MX2011005523A - Metodo y aparato para reducir el deslizamiento pegajoso. - Google Patents
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Abstract
Un método para amortiguar oscilaciones de deslizamiento pegajoso en una sarta de perforación, método que comprende los pasos de: (a) amortiguar las oscilaciones de deslizamiento pegajoso usando un mecanismo perforador en la parte superior de la sarta de perforación; y (b) controlar la velocidad de rotación del mecanismo perforador usando un controlador PI; caracterizado por el paso de (c) ajustar el controlador PI de modo que el mecanismo perforador absorbe la mayoría de la energía torsional de la sarta de perforación a una frecuencia que está en o cerca de una frecuencia de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso.
Description
METODO Y APARATO PARA REDUCIR EL DESLIZAMIENTO PEGAJOSO
Campo de la Invención
La presente invención se refiere a un método para amortiguar las oscilaciones que provoca el deslizamiento pegajoso en una sarta de perforación, a un método para perforar un agujero de perforación, a un método para estimar la velocidad rotacional instantánea de una sarta de fondo, a un mecanismo perforador para el uso en la perforación de un agujero de perforación, a un controlador electrónico para el uso con un mecanismo perforador, y a un método para actualizar un mecanismo perforador en un aparato perforador.
Antecedentes de la Invención
La perforación de un pozo de petróleo y/o gas comprende la creación de un agujero de perforación de longitud considerable, frecuentemente de hasta varios kilómetros de manera vertical y/u horizontal en el momento que empieza la producción. Una sarta de perforación comprende una broca perforadora en su extremo inferior y tramos de tubo perforador que se roscan conjuntamente. La sarta de perforación, completa, se gira por un mecanismo perforador en la superficie, que a su vez hace girar la broca para extender el agujero de perforación. El mecanismo perforador es típicamente una unidad superior o una mesa giratoria, cada uno de los cuales es esencialmente un volante pesado
REF. : 220118
conectado a la parte superior de la sarta de perforación.
La sarta de perforación es una estructura extremadamente delgada con relación a la longitud del agujero de perforación, y durante la perforación se tuerce la sarta varias veces debido a la fuerza de torsión en la broca entre aproximadamente 500 y 10,000 Nm. La sarta de perforación también presenta un comportamiento dinámico complicado que comprende vibraciones axiales, laterales y torsionales. Las mediciones simultáneas de la rotación de perforación en la superficie y en la broca han revelado que la sarta de perforación frecuentemente se comporta como un péndulo torsional, es decir, la parte superior de la sarta de perforación gira con una velocidad angular constante, en tanto que la broca perforadora realiza una rotación con velocidad angular variable que comprende una parte constante y una vibración torsional sobrepuesta. En casos extremos, la parte torsional llega a ser grande de modo que la broca periódicamente llega a una parada completa, durante la cual aumenta la fuerza de torsión de la sarta de perforación hasta que súbitamente gira la broca nuevamente a una velocidad angular que es mucho mayor que la velocidad angular medida en la superficie. Este fenómeno se conoce como deslizamiento pegajoso .
Se ha estudiado el deslizamiento pegajoso durante más de dos décadas y se reconoce como una fuente principal de
problemas, tal como excesivo desgaste de la broca, fallas prematuras de la herramienta y pobre velocidad de perforación. Una razón para esto es las altas velocidades pico que se presentan durante la fase de deslizamiento. Las altas velocidades de rotación conducen a su vez a efectos secundarios tal como fuerzas y aceleraciones axiales y laterales extremas.
Un gran número de artículos y escritos han afrontado el problema de deslizamiento pegajoso. Muchos artículos se enfocan en detectar el movimiento del deslizamiento pegajoso y en controlar las oscilaciones por un medio operativo, tal como al adicionar reductores de fricción al lado, cambiar la velocidad de rotación o el peso en la broca. Aunque estos remedios algunas veces ayudan, ya sea son insuficientes o representan un alto costo adicional.
Unos pocos artículos también recomendaron la aplicación de control inteligente de la unidad superior para amortiguar y prevenir las oscilaciones de deslizamiento pegajoso. En IADC/SPE 18049 se demostró que la retroalimentación de la fuerza de torsión desde un sensor dedicado de la fuerza de torsión de la sarta puede aliviar de manera efectiva las oscilaciones de deslizamiento pegajoso al ajustar la velocidad en respuesta a las variaciones medidas de la fuerza de torsión. En Jansen. J. D et al. "Active Damping of Self-Excited Torsional Vibrations in Oil Well
Drillstrings" , 1995, Journal of Sound and Vibrations, 179(4), 647-668, se sugirió que la desventaja de este planteamiento es la necesidad de una nueva y directa medición de la fuerza de torsión de la sarta, que aún no está disponible. La US 5117 926 describió la medición como otro tipo de retroalimentación, en base a la corriente (fuerza de torsión) del motor y a la velocidad. Este sistema ha estado comercialmente disponible durante muchos años bajo la marca comercial SOFT TORQUEMR. La desventaja principal de este sistema es que es un sistema de control en cascada que usa la retroalimentación de la fuerza de torsión en serie con el controlador rígido de velocidad. Esto incrementa el riesgo de inestabilidades a frecuencias mayores que la frecuencia del deslizamiento pegajoso.
El IADC/SPE 28324 titulado "Application of High
Sampling Rate Downhole Measurements for Analysis and Cure of Stick-Slip in Drilling" describe el control de un proceso de perforación que usa equipo de impulsión que incluye un PID, un motor, una caja de engranes y una mesa giratoria. El PID intenta mantener la velocidad deseada de rotación de la sarta de perforación y se sugiere que el PID se puede ajustar para impedir el deslizamiento pegajoso. Sin embargo, un resultado de simulación mostró pobre amortiguamiento de las oscilaciones del deslizamiento pegajoso y se concluye en el artículo que el PID es demasiado simple como un sistema de
servo control para impedir el deslizamiento pegajoso.
Breve Descripción de la Invención
Los aspectos de la presente invención se basan en el entendimiento que un controlador PI o PID se puede usar en realidad para obtener amortiguamiento significativo de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso por el mecanismo perforador. En particular, se ha caído en la cuenta que un controlador PI o PID se puede ajustar para asegurar eficiente amortiguamiento de la energía de onda torsional en y/o cerca de la frecuencia del deslizamiento pegajoso.
En contraste a algunos sistemas anteriores, la presente invención es pasiva en el sentido que ni se necesita la fuerza de torsión de la sarta ni la fuerza de torsión de la unidad en un circuito de retroalimentación . Por consiguiente, el amortiguamiento se puede lograr sin la necesidad de sensores adicionales para medir la fuerza de torsión de la sarta, lo que de otro modo incrementa la complejidad y el costo.
De acuerdo a ciertos aspectos de la presente invención, se proporciona un método para amortiguar las oscilaciones de deslizamiento pegajoso en una sarta de perforación, método que comprende los pasos de:
(a) amortiguar las oscilaciones de deslizamiento pegajoso usando un mecanismo perforador en la parte superior de la sarta de perforación; y
(b) controlar la velocidad de rotación del mecanismo perforador usando un controlador PI ;
* ' · " caracterizado por el paso de
(c) ajustar el controlador PI de modo que el mecanismo perforador absorba la mayoría de la energía torsional de la sarta de perforación a una frecuencia que está en o cerca de una frecuencia de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso. El mecanismo perforador puede comprender una unidad superior o una mesa giratoria, por ejemplo. Se va a señalar que el controlador PI se puede ajustar una vez (por ejemplo, al encontrar el deslizamiento pegajoso por primera vez, o por adelantado de la perforación) y en ocurrencias subsiguientes del deslizamiento pegajoso, el controlador PI se puede usar nuevamente sin que se reajuste. Otra posibilidad es que el controlador PI se re-ajuste cada vez que se encuentra el deslizamiento pegajoso, o aún periódicamente durante una fase de perforación con deslizamiento pegajoso. En una modalidad, el controlador PI se ajusta antes de que se use para controlar el mecanismo perforador para amortiguar las oscilaciones de deslizamiento pegajoso. Por ejemplo, el controlador se puede ajustar al encontrar oscilaciones de deslizamiento pegajoso o se puede realizar de manera periódica durante la perforación del agujero de perforación conforme se incrementa la longitud de la sarta de perforación. Una posibilidad es que el ajuste
tome lugar conforme cada sección de 30m del tubo perforador se adicione a la sarta de perforación.
En algunas modalidades, las oscilaciones de deslizamiento pegajoso comprenden ondas torsionales que se propagan a lo largo de la sarta de perforación, y el paso (c) comprende ajustar un término I del controlador PI para que sea dependiente de un periodo aproximado de oscilaciones de la sarta de perforación y de la inercia efectiva del mecanismo de perforación, por lo que el mecanismo perforador tiene una frecuencia dependiente del coeficiente de reflexión de las ondas torsionales, coeficiente de reflexión que está sustancialmente a un mínimo en o cerca de la frecuencia de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso. Se va a señalar que no es esencial que la frecuencia de absorción pico del mecanismo perforador corresponda exactamente a la frecuencia de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso (que en algunas modalidades es la frecuencia fundamental) . Debido a la manera en que se ajusta el controlador PI, el mecanismo perforador tiene un ancho de banda de absorción de frecuencia que es de un ancho suficiente (por ejemplo ~0.4Hz) y magnitud suficiente (por ejemplo, menor de 85 % de reflexión) de modo que aún es efectivo el amortiguamiento aún si las dos frecuencias no están exactamente correspondidas. Esto representa una ventaja significativa del método. Típicamente, la frecuencia fundamental de las oscilaciones de
deslizamiento pegajoso encontrada en la práctica está en el intervalo de 0.1Hz (periodo de 10s) a 0.5Hz (periodo de 2s) y la frecuencia de absorción pico provocada por el controlador PI puede estar dentro de 50 % de la frecuencia fundamental.
En algunas modalidades, el punto más bajo de la curva de frecuencia-coeficiente de reflexión tiene un valor entre aproximadamente 50 % (0.5) y 90 % (0.9). Se ha encontrado que los coeficientes de reflexión mayores que aproximadamente 90 % pueden hacer al mecanismo perforador demasiado "rígido" y reducir la probabilidad de amortiguamiento exitoso de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso. Por otra parte, se ha encontrado que un coeficiente de reflexión de cualquiera menor que aproximadamente 50 % hace al mecanismo perforador demasiado "blando" y se puede deteriorar el desempeño de perforación puesto que el mecanismo de perforación responde a cambios muchos más pequeños en la fuerza de torsión de la sarta de perforación que da por resultado altas variaciones de velocidad.
El ancho de banda de absorción es inversamente proporcional a la inercia efectiva J del mecanismo perforador. Por lo tanto conforme se incrementa la inercia efectiva de un mecanismo perforador, es preferible aunque no esencial, que el periodo aproximado de deslizamiento pegajoso se estime o mida más exactamente para asegurarse que la frecuencia de mayor amortiguamiento sea la frecuencia real
del deslizamiento pegajoso.
En algunas modalidades, el método comprende además el paso de ajustar el término I de acuerdo a I = os2J donde og es una frecuencia angular aproximada o estimada de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso y J es la inercia efectiva del mecanismo perforador. cos por supuesto se puede expresar en términos de otros parámetros en esta fórmula, tal como el periodo o la frecuencia.
En otras modalidades, el método comprende además el paso de medir el periodo aproximado de oscilaciones de deslizamiento pegajoso para el uso en el ajuste del término I. En ciertas modalidades, esta medición se puede realizar automáticamente por un PLC, por ejemplo. En este caso, el periodo aproximado se puede determinar usando la geometría de la sarta de perforación o se puede determinar por observación en computadora de la fuerza de torsión de la unidad. Otra posibilidad es que el periodo aproximado se estime por el perforador, por ejemplo al sincronizar con las oscilaciones de la fuerza de torsión de cronómetro mostradas en la consola del perforador, o al escuchar simplemente los cambios en la intensidad de los motores del mecanismo de perforación y la sincronización del periodo que va. El perforador puede introducir el periodo aproximado de deslizamiento pegajoso en una consola para que se procese por un PLC para ajustar el término I del controlador PI .
