 graus. As temperaturas das ferramentas-de MWD podem ser 20 graus mais baixas do que as temperaturas de formação medidas por perfis de perfilagem, devido ao efeito de resfriamento da circulação de lama, portanto, as temperaturas mais altas encontradas pelas ferramentas de MWD são aquelas medidas durante a execução em um furo no qual o volume de-fluido de perfuração não circulou por um período prolongado. Nesses casos, é aconselhável interromper a circulação periodicamente durante a corrida no buraco. Usar um frasco Dewar para proteger sensores e componentes eletrônicos contra altas temperaturas é comum em wireline, onde os tempos de exposição no fundo do poço são geralmente curtos, mas usar frascos para proteção de temperatura não é prático em MWD devido aos longos tempos de exposição em altas temperaturas que devem ser suportados.

Pressão

A pressão no fundo do poço é menos problemática do que a temperatura para sistemas MWD. A maioria das ferramentas é projetada para suportar até 20.000 psi, com ferramentas especializadas classificadas para 25.000 psi. A combinação de pressão hidrostática e contrapressão do sistema raramente se aproxima deste limite.

Choque e vibração no fundo do poço

O choque e a vibração no fundo do poço apresentam aos sistemas MWD seus desafios mais severos. Contrariamente às expectativas, os primeiros testes usando sistemas de fundo de poço instrumentados mostraram que as magnitudes dos choques laterais (de lado-a-são dramaticamente maiores do que os choques axiais durante a perfuração normal. As ferramentas MWD modernas são geralmente projetadas para suportar choques de aproximadamente 500 G por 0,5 ms durante uma vida útil de 100.000 ciclos. O choque torcional, produzido por acelerações torcionais de aderência/deslizamento, também pode ser significativo. Se submetidas a repetidos travamentos/deslizamentos, as ferramentas podem falhar.

Estatísticas de confiabilidade da ferramenta

O trabalho inicial realizado para padronizar a medição e os relatórios das estatísticas de confiabilidade da ferramenta-MWD se concentrou na definição de uma falha e na divisão do número agregado de horas de circulação bem-sucedidas pelo número agregado de falhas. Este trabalho resultou em um número médio de-tempo-entre-falhas (MTBF). Se os dados fossem acumulados durante um período estatisticamente significativo (normalmente 2.000 horas), tendências significativas de análise-de falhas poderiam ser derivadas. Contudo, à medida que as ferramentas de fundo de poço se tornaram mais complexas, a Associação Internacional de Empreiteiros de Perfuração (IADC) publicou recomendações sobre a aquisição e cálculo de estatísticas de MTBF.

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