En algunas modalidades, el método comprende además el paso de ajustar un término P del controlador PI para que sea del mismo orden de magnitud como la impedancia característica ? de la sarta de perforación. De esta manera, el coeficiente de reflexión del mecanismo perforador se puede deducir adicionalmente, incrementando el efecto amortiguador.
En otras modalidades, el método comprende además el paso de ajustar el término P tal que el coeficiente de reflexión no desaparezca completamente por lo que se inhibe que un modo fundamental de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso se divida en dos nuevos modos con diferentes frecuencias .
En algunas modalidades, el método comprende además el paso de ajustar el término P como P=ü,/a donde a es un factor de movilidad que permite el ajuste del término P durante la perforación, por lo que se puede incrementar o reducir la absorción de energía de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso por el mecanismo perforador. El factor de movilidad se puede ajustar de manera automática por un controlador (por ejemplo, PLC) y/o se puede ajustar manualmente por el perforador. De esta manera, la suavidad del mecanismo perforador se puede ajustar para lograr un equilibrio entre el amortiguamiento de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso y el desempeño de perforación.
En algunos aspectos, el método comprende además el
paso de incrementar el factor de movilidad, si la magnitud de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso no desaparece ni se reduce de formas sustancial. De esta manera, se incrementa la suavidad del mecanismo perforador (es decir, se hace más sensible a más pequeñas variaciones de la fuerza de torsión) .
En otros aspectos, el método comprende además el paso de reducir el factor de movilidad una vez que ha desaparecido o se ha reducido sustancialmente la magnitud de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso, por lo que se incrementa la eficiencia de perforación sin reaparición o incremento en la magnitud de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso. De esta manera, se reduce la suavidad del mecanismo perforador (es decir, se hace menos sensible a más pequeñas variaciones de la fuerza de torsión) .
En algunas modalidades, el controlador de PI se separa de un controlador de velocidad del mecanismo perforador, el método que comprende además el paso de derivar el controlador de velocidad del mecanismo perforador con el controlador PI durante el amortiguamiento de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso. El controlador PI se puede proporcionar en un aparato perforador separado del mecanismo perforador, ya sea como un nuevo aparato o como una actualización a un aparato existente en el campo. En el uso, cuando se presentan las oscilaciones de deslizamiento pegajoso, el PLC puede sobrepasar al controlador dedicado de
velocidad del mecanismo perforador (ya sea de manera automática o bajo el control del perforador) para controlarlo como se expone anteriormente.
En otras modalidades, el mecanismo perforador comprende un controlador PI, el método que comprende además los pasos de ajustar el controlador PI cuando se presentan las oscilaciones de deslizamiento pegajoso, y dejar este controlador PI no ajustado de otro modo. En estas modalidades, el controlador PI puede ser parte del controlador dedicado de velocidad en un mecanismo perforador tal como una unidad superior. El controlador PI se puede proporcionar como software instalado en un PLC u otro mecanismo de control por computadora en el punto de producción. En el uso, se usa el controlador PI de forma continua pero sólo puede necesitar ser ajustado como se describe anteriormente cuando se presentan oscilaciones de deslizamiento pegajoso. Este ajuste se puede activar de manera automática por un software remoto de control de perforación (por ejemplo, una consola del perforador o un sitio aparte) y/o se puede controlar por el perforador usando una consola de perforador.
En algunas modalidades, el método comprende además el paso de estimar la velocidad rotacional instantánea de una sarta de fondo en el extremo inferior de la sarta de perforación al combinar una conformidad torsional conocida de
la sarta de perforación con variaciones en la fuerza de torsión de impulsión del mecanismo perforador. Esto es una característica opcional particularmente útil de la invención y la salida se puede presentar en la consola del perforador o ayudar de otro modo al perforador a visualizar lo que está ocurriendo en el fondo del pozo.
En otras modalidades, las variaciones en la fuerza de torsión de impulsión se expresan sólo a una frecuencia fundamental de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso, por lo que el paso de estimación se simplifica tal que se puede implementar por un PLC y se realice en tiempo real. Las variaciones de la fuerza de torsión de impulsión comprenden un espectro de frecuencia que hace difícil de analizar a la señal de la fuerza de torsión de impulsión. Se ha entendido que es suficiente sólo analizar el componente de frecuencia fundamental de las variaciones de la fuerza de torsión de impulsión y que esto permite que el análisis se realice en tiempo real en un PCL, a manera de ejemplo.
En algunas modalidades, el paso de estimación comprende filtrar por paso de banda una señal de fuerza de torsión de impulsión con un filtro de paso de banda centrado en una frecuencia aproximado de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso. Esto ayuda a remover la mayoría de las frecuencias superiores e inferiores en la señal de la fuerza de torsión. La frecuencia aproximada se puede
determinar como se describe anteriormente.
En ciertos aspectos, el estimado de la velocidad rotacional instantánea comprende determinar una velocidad de fondo de pozo usando una conformidad total estática de la sarta de perforación y un parámetro de fase, y determinar la suma de (i) una señal filtrada con paso bajo que representa una velocidad de rotación del mecanismo de perforación y (ii) la velocidad de fondo de pozo.
En otras modalidades, el método comprende además el paso de determinar periódicamente el estimado y producir el estimado en una consola del perforador, por lo que se proporciona al perforador con un estimado sustancialmente en tiempo real de la velocidad rotacional instantánea de la sarta de fondo .
En algunas modalidades, el método comprende además el paso de determinar una severidad de deslizamiento pegajoso como la relación de la amplitud dinámica de la velocidad de fondo de pozo sobre la velocidad rotacional media del mecanismo perforador, severidad de deslizamiento pegajoso que es utilizable para proporcionar una señal de salida que indica la severidad del deslizamiento pegajoso en ese punto de tiempo.
De acuerdo a otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para perforar un agujero de perforación, método que comprende los pasos de:
(a) girar una sarta de perforación con un mecanismo perforador para girar una broca perforadora en un extremo inferior de la sarta de perforación por lo que se penetra la superficie de la tierra; y
(b) en respuesta a la detección de oscilaciones de deslizamiento pegajoso de la sarta de perforación que usa un controlador PI para controlar el mecanismo perforador, controlador PI que se ha ajustado por un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11. Se va a señalar que el controlador PI se puede ajustar una vez (por ejemplo al encontrar el deslizamiento pegajoso por primera vez) y en las ocurrencias subsiguientes del deslizamiento pegajoso, el controlador PI se puede usar sin reajuste. Por supuesto, otra posibilidad es que el controlador PI se reajuste cada vez que se encuentra el deslizamiento pegajoso, o aún conforme esté ocurriendo el deslizamiento pegajoso. El método de ajuste por PI por lo tanto se puede usar de manera selectiva durante la perforación para encontrar oscilaciones de deslizamiento pegajoso. En otros momentos, el controlador PI se puede dejar sin ajustar de modo que un controlador de velocidad del mecanismo perforador tiene un comportamiento rígido normal (es decir, con un coeficiente de reflexión aproximadamente igual a 1) .
De acuerdo aún con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para estimar la velocidad
rotacional instantánea de una sarta de fondo en el extremo inferior de una sarta de perforación, método que comprende los pasos de combinar una conformidad torsional conocida de la sarta de perforación con variaciones en la fuerza de torsión de impulsión del mecanismo perforador. Este método se puede realizar ya sea en o fuera del sitio, ya sea durante la perforación o después de la perforación de una sección del agujero de perforación. Este método proporciona una herramienta de análisis de la perforación para determinar si el aspecto de la invención del ajuste del controlador de PI mejorará el desempeño de perforación. Por consiguiente, se puede proporcionar software para realizar este método de forma separada del software para realizar el método de ajuste. El software que estima la velocidad rotacional se puede proporcionar en el controlador de un nuevo mecanismo perforador (es decir, incluido en un punto de fabricación) , como una actualización a un mecanismo perforador existente (por ejemplo, realizado ya sea en el sitio de forma remota usando una conexión satélite a un sistema de computadora en el aparato perforador) , o como un producto de programa de computadora (por ejemplo, en un CD-ROM o como una descarga de un sitio web) para la instalación por el operador del aparato.
En ciertos aspectos, el método de estimación de la velocidad rotacional comprende además los pasos de estimación
como se exponen anteriormente.
De acuerdo a otro aspecto de la presente invención, se proporciona un mecanismo perforador para el uso en la perforación de un agujero de perforación, mecanismo perforador que comprende un controlador electrónico que tiene un controlador PI y memoria que almacena instrucciones ejecutables por computadora que cuando se ejecutan hacen que el controlador electrónico ajuste el controlador PI de acuerdo a los pasos de ajuste expuestos anteriormente.
De acuerdo aún con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un controlador electrónico para el uso con un mecanismo perforador para perforar un agujero de perforación, controlador electrónico que comprende un controlador PI y memoria que almacena instrucciones ejecutables en computadora que cuando se ejecutan hacen que el controlador electrónico ajuste el controlador PI de acuerdo a los pasos de ajuste expuestos anteriormente. Este controlador electrónico es útil para actualizar los aparatos perforadores existentes o donde es deseable o necesario que el controlador electrónico se separe del mecanismo perforador .
De acuerdo a otro aspecto de la invención, se proporciona un método para actualizar un mecanismo perforador en un aparato perforador, el método que comprende los pasos de cargar instrucciones ejecutables en computadora a un
controlador electrónico en el aparato perforador, controlador electrónico que es para controlar la operación del mecanismo perforador, en donde las instrucciones ejecutables en computadora comprenden instrucciones para realizar un método de ajuste como se expone anteriormente. Esta actualización se puede realizar en el sitio, o se puede realizar de forma remota usando una conexión satélite, a manera de ejemplo.
Ciertas modalidades de esta invención no se limitan a ninguna característica individual particular descrita en la presente, pero incluyen combinaciones de estas distinguidas de la técnica anterior en sus estructuras, funciones y/o resultados logrados. Las características de la invención se han descrito ampliamente de modo que las descripciones detalladas que siguen se puedan entender mejor, y a fin de que las contribuciones de esta invención a la técnica se pueden apreciar mejor. Por supuesto, hay aspectos adicionales de la invención descrita más adelante y que se pueden incluir en la materia de las reivindicaciones de esta invención. Los expertos en la técnica que tengan el beneficio de esta invención, sus enseñanzas y sugerencias apreciarán que las concepciones de esta descripción se pueden usar como una base creativas para diseñar otras estructuras, métodos y sistemas para llevar a cabo y practicar la presente invención. Las reivindicaciones de esta invención se van a leer que incluyen todos los dispositivos o métodos legalmente equivalentes que
no se aparten del espíritu y alcance de la presente invención .
La presente invención reconoce y afronta los problemas previamente mencionados y las necesidades largamente percibidas y proporciona una solución a estos problemas y un encuentro satisfactorio de estas necesidades en las varias modalidades posibles y equivalentes de las mismas. El experto en técnica quien tenga los beneficios de las realizaciones, enseñanzas, descripciones y sugerencias de esta invención, se apreciarán otros propósitos y ventajas de la siguiente descripción de ciertas modalidades preferidas, dadas para el propósito de descripción, cuando se toman en unión con las figuras anexas. El detalle en estas descripciones no se propone para frustrar el objeto de esta patente para reivindicar esta invención no importa como otros puedan distinguirla más adelante por variaciones en la forma, cambios, o adiciones de mejoras adicionales.
Se entenderá que las varias modalidades de la presente invención pueden incluir una, algunas, o todas las mejoras descritas, reveladas, y/o enumeradas y/o ventajas técnicas y/o elementos en las reivindicaciones de esta invención.
Breve Descripción de las Figuras
Para un mejor entendimiento de la presente invención, ahora se hará referencia, solo a manera de
ejemplo, a las figuras anexas en las cuales:
La Figura 1 es una vista lateral esquemática de un aparato perforador que usa un método de acuerdo a la presente invención;
La Figura 2 es un diagrama esquemático de bloques de un PLC que comprende un controlador de velocidad de acuerdo a la presente invención;
La Figura 3 es una gráfica de frecuencia versus coeficiente de reflexión que muestra una comparación entre un mecanismo perforador que usa un controlador de velocidad de acuerdo a la presente invención y un controlador normal de velocidad;
La Figura 4A es una captura de pantalla de una primera ventana disponible en la consola de un perforador para configurar y controlar un método de acuerdo a la presente invención;
La Figura 4B es una captura de pantalla de una segunda ventana disponible en la consola de un perforador que ilustra la fuerza de torsión de impulsión en tiempo real y un estimado de la velocidad de rotación de fondo de pozo de la sarta de fondo en la Figura 1 ;
Las Figuras 5 y 6 son gráficas que ilustran los resultados de una simulación en computadora que modela un método de acuerdo a la presente invención; y
Las Figuras 7 y 8 son gráficas que ilustran los
resultados de una prueba de un método de acuerdo a la presente invención.
Descripción Detallada de la Invención
Con referencia a la Figura 1, un aparato perforador 10 controla una operación de perforación usando una sarta de perforación 12 que comprende tramos de tubo perforador 14 roscados conjuntamente de extremo a extremo. El aparato perforador 10 puede ser cualquier clase de aparato de perforación de campo de petróleo, de utilidad, minería o geotérmico, que incluye: aparatos flotantes y terrestres, aparatos móviles e inclinados, sumergibles, semisumergibles , plataforma, plataforma autoelevable y embarcación de perforación. Una sarta de perforación típica es de entre 0 y 5 kilómetros de longitud y tiene en su parte más baja varios collares de perforación o tubo perforador de peso pesado (HWDP) . Los collares de perforación son tubos de perforación de pared más bien gruesa a fin de resistir el pandeo bajo las fuerzas de compresión; el tubo perforador puede tener un diámetro exterior de 120 mm y un espesor de pared de 9 mm, en tanto que el collar de perforación puede tener un diámetro exterior de hasta 250 mm y un espesor de pared de por ejemplo 85 mm .
Una sarta de fondo (BHA) 16 se coloca en el extremo inferior de la sarta de perforación 12. Una BHA 16 típica comprende un transmisor 18 de MWD (que puede ser por ejemplo
un sistema de telemetría por cable, un sistema de telemetría de impulso por lodos, un sistema de telemetría electromagnético, un sistema de telemetría acústico, un sistema de telemetría de tubería por cable) , centralizadores 20, una herramientas direccional 22 (que puede ser montada en sonda o collar) , estabilizadores (fijos o variables) y una broca perforadora 28, que en el uso se hace girar por una unidad 30 superior mediante la sarta de perforación 12.
El aparato perforador 10 comprende un mecanismo perforador 30. La función del mecanismo perforador 30 es hacer girar la sarta de perforación 12 y de este modo la barrena 28 en el extremo inferior. Actualmente la mayoría de los aparatos perforadores usan unidades superiores para hacer girar la sarta de perforación 12 y la broca 28 para efectuar la perforación. Sin embargo, algunos aparatos perforadores usan una mesa giratoria y la invención es igualmente aplicable a estos aparatos. La invención también es igualmente útil en la perforación de cualquier clase de agujero de perforación, por ejemplo, recto, desviado, horizontal o vertical.
Una bomba 32 se localiza en la superficie, y en el uso, bombea fluido de perforación a través de la sarta de perforación 12 a través de la broca perforadora 28 y sirve para enfriar y lubricar la broca durante la perforación, y para regresar los cortes a la superficie en el anillo formado
entre la sarta de perforación y el agujero (no mostrado) .
La información y datos de perforación se presenta en la consola 34 del perforador que comprende una pantalla táctil 36 y el aparato de control por el usuario, por ejemplo, el teclado (no mostrado) para controlar al menos algo del proceso de perforación. Un PLC digital 38 envía y recibe datos hacia y desde la consola 34 y la unidad superior 30. En particular, un perforador es capaz de ajustar una orden de velocidad y un límite de fuerza de torsión para la unidad superior para controlar la velocidad a la cual gira la broca perforadora 28.
Con referencia a la Figura 2, el PLC 38 comprende una memoria 40 instantánea no volátil (u otra memoria, tal como una RAM respaldada con batería) . La memoria almacena las instrucciones ejecutables en computadora que, cuando se ejecutan, realizan la función de un controlador 42 de velocidad para la unidad superior 30. El controlador 42 de velocidad comprende un controlador PI con anti-deformación que funciona como se describe en mayor detalle más adelante. En esta modalidad, el controlador 42 de velocidad está separado y es distinto de la unidad superior 30. Sin embargo, es posible que la f ncionalidad del controlador de velocidad como se describe en la presente se proporcione como parte del controlador de velocidad, dedicado, integrado de una unidad superior. Esta funcionalidad integrada ya sea se puede
proporcionar en el punto de fabricación o puede ser parte de una actualización de software realiza en una unidad superior, ya sea en o fuera del sitio. En otras modalidades, el PLC puede ser un PLC análogo .
Ajuste de Controlador PI
La sarta de perforación 12 se puede considerar como una línea de transmisión de ondas torsionales. Una variación de la fuerza de torsión de fricción en la broca perforadora 28 o en otro lugar a lo largo de la sarta genera una onda torsional que se propaga hacia arriba y se refleja parcialmente en discontinuidades geométricas. Cuando la onda transmitida alcanza la unidad superior 30, se refleja parcialmente de regreso a la sarta de perforación 12. Para una unidad superior con alta inercia y/o un controlador rígido de velocidad, la reflexión es casi total de modo que se absorbe muy poca energía por la unidad superior.
Para cuantificar el amortiguamiento inducido por la unidad superior, un coeficiente r de reflexión, complejo, para ondas torsionales en la entrecara de sarta de perforación/unidad superior se define como sigue:
r=-— m
?+? )
donde ? es la impedancia característica para ondas torsionales y Z es la impedancia de la unidad superior. La
impedancia característica es proporcional al momento polar en seccional transversal de la inercia para el tubo y varía aproximadamente como la cuarta potencia del diámetro del tubo. Se señala que el coeficiente de reflexión es una función compleja donde, en general, la magnitud y la fase varían con la frecuencia. Si el control de velocidad es rígido (es decir |z >> ?) entonces el coeficiente de reflexión se aproxima a -1 y casi 100 % de la energía de onda torsional se refleja de regreso a la sarta de perforación 12 por la unidad superior 30.
Una representación compleja de la impedancia de la unidad superior se puede derivar como sigue. Si se descuida la anti-deformación del controlador de velocidad (que es una función no lineal que limita la fuerza de torsión) , la fuerza de torsión de impulsión de la unidad superior 30 se puede describir como:
Td=P(aset - Cl) + I¡(£lset - £l)dt (2) donde P e í son respectivamente los factores proporcional y de integración del control de velocidad, y O es la velocidad real de impulsión de salida (en radianes/segundo) y Qset es el punto de ajuste de la velocidad de impulsión (en radianes/segundos) . La fuerza de torsión de impulsión realmente es la suma de las fuerzas de torsión motrices por la relación de engrane ng (velocidad de motor/velocidad de
salida, >1) . Se señala que el control de velocidad aquí se refiere al eje de salida de la unidad superior. Es más común que el control de velocidad se refiera al eje del motor; en este caso los valores P e í correspondiente para el control de velocidad del motor entonces será un factor l/ng2 menor que lo anterior.
Desatendiendo las pérdidas de transmisión, la ecuación de movimiento del árbol de salida de la unidad superior es :
donde J es la inercia efectiva de la unidad superior (incluyendo los motores de engrane y de impulsión) y T es la fuerza de torsión externa de la sarta. Combinando las ecuaciones (2) y (3) y aplicando las transformadas de Fourier se da la siguiente ecuación de movimiento:
Por simplicidad, se han usado los mismos nombres de variables como en las ecuaciones basadas en tiempo, aunque O, Qget y T ahora representan amplitudes complejas. El factor de tiempo
implicado es exp(icot), donde ?— ~ es ia unidad imaginaria y ? = 2p/ es la frecuencia angular de la unidad superior 30. Si se asume que no hay retroalimentación de cascada a través
de la velocidad ajustada (como se encuentra en los sistemas de retroalimentación de fuerza de torsión) , la amplitud de la velocidad ajustada desaparece y la ecuación anterior se simplifica a:
T = -(i(üJ + P +— )O (5)
¿00
La relación negativa -?/O se llama la impedancia Z de extremo superior de la sarta:
Z=i(úJ + P +— (6)
i(ú
Esta impedancia se puede generalizar fácilmente a un controlador PID ideal, al adicionar un nuevo término iooD a este, donde D es el término derivativo del controlador. Un término D positivo (normal) incrementará la inercia efectiva de la unidad superior en tanto que un factor negativo lo reducirá. En la práctica, debido a que la diferenciación de tiempo de la velocidad medida es un proceso de impulsión de ruido que mejora el ruido de alta frecuencia, el término D en un controlador PID normalmente se combina con un filtro de paso bajo. Este filtro introduce un cambio de fase que hace más complicada la impedancia efectiva y por lo tanto incrementa el riesgo de producir inestabilidades en algunas frecuencias, como se explica más adelante. Por lo tanto, aunque un controlador PID con un término D se puede usar para realizar el aspecto de ajuste de la invención, no se recomienda.
Combinando las ecuaciones (1) y (6) da la siguiente expresión del coeficiente de reflexión, válido para las unidades superiores, controladas en velocidad, tipo PI :
Su magnitud tiene un mínimo igual a:
i, |?-?|
r . =- i ?+ (8 )
cuando desaparecen los términos imaginarios, es decir, cuando la frecuencia angular de la unidad superior 30 es igual a
Para controladores rígidos de velocidad, normales, esta frecuencia normalmente es mayor que la frecuencia del deslizamiento pegajoso (ver Figura 3 y descripción asociada) . Sin embargo, se ha descubierto que el ajuste del término I del controlador PI también ajusta la frecuencia de absorción pico de ondas torsionales por la unidad superior 30. En particular, el término I se puede ajustar de modo que la absorción máxima de energía de las ondas torsionales se presente en o cerca de la frecuencia cos de deslizamiento pegajoso (es decir, cuando es mínima la magnitud del coeficiente de reflexión) como sigue:
I = G)S2J (9)
Esta realización es significativa puesto que, para
lograr el buen amortiguamiento, el término I del controlador PI sólo es dependiente de la frecuencia de deslizamiento pegajoso y la inercia efectiva de la unidad 30 superior. Puesto que la inercia efectiva se determina fácilmente ya sea por adelantado de la operación o de las cifras citadas por el fabricante, y puesto que la frecuencia de deslizamiento pegajoso se puede determinar fácilmente durante la perforación, esto hace al ajuste del controlador PI directo en tanto que se logra buena absorción de energía por la unidad superior 30 de las oscilaciones de deslizamiento pegaj oso .
Este primer paso en el ajuste del controlador de velocidad es un primer paso bueno hacia el amortiguamiento efectivo de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso. Sin embargo, el amortiguamiento se puede mejorar adicionalmente . En particular, el término P no ajustado del controlador de velocidad aún es demasiado alto, es decir P >> ? que mantiene el coeficiente de reflexión cerca a -1. Se ha descubierto que para obtener suficiente amortiguamiento de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso, el término P del controlador de velocidad se debe disminuir de modo que sea del mismo orden de magnitud como la impedancia característica ?. Sin embargo, también se ha descubierto que no es deseable que desaparezca completamente el coeficiente de reflexión, debido a que cambiaría radicalmente la dinámica de la sarta de perforación
12 y el modo de péndulo se dividiría en dos nuevos modos, cada uno con una diferente frecuencia. Además, un controlador de velocidad estimadamente suave que absorba toda la energía ondulatoria incidente provocará fluctuaciones de muy alta velocidad de la unidad superior 30, en respuesta a variaciones de la fuerza de torsión de fondo de pozo. Esto puede reducir la eficiencia de la perforación.
Se ha descubierto que el término P se puede seleccionar como un múltiplo no de número entero de la impedancia característica ? de la sarta de perforación, que se puede expresar como P = ?/a donde es un factor normalizado de movilidad (sin dimensión) menor que la unidad, que es ajustable por el operador o por la computadora dentro de ciertos límites como se describe más adelante. Habiendo ajustado el término I para hacer que desaparezca la parte imaginaria de la ecuación (7) , el ajuste del término P como se describe hace que el mínimo del coeficiente de reflexión (es decir, la absorción pico de energía por la unidad superior) a la frecuencia G)s de deslizamiento pegajoso llega a ser :
. ,n =—l+a (10)
Al permitir el ajuste del factor de movilidad a, la cantidad de energía reflejada de regreso a la sarta de
perforación 12 se puede controlar, dentro de límites. Estos límites se pueden ajustar al permitir sólo un cierto intervalo de valores para , tal como de 0.05 a 0.33. Esto corresponde a un intervalo para la magnitud de rmin de aproximadamente 0.9 a 0.5. Se cree que este intervalo permite que se controle el amortiguamiento de modo que se puedan inhibir las oscilaciones del deslizamiento pegajoso. Si el controlador 42 de velocidad es muchos más rígido que esto (es decir, un coeficiente de reflexión mayor de aproximadamente 0.9) se ha encontrado que mucho de la energía torsional de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso se reflejan de regreso a la sarta de perforación 12. Además, si el controlador 42 de velocidad es demasiado suave o blando (es decir, un coeficiente de reflexión menor de aproximadamente 0.5) se ha encontrado que se puede afectar el desempeño de perforación (por ejemplo, en términos de ROP) .
Un controlador normal de velocidad se diseña para mantener constante la velocidad del motor y las constantes P e I verdaderas se refieren al eje del motor. Un motor de impulsión típico con una potencia nominal de 900 kW y una inercia de rotor de Jm = 25kgm2 se controla típicamente por un controlador de velocidad de motor de Pm = 500Nms. El factor I del controlador de velocidad se da más f ecuentemente de forma indirecta como el factor P dividido por una constante de integración de tiempo de típicamente t± = 0.3s. Como un
ejemplo, se asume una unidad con un motor conectado al árbol de salida con un engrane que tiene una inercia Jg = 250kgm2 y una relación de engrane de ¾ = 5.32. La inercia de impulsión efectiva entonces es Jd = Jg + ng2Jm = 960kgm2. Los factores efectivos del controlador de velocidad referidos al árbol de salida es similar a P = ng2Pm = 14000Mns y I = ?/t± = 47000Nm. En comparación, la impedancia característica para un tubo típico de 5 pulgadas (12.7 centímetros) ? = 340Nms, que es sólo 2.4 % de la parte real de la impedancia de impulsión.
La Figura 3 es una gráfica 48 de la magnitud del coeficiente de reflexión I rl versus frecuencia y muestra la diferencia entre un controlador rígido normal de velocidad (curva 50) y un controlador de velocidad ajustado de acuerdo a la invención (curva 52) . Este último se calcula con un factor de movilidad de a = 0.25 y un término I que proporciona amortiguamiento máximo a 0.2Hz (periodo de deslizamiento pegajoso de 5 segundos) . A esta frecuencia, la reflexión se reduce de aproximadamente 0.993 (controlador PI normal) a 0.6 (controlador PI ajustado como antes), que representa una mejora dramática en el amortiguamiento por la unidad superior a la frecuencia de deslizamiento pegajoso.
Vale la pena enfatizar el hecho que en ambos casos, el coeficiente de reflexión está por abajo de 1 pero se aproxima a este límite conforme la frecuencia alcanza ya sea cero o infinito. Por lo tanto, el controlador PI normal nunca
proporciona un amortiguamiento negativo que de otro modo amplificaría los componentes de la vibración torsional. Sin embargo, el amortiguamiento es pobre en estrechar relativamente la banda de absorción a l-2Hz. En contraste, el controlador PI ajustado proporciona una banda de absorción comparativamente amplia con menos de 80 % de reflexión entre aproximadamente 0.1Hz y 0.4Hz. Hay aún un efecto sustancial de amortiguamiento que permanece (|r|=0.965) a 0.6 Hz, que es tres veces la frecuencia de deslizamiento pegajoso y cercana a la segunda frecuencia de resonancia de la sarta de perforación .
La inercia efectiva J del mecanismo de perforación, la impedancia característica ? y la frecuencia ?3 de deslizamiento pegajoso cambia el ancho de banda de absorción de la curva de frecuencia-reflexión en la Figura 3. En particular, el ancho de banda de absorción es inversamente proporcional a la relación {úgj/?. Para un mecanismo perforador con una gran inercia efectiva y/o un tubo perforador delgado que hace esta relación mayor (por ejemplo mayor de 5) , se estrecha el ancho de banda de absorción. En este caso, llega a ser importante asegurar que el periodo estimado de deslizamiento pegajoso se determine más exactamente (si es posible) de modo que la frecuencia de amortiguamiento máximo esté tan. cerca como sea posible de la frecuencia real de deslizamiento pegajoso.
La reducción en la magnitud del coeficiente de reflexión y el correspondiente amortiguamiento positivo sobre la banda completa de frecuencia es muy importante y se logra con sólo un controlador PI individual . Esto es en contraste a otros métodos activos que usan circuitos de retroalimentación en cascada en serie con un controlador normal de velocidad, o que dependen de algún parámetro medido tal como la fuerza de torsión de impulsión o de la sarta para proporcionar una señal de retroalimentación al PLC. Los filtros usados en las funciones de retroalimentación de cascada pueden ser adecuados para amortiguar las oscilaciones fundamentales de deslizamiento pegajoso pero pueden provocar amortiguamiento negativo en estabilidades a mayores frecuencias.
En la práctica, el término P para el controlador ajustado de velocidad se puede determinar como sigue:
a ca
donde G es el módulo de corte de la sarta de perforación (el valor típico es 80xl09Nm"2) , Ip es el momento polar en sección transversal de inercia de la sarta de perforación (el valor típico es 12.2xl0"6m4) y c es la velocidad de las ondas torsionales en la sarta de perforación (el valor típico es 3192ms"1) .
Para determinar el término I en la práctica, hay
dos variables que se van a estimar: (a) la frecuencia angular cos de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso, y (b) la inercia efectiva J de la unidad superior. Esta última es relativamente directa de determinar y ya sea se puede calcular de valores teóricos de la inercia de engranes, la relación de engranes y la inercia del rotor del motor, o se puede encontrar experimentalmente al correr una prueba de aceleración cuando la unidad superior 30 se desconecta de la sarta. Una fórmula típica para calcular la inercia de la unidad superior es :
° TD TDO nm gear MR
donde JTDo es la inercia de la unidad superior con el motor de desacoplado (valor típico 100kg m~2) , ngear es la relación de engrane (>1) ( nm de motores activos (valor por defecto es 1) , y JMR es la inercia del rotor del motor (valor típico es 18.2kg m"2) .
Hay varias maneras en las que se puede estimar la frecuencia angular que incluyen: (i) cálculos de la geometría de la sarta, (ii) medición manual (por ejemplo, usando un cronómetro) y (iii) por determinación automática en el software de PLC. Una ventaja importante del aspecto de ajuste de PI de la invención es que el efecto de amortiguamiento de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso
aun se obtiene aun si el estimado del periodo de deslizamiento pegajoso usando para ajustar el controlador PI no es muy exacto. Por ejemplo, la Figura 3 muestra que el amortiguamiento máximo que se presenta a una frecuencia de 0.2Hz. Aún si la frecuencia real de deslizamiento pegajoso es menor o mayor que esto, hay aún un buen efecto amortiguador (r - 0.8) obtenido entre aproximadamente 0.09Hz y 0.4Hz. Por consiguiente, los métodos usados para estimar el periodo de deslizamiento pegajoso no tienen que ser particularmente exactos.
(i) Geometría de la Sarta
Es posible tomar un planteamiento teórico para determinar el periodo del deslizamiento pegajoso usando parámetros de la sarta de perforación disponibles en el sitio en el cuaderno de apuntes. Un cuaderno de apuntes se compila en el sitio para cada sarta de perforación y comprende un registro detallado de las propiedades de cada sección de la sarta de perforación (por ejemplo, OD, ID, tipo de tubo) , una sección que se define como una longitud (por ejemplo, 300 m) del mismo tipo de tubo perforador.
En lo siguiente, se asume que la sarta de perforación 12 consiste de una sección de tubos perforadores de longitud 2 con una impedancia centralizada de broca en el extremo inferior, representada por Zb. Esta impedancia puede ser una impedancia de inercia reactiva pura (ioJb, donde Jb es
la inercia de la sarta de fondo) o puede ser una constante real que representa el amortiguamiento centralizado (positivo o negativo) en la broca perforadora 28. Las ecuaciones de la fuerza de torsión en la parte superior y en la broca representan las dos condiciones límites. Se puede mostrar que estas dos condiciones límite se pueden escribir como la siguiente ecuación de matriz.
donde k es el número de onda y Z¿ es la impedancia del mecanismo de perforación.
Las soluciones no triviales a este sistema de ecuaciones existen si desaparece la determinante de la matriz del sistema, es decir, cuando
_ (? -?,)(? - ¾)
— ... . ... — rdrb (12)
(? + ? )(? + ?„)
Aquí, los coeficientes de reflexión en la unidad r¿ y en el fondo de la sarta de perforación rb se han introducido como sigue:
Se señala que el coeficiente de reflexión de unidad superior rd = -1 para un controlador rígido de velocidad (|zd| >> ?) Y el coeficiente r¿, de reflexión de broca es igual a la
unidad para un extremo inferior libre (¾ = 0) .
Las raíces de la ecuación (12) se pueden escribir como :
ilkl =
+ i(nl% + d +ab) (13)
donde n es un número entero no negativo y OCd y 0¾ son los argumentos (ángulos de fase) de los coeficientes rd y rb de reflexión, complejos, respectivamente. Las frecuencias correspondientes de resonancia angular son
Puesto que, en general, las magnitudes y fases del coeficiente de reflexión son dependientes de la frecuencia, la ecuación anterior es trascendente, sin soluciones analíticas explícitas. Sin embargo, se puede solucionar numéricamente por una PC u otra computadora.
El término imaginario de la ecuación anterior representa el amortiguamiento de los modos eigen. Si | £,|<l la parte imaginaria de la raíz es positiva, representando de esta manera un amortiguamiento normal, positivo que provoca que el factor de tiempo exp(i(¾t) decline con el tiempo. En contraste, si |rdrbl>l, el amortiguamiento llega a ser negativo, provocando que una péquela amplitud crezca exponencialmente con el tiempo.
Como un ejemplo, considerar un caso con un controlador de velocidad completamente rígido (|rd|=-l y ( d p) que hace girar una sarta de perforación que tiene una inercia finita de agujero de fondo (Zb = iCúJb, |rb|=l y 0¾ = "2tan" 1 (CüJb/?) ) . Entonces, la frecuencia más baja (deslizamiento pegajoso teórico) cos llega a ser:
Sin inercia adicional de la sarta de fondo esta expresión se reduce a ?3 = p?/21) . Se señala que la frecuencia de resonancia disminuye conforme se incrementa la inercia En el caso extremo, cuando ?3?¾>>? la fórmula anterior se puede
reescribir como ^3"^ donde C = 1/ (GIP) es la conformidad estática de la sarta. Esta es la fórmula bien conocida para la frecuencia natural de un sistema de muelle e inercia centralizada .
Se ha encontrado que es útil estudiar la relación entre la amplitud de velocidad en el extremo inferior O3=O(?=1) y la fuerza de torsión, superior, correspondiente Ts=T(x=0). Se puede mostrar de las ecuaciones anteriores que esta relación es
¡Qt _ rtl exp(- £/) + exp(/£/) _ _ sen(/ /) (1 + rd ) cos(fc/)
Usando el hecho que la impedancia característica se puede escribir como C=kl/ (oC) , la amplitud de la velocidad de fondo de pozo se puede expresar como
= _sen(^)c (l + z^cosC )
kl (1-r H
Se señala que el segundo término desaparece si el controlador de velocidad es muy rígido (r= -1) o cuando kl = p/2. Sin embargo, si se usa un controlador suave de velocidad y hay una alta inercia cerca de la broca de modo que kl para la frecuencia de deslizamiento pegajoso es significativamente menor que p/2, entonces el segundo término puede ser significativo y no se debe omitir.
La teoría anterior se puede generalizar a sartas con muchas secciones y también a casos con amortiguamiento distribuido. Si se incluye un término de amortiguamiento lineal, la generalización provoca que el número de onda y las impedancias características sean complejas y no puramente reales. Si la sarta consiste de m secciones uniformes, la solución de onda general consiste de 2m amplitudes de velocidad, complejas, que representan pares de ondas de propagación hacia arriba y hacia abajo. La continuidad de la velocidad angular y de la torsión a través de los límites de sección se puede expresar por las condiciones límite internas 2(m-l), que se adicionan a las dos condiciones terminales en
la ecuación (11) . Estas se pueden ajustar como una ecuación de matriz 2m x 2m homogénea. Las raíces de este sistema de ecuaciones son aquellas frecuencias que hacen singular a la matriz del sistema. Aunque es posible encontrar una expresión analítica para la determinante del sistema, las soluciones se encuentran numéricamente por una PC u otra computadora en el sitio. IADC/SPE 15564 proporciona un ejemplo de una manera para hacer esto, y su contenido se incorpora de este modo como referencia para todos los propósitos.
La Figura 4 muestra una ventana típica 50 disponible en la consola del perforador que permite que el perforador active una PC para estimar un nuevo periodo de deslizamiento pegajoso en base a la geometría de la sarta. En particular, una tabla 52 representa las secciones de la sarta de perforación que incluyen las secciones 1 a 6 de BHA, de tubo perforador de peso pesado (HWDP) , y de tubo perforador. Los campos disponibles para cada sección son: longitud, diámetro exterior y diámetro interior. El perforador determina primero del cuaderno de apuntes en el sitio en cuantas secciones se divide la sarta de perforación. En este ejemplo, la sarta de perforación tiene ocho secciones. Para cada sección, el perforador introduce las cifras en los tres campos. Un botón 54 permite que el perforador acciones un nuevo estimado del periodo de deslizamiento pegajoso en base a la geometría de la sarta introducida en la tabla 52. En
particular la tabla establece la ecuación de matriz de 2m x 2m mencionada anteriormente y el PL (no mostrado) usa un método numérico para encontrar las raíces de la matriz que hacen singular a la matriz. La raíz más pequeña es la salida 56 del periodo de deslizamiento pegajoso en la ventana 50.
(ii) Estimación Manual
Para determinar manualmente el periodo de deslizamiento pegajoso, el perforador puede observar la fuerza de impulsión de la unidad como se presenta en la consola 34 del perforador y determinar el periodo al medir el periodo de la variación de la fuerza de torsión de la unidad con un cronómetro. Esto se hace fácilmente puesto que cada periodo es típicamente de 2s a 10s. Un método alternativo es que el perforador escuche el cambio en la intensidad del motor de la unidad superior y sincronice de esta manera el periodo. Como se menciona anteriormente, estos métodos deben ser suficientes puesto que la frecuencia estimada del deslizamiento pegajoso no tiene que ser particularmente cercana a la frecuencia real de deslizamiento pegajoso a fin de que se amortigüen las oscilaciones de amortiguamiento pegajoso .
(iii) Estimación Automática
La estimación automática significa que el software de PLC estima el periodo o frecuencia de deslizamiento pegajoso de las mediciones hechas durante la perforación. En
particular, la señal de torsión de la unidad superior se filtra por un filtro de paso de banda que pasa las frecuencias en el intervalo de 0.1Hz a 0.5Hz (es decir, un periodo de entre 2s y 10s) , es decir el filtro favorece el componente de deslizamiento pegajoso y se oprimen todos los otros componentes de la frecuencia. El PLC entonces detecta el periodo entre cada nuevo cruce cero de la señal de fuerza de torsión, filtrada, y usa estos valores en un filtro recursivo de nivelación para obtener un estimado estable y exacto del periodo. El filtro final de nivelación se congela cuando ya sea la severidad de deslizamiento pegajoso (ver más adelante) cae por abajo de un valor crítico bajo, o se activa el método de ajuste.
Parta ayudar al estimador del periodo a encontrar rápidamente el periodo exacto, el operador ya sea puede poner un valor de inicio realista o tomar un valor teórico calculado para la sarta real (determinado según la sección de "Geometría de Sarta" anterior) .
En el uso, el controlador PI ajustado se activa cuando hay un movimiento significativo de deslizamiento pegajoso (como se determina por el perforador o por el software) . Sin embargo, la estimación de la frecuencia de deslizamiento pegajoso (medición de periodo) toma lugar antes de que el controlador PI ajustado se use realmente para controlar el mecanismo perforador. Una vez completo se apaga
el estimador de periodo cuando se enciende el controlador PI( debido a que el periodo natural de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso puede cambiar ligeramente cuando se usa control suave de velocidad.
No parece haber necesidad de reajuste muy frecuente de la frecuencia estimada debido a que la frecuencia natural del deslizamiento pegajoso varía lentamente con la longitud de la sarta de perforación. Sin embargo, es una buena idea actualizar automáticamente el periodo en cada conexión, es decir, cuando se adicionan otros 30 metros de tubos perforadores a la sarta de perforación. Para hacer esto es posible usar el análisis de sensibilidad teórica para predecir cómo se incrementa el periodo de deslizamiento pegajoso con la longitud de la sarta de perforación. Una manera para ser esto (pero no es la única manera) es encontrar los periodos teóricos de dos longitudes de sarta (L y L+200 m, por decir) y entonces usar la interpolación para el incremento provocado por la adición de una sección de 30m a fin de actualizar el periodo estimado.
Estimación de la Severidad del Deslizamiento Pegajoso y de la Velocidad Instantánea de la Broca
Un aspecto adicional de la invención es proporcionar un conjunto de instrucciones ejecutables en computadora en el software de PLC que permita la cuantificación de las variaciones de la velocidad de la broca
y un estimado de la velocidad instantánea de rotación de la broca. La "velocidad de la broca" significa la velocidad de rotación de BHA excluyendo la contribución de un motor opcional de lodos. Este aspecto de la invención se puede proporcionar de manera separada de, o en combinación, con, el aspecto de ajuste con controlador PI de la invención.
Esta estimación se logra al combinar la conformidad C torsional conocida de la sarta de perforación y las variaciones de la fuerza de torsión de la unidad. En general, puesto que la fuerza de torsión no es una señal estrictamente periódica sino frecuentemente posee una amplia variedad de frecuencias, es extremadamente complicado el cálculo exacto y por lo tanto no es adecuado para la implementación en un PLC. Sin embargo, se ha caído en la cuenta que puesto que el movimiento de deslizamiento pegajoso se domina por la frecuencia fundamental de deslizamiento pegajoso, es posible lograr estimados bastante buenos en base a sólo esta frecuencia .
La ecuación clave es (17) anterior, que describe una buena aproximación de la amplitud compleja de la velocidad como una función de la fuerza de torsión de la sarta superior. Los dos términos en esta expresión se deben tratar de manera diferente debido a que representan componentes armónicos que tienen una diferencia de fase de 90 grados. En tanto que el factor imaginario ???3 se debe tratar
como el derivado de tiempo de la fuerza de torsión filtrada en filtro de paso de banda, el factor de término real ioTs se puede aproximar como el producto de la fuerza de torsión filtrada con filtro de paso de banda y la frecuencia de deslizamiento pegajoso. Puesto que el filtro de paso de bandas oprime todas las frecuencias excepto la frecuencia del deslizamiento pegajoso, es posible sustituir la integración directa de tiempo por una aproximación basada en integración. Esta aproximación se base en el hecho que ico=-os2/ (ico) , donde 1/ (ico) representa la integración de tiempo. Esta aproximación favorece la frecuencia de deslizamiento pegajoso y se oprime mayores armónicas. Las versiones de dominio de tiempo de (17) adecuadas para la implementación en el PLC 38 son:
= _sen¾ dT^ _(» + /;, )cos(¿/) _sen(*/) 2 r (,8)
* kl dt (1 -rd)kl hp kl 3 ""
Aquí, el parámetro de fase kl = a>si/c. En la última aproximación, la aproximación integral para la derivación de tiempo se usa y se omite el segundo término.
Aunque la fórmula anterior se basa en una sarta de sección individual, las simulaciones han mostrado que también proporciona buenos estimados para sartas de múltiples secciones si se usa la conformidad C de sarta total:
Una versión del algoritmo implementado en el PLC para estimar tanto la velocidad instantánea de BHA como una severidad de deslizamiento pegajoso, comprende los siguientes pasos .
1. Estimar la fuerza de torsión de la sarta al corregir los efectos de inercia (sustraer la inercia efectiva del motor más la aceleración angular) y al usar la relación de engrane para escalarla de manera apropiada;
2. Filtrar con filtro de paso de banda la fuerza de torsión estimada con un filtro de paso de banda centrado en la frecuencia observada/estimada de deslizamiento pegajoso. El filtro debe ser de segundo orden o mayor, pero se puede implementar de manera preferente en el PLC como una serie de filtros de IIR recursivos de primer orden;
3. Calcular la conformidad total estática de la sarta de perforación usando la ecuación (19) anterior;
4. Calcular el parámetro de fase
donde 0)s es la frecuencia angular determinada de deslizamiento pegajoso;
5. Calcular la velocidad dinámica de fondo de pozo al usar ya sea la versión exacta o aproximada de la ecuación (18) anterior;
6. Calcular la "severidad de deslizamiento pegajoso" s, que es la amplitud normalizada de deslizamiento pegajoso, determinada como la relación de la amplitud dinámica de la velocidad de fondo de pozo con respecto a la velocidad rotacional media de la unidad superior;
7. Encontrar la velocidad instantánea como la suma de la velocidad de la unidad superior, filtrada con filtro de paso bajo y la velocidad dinámica estimada de fondo de pozo. Recortar a cero si la velocidad estimada se vuelve negativa;
8. Transferir los datos que se van a graficar a una gráfica (por ejemplo, RPM versus tiempo) ;
9. Repetir los pasos 1 a 8 para proporcionar estimado sustancialmente en tiempo real de la velocidad de la broca.
Se contempla que este método se pueda realizar donde sólo el estimado de velocidad de BHA se produzca o sólo se produzca la severidad de deslizamiento pegajoso.
Con respecto al paso 6, una manera posible de estimar la severidad de deslizamiento pegajoso es usar la siguiente formula donde PL ( ) denota filtración de paso bajo:
"ser
Debido a que el método anterior toma en cuenta el coeficiente de reflexión, aplica tanto un control de
velocidad normal y ajustado. Durante los transientes de aceleración, cuando la velocidad de la unidad superior se cambia de manera significativa, el estimador no es confiable pero puede dar errores grandes. No obstante, se cree que es una herramienta útil valorar las condiciones de fondo de pozo, ya sea automáticamente en el software o por presentación para análisis por un perforador.
La relación de amplitud dinámica de velocidad a la velocidad promedio de la unidad superior es una medición directa y cuantitativa del movimiento de deslizamiento pegajoso, más adecuado que ya sea la fuerza de torsión dinámica o la amplitud relativa de la fuerza de torsión. Aunque la velocidad estimada de la broca no es altamente exacta, proporciona una entrada valiosa al perforador que la monitoriza en una gráfica de tendencias que dará al operador una información más explícita de lo que está ocurriendo en la broca .
Interfaz de Usuario
Se proporciona una interfaz de usuario para la consola 34 del perforador que comprende una interfaz gráfica (ver Figuras 4A y 4B) que proporciona al operador con información directa del estado del deslizamiento pegajoso. El deslizamiento pegajoso se indica por tres diferentes indicadores :
- Un indicador 58 de "luz de tráfico" en la Figura
4A con 3 niveles de deslizamiento pegajoso: una luz verde para amplitudes pequeñas (0-30 %) , una luz de advertencia amarilla si las oscilaciones de velocidad son significativas (30-70 %) y finalmente una luz roja si aún se estiman mayores amplitudes. Este valor de porcentaje se basa en la severidad del deslizamiento pegajoso como se determina anteriormente.
La severidad del deslizamiento pegajoso se gráfica en una gráfica 62 de fuerza de torsión versus tiempo en la Figura 4B para ver cómo se ha desarrollado el deslizamiento pegajoso durante un periodo específico de tiempo .
- el estimado instantáneo de la velocidad de la broca en una gráfica 64 de la velocidad instantánea de la broca versus tiempo en la Figura 4B que da una impresión visual y directa del estado de deslizamiento pegajoso en el fondo del pozo.
Como se menciona anteriormente, la ventana 50 requiere que el operador introduzca una descripción aproximada de la sarta, en términos de un apunte simplificado. Este apunte acepta hasta 8 secciones diferentes donde se especifica en la longitud, diámetro exterior y masa por longitud unitaria. Esta información se usa para calcular tanto la frecuencia teórica estimada para el modo más bajo como la conformidad estática de la sarta de perforación a esta frecuencia.
El operador puede encender o apagar el controlador PI ajustado. En el estado apagado, se usa el controlador normal de velocidad de la unidad. Cuando se enciende el ajuste, este controlador de velocidad se deriva por el controlador 42 PI ajustado que se implementa en el PLC 38. Si el controlador de la unidad en la unidad superior 30 es uno digital moderno, también es posible cambiar en sí mismo el controlador de la velocidad de la unidad, en lugar de derivarlo. Sin embargo, si se elige el método de derivación, esto se logra al enviar una orden de alta velocidad desde el PLC 38 al controlador de velocidad en la unidad superior 30 y al controlar dinámicamente el límite de la fuerza de torsión de salida. En la perforación normal, este límite de la fuerza de torsión se usa como un límite de seguridad que impide el daño a la sarta si la sarta se pega súbitamente. En el modo control ajustado, cuando el PLC 38 controla dinámicamente el límite de la fuerza de torsión, este límite se sustituye por un correspondiente límite de software en el PLC 38.
El operador también puede cambiar el factor a de prevención o movilidad dentro de límites preestablecidos mediante los botones 60, típicamente entre 0.05 y 0.33. Un alto factor implica un control más suave de velocidad y menos probabilidad de que el movimiento de deslizamiento pegajoso empiece o persista. La desventaja de este alto factor son mayores fluctuaciones de la velocidad de la unidad superior
en respuesta a cambios no peligrosos en el nivel de la fuerza de torsión de la sarta. Puede ser necesario elegir un alto factor para curar oscilaciones severas del deslizamiento pegajoso pero el operador puede reducir el factor cuando se restaure la perforación suave.
Se contempla que la decisión de activar y desactivar el control de velocidad, ajustado, se puede tomar por el PLC 38 u otro controlador electrónico. Este controlador puede monitorizar el estimado instantáneo de la velocidad de la broca como se expone anteriormente. Cuando se observa un patrón de periodo del deslizamiento pegajoso, el controlador puede activar el ajustar. Adicionalmente , el controlador puede incrementar gradualmente el factor de movilidad o prevención para incrementar la suavidad de la unidad superior 30 si las oscilaciones de deslizamiento pegajoso no se reducen en magnitud durante un periodo predeterminado, por ejemplo, dos minutos. Una vez que las oscilaciones de deslizamiento pegajoso se han reducido o sustancialmente han desaparecido, el controlador puede reducir gradualmente el factor de movilidad (por ejemplo, abajo de a = 0.1) para mejorar la eficiencia de la perforación .
Prueba de HIL
El método de ajuste de PI se ha probado recientemente de forma extensiva en las llamadas simulaciones
de hardware-en-el-circuito (HIL) . En estas pruebas, los programas de PLC se corren en un PLC físico que está interconectado a un modelo de simulación de tiempo real de la unidad y a la sarta de perforación.
El modelo de simulación que se usa para la prueba de HIL el método de ajuste tiene las siguientes características :
1. La unidad se modela como un controlador normal de velocidad de PI con limitaciones de la fuerza de torsión y potencia y anti-deformación. El controlador de la fuerza de torsión o de la corriente es perfecto en el sentido que la fuerza de torsión real se asume que corresponde a la fuerza de torsión ajustada sin retraso.
2. El modelo puede manejar una pluralidad de motores de unidad conectados al árbol de salida por un engrane .
3. La sarta de perforación se modela como una serie de elementos centralizados de inercia y de muelle derivados de cualquier cuaderno de apuntes. La longitud de rejilla usada en la mayoría de los ejemplos más adelante esa aproximadamente 28m, que es la longitud típica de un estrado triple. Por lo tanto, la sarta de 3200 metros de longitud usada más adelante consiste de 114 elementos.
4. La fuerza de torsión de fricción estática se calcula para cada elemento, en base a la fuerza de contacto,
teórica, que es una función del peso y de la inclinación, de la curvatura y de la tensión. También se incluye el efecto de OB y de la fuerza de torsión de la broca.
5. La fuerza de torsión de fricción, dependiente de la velocidad, dinámica, se modela como una suma de tres términos. El primer término es una variante de signo suave de la fricción de la Columna, el segundo representa una fricción de inicio estática adicional y el tercero es un término de amortiguamiento lineal, independiente de la fuerza de contacto. Para simular inestabilidad con crecimiento de la amplitud de oscilación de la perforación suave, este coeficiente de amortiguamiento puede ser negativo.
El modelo se desarrolló primero como un modelo de Simulink bajo el ambiente Matlab. Se implementa finalmente con la caja de herramientas del módulo de simulación bajo el ambiente de National Instruments LabView se corre en una plataforma poderosa de PC. Aunque esta PC no está usando un sistema operativo en tiempo real (RT) , su alto poder hace al modelo RT práctico a todos los propósitos.
El programa de simulación LabView enlaza al PLC una llamada tarjeta de SimbaPro PCI profibus DP (Distributed Peripherals) , que puede simular todos los nodos DP conectados al PLC. El tiempo de actualización se ajusta a 10ms (100Hz) , que está dentro del tiempo de ciclo de PLC (típicamente 20ms) .
Los resultados de la prueba de HIL se muestran en la Figura 5. La sarta usada es una longitud de 3200m similar a la sarta usada en la prueba de campo (ver más adelante) . El periodo teórico para el modo más bajo es 5.2s. La Figura 5 muestra una gráfica 70 de la fuerza de torsión y velocidad para la sarta de perforación (trazo 72) y para la unidad superior (trazo 74) durante un periodo de 150s que incluye un intervalo de 5s donde la velocidad de la unidad superior se acelera desde cero a 100 rmp . El control de velocidad ajustada se enciente 30s después del inicio de la rotación. Las oscilaciones estables de deslizamiento pegajoso se establecen tan pronto después del arranque. El periodo de deslizamiento pegajoso se estabiliza alrededor de 5.3s. Esto es ligeramente mayor que el periodo de péndulo teórico, pero el periodo extendido es consistente con el hecho que es sustancial y el intervalo se pegajosidad. Se señala que la velocidad de la unidad superior es casi constante durante esta parte del control de la velocidad.
Cuando el control ajustado de velocidad se enciende, la velocidad de la unidad superior (trazo 78) muestra temporalmente una variación dinámica pronunciada 79 en respuesta a las grandes variaciones de la fuerza de torsión. Pero después de unos pocos periodos el movimiento de deslizamiento pegajoso se desvanece y la velocidad de la unidad superior, así como la velocidad de la broca, llega a
ser suave. Cuando se apaga el control de velocidad ajustada nuevamente, la amplitud de la velocidad (trazo 76) de fondo de pozo empieza a crecer, hasta que se desarrolla el movimiento de deslizamiento pegajoso. Esta inestabilidad es una consecuencia del amortiguamiento negativo incluido en el modelo de fuerza de torsión de la sarta.
La Figura 6 muestra los resultados 80 de las mismas simulaciones, pero ahora con enfoque en la severidad estimada por PLC del deslizamiento pegajoso (trazo 87) y la velocidad instantánea de la broca (trazo 84) ; se señala que la gráfica inferior es una continuación de la gráfica superior y muestra la diferencia entre la velocidad simulada (trazo 84) y la velocidad estimada (trazo 86) . El estimado de la velocidad de la broca es bastante bueno durante condiciones estables pero tiene error significativo durante el arranque. A pesar de esto, la velocidad estimada de la broca es capaz de proporcionar al perforador una imagen útil de las variaciones de la velocidad en el fondo del pozo. La efectividad del controlador de velocidad ajustada se ilustra claramente por el trazo 87 de la severidad del deslizamiento pegajoso: cuando está en uso el control de velocidad ajustada, la severidad de deslizamiento pegajoso cae casi a cero. Una vez que se apaga el control ajustado, se incrementa nuevamente la severidad del deslizamiento pegajoso.
Prueba de Campo
El ajuste se ha probado en el campo, en tanto que se perfora un pozo desviado, largo. La sarta fue de aproximadamente 3200 metros de longitud con un tubo perforador de 5.5 pulgadas (13.97 cm) . Desdichadamente, la prueba terminó después de un periodo relativamente corto de severas condiciones de deslizamiento pegajoso, cuando la broca de PDC perforó una formación más blanda. La nueva formación hizo a la broca menos agresiva con menos amortiguamiento negativo, removiendo de este modo la fuente principal de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso.
La Figura 7 muestra un ejemplo donde se desarrolla el movimiento de deslizamiento pegajoso en tanto que se gira con el controlador rígido normal de velocidad. Las dos gráficas 90 se muestran: una de la fuerza de torsión de la unidad versus tiempo, y la otra de la velocidad de la broca versus tiempo. Unos pocos comentarios de estas gráficas se dan a continuación:
- Los datos se registraron del PLC a una velocidad de muestreo de aproximadamente 9 Hz .
- La fuerza de torsión "corregida por TD" (trazo 92) es la fuerza de torsión, estimada, de la sarta y es igual a la fuerza de torsión medida de la unidad corregida por efectos de inercia.
- La fuerza de torsión corregida por TD así como la
velocidad de la broca se estiman por el post-procesamiento de los datos registrados usando los métodos descritos anteriormente .
- El controlador normal de velocidad de la unidad superior es muy rígido, debido a que las variaciones de la velocidad medida (trazo 94) se pueden ver apenas después de apagar el control de velocidad ajustada y los rpm de la unidad superior son virtualmente constantes. Las correspondientes aceleraciones pequeñas son la razón por la que la fuerza de torsión, medida, de la unidad, corresponda casi a la fuerza de torsión de la sarta, corregida por inercia, durante este periodo.
- Las oscilaciones de la fuerza de torsión de alta frecuencia (a 1.1 Hz) vistas durante la primera parte del trazo 96 cuando el ajuste está encendido, probablemente vienen de una resonancia de mayor modo en la sarta de perforación. Estas vibraciones parecen ser independientes del tipo del controlador de velocidad, usado, pero desaparecen cuando se desarrolla el deslizamiento pegajoso.
- El factor de prevención (línea 98) es el factor a de movilidad ajustado por el operador mencionado anteriormente .
- El periodo observado de deslizamiento pegajoso es aproximadamente 5.2s, que está en buena relación con el periodo teórico para esta sarta particular.
Otro ejemplo de curación exitosa del movimiento de deslizamiento pegajoso se muestra en la Figura 8. En esta Figura, se muestra una gráfica similar 100 a la gráfica 90:
- La velocidad "ajustada a TD" (trazo 102) es la orden de velocidad enviada a la unidad. Cuando se enciende el ajuste, este nivel se eleva de modo que el controlador derivado de la velocidad de la unidad siempre intenta incrementar la fuerza de torsión más allá del límite dinámico del nuevo controlador de velocidad. En este caso, el incremento de la velocidad es también ligeramente pequeño, provocando que la velocidad dinámica se corte por el controlador de la velocidad de la unidad. Este recorte reducirá el efecto amortiguador bajo el controlador PI ajustado .
- Cuando se enciende el ajuste, el factor de movilidad (línea 104) es aproximadamente 15 %. Esto es demasiado pequeño, debido a que no se curan las oscilaciones del deslizamiento pegajoso antes de que el operador incremente este factor a 106.
- Después de que se ha desvanecido el movimiento de deslizamiento pegajoso a aproximadamente 4310s, reaparecen las oscilaciones de 1.1Hz con una amplitud similar a aquella que se observó antes . Pero ahora también se ven las vibraciones en la velocidad medida.
- Los datos adicionales, no incluidos aquí,
muestran que las amplitudes de oscilación de 1.1Hz disminuyen pero no desaparecen completamente cuando se incrementa adicionalmente el factor de movilidad. Significa que aunque la impedancia de la unidad superior se domina por la inercia a esta frecuencia, el controlador de PI suave también tiene algún efecto amortiguador también a oscilaciones de mayor modo .
En resumen, se describe un método de ajuste por controlador PI para inhibir las oscilaciones perjudiciales del deslizamiento pegajoso. El sistema comprende un controlador de velocidad de unidad del tipo PI que se ajusta de modo que amortigua de manera efectiva las oscilaciones torsionales en o cerca de la frecuencia de deslizamiento pegajoso. Es pasivo en el sentido que no requiere medición de la fuerza de torsión de la sarta, de la fuerza de torsión de la unidad o de las corrientes, como lo hacen los sistemas alternativos. Las características amortiguadoras, de un mecanismo perforador ajustado caen conforme la frecuencia se aleja de la frecuencia del deslizamiento pegajoso, pero el amortiguamiento nunca cae por debajo de cero, significando que el mecanismo perforador nunca amplificará las vibraciones torsionales de mayores modos. El método es adecuado para la implementación en el PLC que controla un mecanismo perforador. El controlador PI ajustado ya sea se puede implementar en el PLC mismo o, de manera alternativa,
calcular las constantes P e í del controlador de velocidad y pasa al controlador de velocidad, digital, inherente de los motores de la unidad superior. La invención también incluye otros aspectos útiles, que incluyen una interfaz de usuario basada en pantalla, determinación automática de la frecuencia del deslizamiento pegajoso, estimación de la velocidad instantánea de la broca y cálculo de la severidad de un deslizamiento pegajoso. Estos dos últimos se basan en la geometría de la sarta de perforación y en la señal de la fuerza de torsión, medida.
Por lo tanto, en conclusión, se ve que la presente invención y las modalidades descritas en la presente y aquellas cubiertas por las reivindicaciones anexas están bien adaptadas para llevar a cabo los objetivos y para obtener las finalidades expuestas. Se pueden hacer ciertos cambios en la materia sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Se da cuenta que son posibles cambios dentro del alcance de esta invención y adicionalmente se propone que cada elemento o paso citado en cualquiera de las siguientes reivindicaciones se va a entender como que se refiere al paso linealmente y/o a todos los elementos o paso equivalentes. Se propone que las siguientes reivindicaciones cubran la invención tan ampliamente como legalmente sea posible no importa en la forma que se utilice. La invención reivindicada en la presente es nueva y novedosa de acuerdo con 35 U.S.C. §
102 y satisface las condiciones de patentabilidad en § 102. La invención reivindicada en la presente no es obvia de acuerdo con 35 U.S.C. § 103 y satisface las condiciones de patentabilidad en § 103. Esta especificación y las reivindicaciones que siguen están de acuerdo con todos los requisitos de 35 U.S.C. § 112. Los inventores pueden depender de la doctrina de equivalentes para determinar y valorar el alcance de su invención y de las reivindicaciones que siguen puesto que pueden pertenecer al aparato que no se aparten materialmente de, pero están fuera de, el alcance literal de la invención como se expone en las siguientes reivindicaciones. Todas las patentes, solicitudes de patente y artículos científicos identificados en la presente se incorporan completamente en la presente para todos los propósitos .
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (23)
1. Un método para amortiguar las oscilaciones de deslizamiento pegajoso en una sarta de perforación, el método que comprende los pasos de : (a) amortiguar las oscilaciones de deslizamiento pegajoso usando un mecanismo perforador en la parte superior de la sarta de perforación; y (b) controlar la velocidad de rotación del mecanismo perforador usando un controlador PI; caracterizado porque comprende el paso de (c) ajustar el controlador PI de modo que el mecanismo perforador absorbe la mayoría de la energía torsional de la sarta de perforación a una frecuencia que está en o cerca de una frecuencia de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso.
2. Un método de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque las oscilaciones de deslizamiento pegajoso comprenden ondas torsionales que se propagan a lo largo de la sarta de perforación, y en donde el paso (c) comprende ajustar un término I de un controlador PI que es dependiente de un periodo aproximado de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso y de la inercia efectiva del mecanismo perforador, por lo que el mecanismo perforador tiene un coeficiente de reflexión dependiente de la frecuencia de las ondas torsionales, el coeficiente de reflexión que está sustancialmente a un mínimo en o cerca de la frecuencia de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso, se enfatiza que el periodo estimado no tiene que ser completamente exacto.
3. Un método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque además comprende el paso de ajustar el término I de acuerdo a I = cos2<J donde cos es · una frecuencia angular aproximada o estimada de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso y J es la inercia efectiva del mecanismo perforador.
4. Un método de conformidad con la reivindicación 2 o 3, caracterizado porque además comprende el paso de medir el periodo aproximado de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso para el uso en el ajuste del término I.
5. Un método de conformidad con la reivindicación 1, 2, 3 o 4, caracterizado porque además comprende el paso de ajustar un término P del controlador PI para que sea del mismo orden de magnitud como la impedancia característica ? de la sarta de perforación.
6. Un método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque además comprende el paso de ajustar el término P tal que el coeficiente de reflexión no desaparezca completamente por lo que se impide que un modo fundamental de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso se divida en dos nuevos modos con diferentes frecuencias.
7. Un método de conformidad con la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque además comprende el paso de ajustar el término P como P = ?/a donde a es un factor de movilidad que permite el ajuste del patrón P durante la perforación, por lo que se puede incrementar o reducir la absorción de energía de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso por el mecanismo perforador.
8. Un método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque además comprende el paso de incrementar el factor de movilidad si sustancialmente no desaparece ni se reduce la magnitud de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso.
9. Un método de conformidad con la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque además comprende el paso de reducir el factor de movilidad una vez que la magnitud de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso han desaparecido o reducido de forma sustancial, por lo que se incrementa la eficiencia de perforación sin la reaparición o sin el incremento en la magnitud de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso.
10. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el controlador PI está separado de un controlador de velocidad del mecanismo perforador, el método comprende además el paso de derivar el controlador de velocidad del mecanismo perforador con el controlador PI durante el amortiguamiento de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso.
11. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el mecanismo perforador comprende el controlador PI, el método comprende además los pasos de ajustar el controlador PI cuando se presenten las oscilaciones de deslizamiento pegajoso, y dejar sin ajustar de otro modo el controlador PI .
12. Un método de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque además comprende el paso de estimar la velocidad rotacional instantánea de una sarta de fondo en el extremo inferior de la sarta de perforación al combinar una conformidad torsional conocida de la sarta de perforación con variaciones en la fuerza de torsión de la unidad del mecanismo perforador.
13. Un método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque las variaciones en la fuerza de torsión de la unidad se expresan sólo a una frecuencia fundamental de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso, por lo que el paso de estimación se simplifica tal que se puede implementar por un PLC y se realiza en tiempo real.
14. Un método de conformidad con la reivindicación 12 o 13, caracterizado porque el paso de estimación comprende filtrar con filtro de paso de banda una señal de fuerza de torsión de la unidad con un filtro de paso de banda centrado a una frecuencia aproximada de las oscilaciones de deslizamiento pegajoso.
15. Un método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el estimado de la velocidad rotacional instantánea comprende determinar una velocidad de fondo de pozo usando una conformidad estática total de la sarta de perforación y un parámetro de fase, y determinar la suma de (i) una señal filtrada con filtro de paso bajo que representa una velocidad de rotación del mecanismo perforador y (ii) la velocidad de fondo de pozo.
16. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12, 13, 14 o 15, caracterizado porque además comprende el paso de determinar periódicamente el estimado y transferir el estimado a la consola de un perforador por lo que se proporciona el perforador con un estimado sustancialmente en tiempo real de la velocidad rotacional instantánea de la sarta de fondo.
17. Un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque además comprende el paso de determinar una severidad de deslizamiento pegajoso como la relación de la amplitud dinámica de la velocidad de fondo de pozo con respecto a la velocidad rotacional media del mecanismo perforador, severidad de deslizamiento pegajoso que es útil para proporcionar una señal de salida que indica la severidad del deslizamiento pegajoso en ese punto de tiempo.
18. Un método para perforar un agujero de perforación, caracterizado porque comprende los pasos de: (a) hacer girar una sarta de perforación con un mecanismo perforador para girar una broca perforadora en un extremo inferior de la sarta de perforación por lo que se penetra la superficie de la tierra; y (b) en respuesta a la detección de oscilaciones de deslizamiento pegajoso de la sarta de perforación usando un controlador PI controlar el mecanismo perforador, controlador PI que se ha ajustado por un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
19. Un método para estimar la velocidad rotacional instantánea de una sarta de fondo en el extremo inferior de una sarta de perforación, caracterizado porque comprende los pasos de combinar una conformidad torsional conocida de la sarta de perforación con variaciones en la fuerza de torsión de la unidad del mecanismo perforador.
20. Un método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque además comprende los pasos de estimación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17.
21. Un mecanismo perforador para el uso en la perforación de un agujero de perforación, caracterizado porque comprende un controlador electrónico que tiene un controlador PI y memoria que almacena instrucciones ejecutables en computadora que cuando se ejecutan hacen que el controlador electrónico ajuste el controlador PI de acuerdo a los pasos de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
22. Un controlador electrónico para el uso con un mecanismo perforador para perforar un agujero de perforación, caracterizado porque comprende un controlador PI y memoria que almacena instrucciones ejecutables por computadora que cuando se ejecutan hacen que el controlador electrónico ajuste el controlador PI de acuerdo a los pasos de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
23. Un método para actualizar un mecanismo perforador en un aparato de perforación, caracterizado porque comprende los pasos de cargar instrucciones ejecutables en computadora a un controlador electrónico en el aparato de perforación, controlador electrónico que es para controlar la operación del mecanismo perforador, en donde las instrucciones ejecutables en computadora comprenden instrucciones para realizar un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
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|---|---|---|---|---|
| PL2364398T3 (pl) * | 2008-12-02 | 2014-08-29 | Nat Oilwell Varco Lp | Sposób i urządzenie do szacowania chwilowej prędkości obrotowej zestawu wgłębnego |
| PL2364397T3 (pl) | 2008-12-02 | 2013-06-28 | Nat Oilwell Varco Lp | Sposób i urządzenie do zmniejszenia zjawiska drgań ciernych |
| EP2480744B1 (en) | 2009-09-21 | 2018-07-25 | National Oilwell Varco, L.P. | Systems and methods for improving drilling efficiency |
| AU2011101765A4 (en) | 2010-12-22 | 2016-02-25 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Controlling vibrations in a drilling system |
| US9436173B2 (en) | 2011-09-07 | 2016-09-06 | Exxonmobil Upstream Research Company | Drilling advisory systems and methods with combined global search and local search methods |
| EP2570589A1 (en) * | 2011-09-16 | 2013-03-20 | Vetco Gray Controls Limited | Setting the value of an operational parameter of a well |
| NL2007656C2 (en) | 2011-10-25 | 2013-05-01 | Cofely Experts B V | A method of and a device and an electronic controller for mitigating stick-slip oscillations in borehole equipment. |
| EP2783070A2 (en) | 2011-11-25 | 2014-10-01 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Method and system for controlling vibrations in a drilling system |
| US9297743B2 (en) | 2011-12-28 | 2016-03-29 | Schlumberger Technology Corporation | Determination of stick slip conditions |
| NO333959B1 (no) * | 2012-01-24 | 2013-10-28 | Nat Oilwell Varco Norway As | Fremgangsmåte og system for å redusere borestrengoscillasjon |
| US9482084B2 (en) | 2012-09-06 | 2016-11-01 | Exxonmobil Upstream Research Company | Drilling advisory systems and methods to filter data |
| RU2508447C1 (ru) * | 2013-02-12 | 2014-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент" | Способ контроля режима работы гидравлического забойного двигателя в забойных условиях |
| MX369745B (es) | 2013-03-20 | 2019-11-20 | Schlumberger Technology Bv | Control de sistemas de perforación. |
| US9932811B2 (en) | 2013-03-21 | 2018-04-03 | Shell Oil Company | Method and system for damping vibrations in a tool string system |
| US9657523B2 (en) * | 2013-05-17 | 2017-05-23 | Baker Hughes Incorporated | Bottomhole assembly design method to reduce rotational loads |
| US10409300B2 (en) * | 2013-06-27 | 2019-09-10 | Schlumberger Technology Corporation | Changing set points in a resonant system |
| US9695956B2 (en) | 2013-07-29 | 2017-07-04 | Dresser, Inc. | Spectral analysis based detector for a control valve |
| US9388681B2 (en) * | 2013-08-17 | 2016-07-12 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method to optimize drilling efficiency while reducing stick slip |
| AU2013400710B2 (en) | 2013-09-17 | 2016-12-15 | Halliburton Energy Services, Inc. | Removal of stick-slip vibrations in a drilling assembly |
| EP3087242B1 (en) * | 2013-12-23 | 2019-05-15 | Halliburton Energy Services, Inc. | Independent modification of drill string portion rotational speed |
| US10309211B2 (en) * | 2014-06-05 | 2019-06-04 | National Oilwell Varco Norway As | Method and device for estimating downhole string variables |
| GB2542003B (en) * | 2014-06-27 | 2020-12-16 | Halliburton Energy Services Inc | Measuring micro stalls and stick slips in mud motors using fiber optic sensors |
| US9689250B2 (en) * | 2014-11-17 | 2017-06-27 | Tesco Corporation | System and method for mitigating stick-slip |
| CN107075911B (zh) * | 2014-12-29 | 2019-11-08 | 哈里伯顿能源服务公司 | 减轻旋转式导向工具中的粘滑效应 |
| GB2550849B (en) * | 2016-05-23 | 2020-06-17 | Equinor Energy As | Interface and integration method for external control of the drilling control system |
| NL2016859B1 (en) | 2016-05-30 | 2017-12-11 | Engie Electroproject B V | A method of and a device for estimating down hole speed and down hole torque of borehole drilling equipment while drilling, borehole equipment and a computer program product. |
| EP3258056B1 (en) * | 2016-06-13 | 2019-07-24 | VAREL EUROPE (Société par Actions Simplifiée) | Passively induced forced vibration rock drilling system |
| CA3024786C (en) | 2016-07-29 | 2022-03-15 | Halliburton Energy Services, Inc. | Methods and systems for mitigating vibrations in a drilling system |
| BR112019008537A2 (pt) * | 2016-12-09 | 2019-07-09 | Halliburton Energy Services Inc | sistema e método de perfuração de fundo de poço. |
| US10539000B2 (en) * | 2016-12-30 | 2020-01-21 | Nabors Drilling Technologies Usa, Inc. | Instrumented saver sub for stick-slip vibration mitigation |
| US10590709B2 (en) | 2017-07-18 | 2020-03-17 | Reme Technologies Llc | Downhole oscillation apparatus |
| WO2019050824A1 (en) * | 2017-09-05 | 2019-03-14 | Schlumberger Technology Corporation | ROTATION CONTROL OF DRILL ROD TRAIN |
| US10907463B2 (en) | 2017-09-12 | 2021-02-02 | Schlumberger Technology Corporation | Well construction control system |
| US10782197B2 (en) | 2017-12-19 | 2020-09-22 | Schlumberger Technology Corporation | Method for measuring surface torque oscillation performance index |
| AR114505A1 (es) | 2018-01-05 | 2020-09-16 | Conocophillips Co | Sistema y método para atenuar la vibración por atascamiento y deslizamiento |
| US10760417B2 (en) | 2018-01-30 | 2020-09-01 | Schlumberger Technology Corporation | System and method for surface management of drill-string rotation for whirl reduction |
| AR123395A1 (es) | 2018-03-15 | 2022-11-30 | Baker Hughes A Ge Co Llc | Amortiguadores para mitigar vibraciones de herramientas de fondo de pozo y dispositivo de aislamiento de vibración para arreglo de fondo de pozo |
| US11199242B2 (en) | 2018-03-15 | 2021-12-14 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Bit support assembly incorporating damper for high frequency torsional oscillation |
| US11448015B2 (en) | 2018-03-15 | 2022-09-20 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Dampers for mitigation of downhole tool vibrations |
| WO2019178320A1 (en) | 2018-03-15 | 2019-09-19 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Dampers for mitigation of downhole tool vibrations and vibration isolation device for downhole bottom hole assembly |
| WO2019231629A1 (en) | 2018-05-31 | 2019-12-05 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method and system for stick-slip mitigation |
| US11624666B2 (en) | 2018-06-01 | 2023-04-11 | Schlumberger Technology Corporation | Estimating downhole RPM oscillations |
| US11156075B2 (en) | 2018-11-16 | 2021-10-26 | Halliburton Energy Services, Inc. | Advisory system for stick-slip mitigation in drilling systems |
| US11704453B2 (en) * | 2019-06-06 | 2023-07-18 | Halliburton Energy Services, Inc. | Drill bit design selection and use |
| US11187714B2 (en) | 2019-07-09 | 2021-11-30 | Schlumberger Technology Corporation | Processing downhole rotational data |
| US11519227B2 (en) | 2019-09-12 | 2022-12-06 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Vibration isolating coupler for reducing high frequency torsional vibrations in a drill string |
| BR112022004696A2 (pt) | 2019-09-12 | 2022-06-14 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Posicionamento otimizado de ferramentas amortecedoras de vibração mediante ajuste de formato do modo |
| US11952883B2 (en) | 2019-09-18 | 2024-04-09 | Halliburton Energy Services, Inc. | System and method for mitigating stick-slip |
| US11391142B2 (en) | 2019-10-11 | 2022-07-19 | Schlumberger Technology Corporation | Supervisory control system for a well construction rig |
| US11814942B2 (en) * | 2019-11-04 | 2023-11-14 | Schlumberger Technology Corporation | Optimizing algorithm for controlling drill string driver |
| US11916507B2 (en) | 2020-03-03 | 2024-02-27 | Schlumberger Technology Corporation | Motor angular position control |
| US11933156B2 (en) | 2020-04-28 | 2024-03-19 | Schlumberger Technology Corporation | Controller augmenting existing control system |
| US11748531B2 (en) | 2020-10-19 | 2023-09-05 | Halliburton Energy Services, Inc. | Mitigation of high frequency coupled vibrations in PDC bits using in-cone depth of cut controllers |
| CN112360426A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-02-12 | 黑龙江景宏石油设备制造有限公司 | 一种钻井顶驱控制系统及方法 |
| CN116022871B (zh) * | 2023-02-21 | 2024-04-12 | 昆明理工大学 | 一种净水处理串级反馈plc自动化控制系统及其控制方法 |
Family Cites Families (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4535972A (en) * | 1983-11-09 | 1985-08-20 | Standard Oil Co. (Indiana) | System to control the vertical movement of a drillstring |
| GB9003759D0 (en) * | 1990-02-20 | 1990-04-18 | Shell Int Research | Method and system for controlling vibrations in borehole equipment |
| FR2713700B1 (fr) * | 1993-12-08 | 1996-03-15 | Inst Francais Du Petrole | Méthode et système de contrôle de la stabilité de la vitesse de rotation d'un outil de forage. |
| US5559415A (en) * | 1994-06-30 | 1996-09-24 | Honeywell Inc. | Integrator management for redundant active hand controllers |
| US6206108B1 (en) * | 1995-01-12 | 2001-03-27 | Baker Hughes Incorporated | Drilling system with integrated bottom hole assembly |
| RU2108456C1 (ru) * | 1996-04-29 | 1998-04-10 | Вячеслав Георгиевич Алферов | Способ регулирования электропривода регулятора подачи долота |
| FR2750160B1 (fr) * | 1996-06-24 | 1998-08-07 | Inst Francais Du Petrole | Methode et systeme d'estimation en temps reel d'au moins un parametre lie au deplacement d'un outil de forage |
| AUPO241996A0 (en) * | 1996-09-19 | 1996-10-10 | University Of Newcastle Research Associates Limited, The | Method & apparatus for automated tuning of pid-controllers |
| GB9620679D0 (en) * | 1996-10-04 | 1996-11-20 | Halliburton Co | Method and apparatus for sensing and displaying torsional vibration |
| EP0870899A1 (en) * | 1997-04-11 | 1998-10-14 | Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. | Drilling assembly with reduced stick-slip tendency |
| JPH11332272A (ja) | 1998-05-15 | 1999-11-30 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | ２慣性共振系トルク制御方法 |
| US6327539B1 (en) * | 1998-09-09 | 2001-12-04 | Shell Oil Company | Method of determining drill string stiffness |
| US6948572B2 (en) * | 1999-07-12 | 2005-09-27 | Halliburton Energy Services, Inc. | Command method for a steerable rotary drilling device |
| US6993456B2 (en) * | 1999-09-30 | 2006-01-31 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Mechanical-electrical template based method and apparatus |
| US6541950B2 (en) * | 2000-01-26 | 2003-04-01 | Novatel, Inc. | Multipath meter |
| RU2234116C1 (ru) | 2002-12-24 | 2004-08-10 | Северо-Кавказский государственный технический университет | Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор |
| US7518950B2 (en) * | 2005-03-29 | 2009-04-14 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for downlink communication |
| US7983113B2 (en) * | 2005-03-29 | 2011-07-19 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for downlink communication using dynamic threshold values for detecting transmitted signals |
| US7173399B2 (en) * | 2005-04-19 | 2007-02-06 | General Electric Company | Integrated torsional mode damping system and method |
| US8463548B2 (en) * | 2007-07-23 | 2013-06-11 | Athena Industrial Technologies, Inc. | Drill bit tracking apparatus and method |
| US20090120689A1 (en) * | 2007-11-12 | 2009-05-14 | Baker Hughes Incorporated | Apparatus and method for communicating information between a wellbore and surface |
| CA2642713C (en) * | 2008-11-03 | 2012-08-07 | Halliburton Energy Services, Inc. | Drilling apparatus and method |
| PL2364398T3 (pl) | 2008-12-02 | 2014-08-29 | Nat Oilwell Varco Lp | Sposób i urządzenie do szacowania chwilowej prędkości obrotowej zestawu wgłębnego |
| PL2364397T3 (pl) | 2008-12-02 | 2013-06-28 | Nat Oilwell Varco Lp | Sposób i urządzenie do zmniejszenia zjawiska drgań ciernych |
| CN102575516B (zh) * | 2009-08-07 | 2014-12-31 | 埃克森美孚上游研究公司 | 根据地面测量估计井下钻探振动振幅的方法 |
| BR112012012388B1 (pt) * | 2009-11-24 | 2019-09-24 | Baker Hughes Incorporated | Aparelho para utilização em furo de poço |
| US8453764B2 (en) * | 2010-02-01 | 2013-06-04 | Aps Technology, Inc. | System and method for monitoring and controlling underground drilling |
-
2008
- 2008-12-02 PL PL08875686T patent/PL2364397T3/pl unknown
- 2008-12-02 MX MX2011005523A patent/MX2011005523A/es active IP Right Grant
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-
2016
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|---|---|
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| Kyllingstad et al. | A new stick-slip prevention system | |
| AU2014234392B2 (en) | Method and system for damping vibrations in a tool string system |
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