Utilizzo corretto delle punte da trapano triconiche
Come la litologia della formazione influenza la rottura della punta La litologia della formazione influenza le prestazioni di perforazione in diversi modi: influenza la velocità di penetrazione e la lunghezza, può causare complessi problemi di perforazione come perdita di circolazione, contraccolpi, crolli del pozzo e tubi bloccati, altera il comportamento del fluido di perforazione e influisce sulla qualità del foro (deviazione del foro e diametri irregolari), che a sua volta influisce sulla qualità della cementazione. Analizzare la litologia e il suo comportamento di perforazione è essenziale per selezionare la punta appropriata e valutare se il suo utilizzo sia ragionevole.
Argille, mudstones e scisti: queste formazioni assorbono facilmente l'acqua libera dal fluido di perforazione e si gonfiano, riducendo il diametro del foro e creando una resistenza alla penetrazione che può portare all'inceppamento del tubo. L'immersione prolungata può anche causare sfaldamento e allargamento del foro, con conseguente collasso. Utilizzare acqua dolce o fango a bassa densità e bassa viscosità, ove possibile. Gli scisti carboniosi hanno una debole coesione e sono soggetti a collasso. Le formazioni morbide e ricche di argilla perforano rapidamente ma sono vulnerabili al fenomeno del bit balling.
Arenarie: le proprietà delle arenarie variano notevolmente a seconda della granulometria, della composizione minerale e del tipo di cemento. Granuli più fini, un maggiore contenuto di quarzo e cemento siliceo o ricco di ferro rendono la roccia più dura e abrasiva, aumentando l'usura della punta (ad esempio, quarzo-arenite). Una maggiore quantità di cemento argilloso, mica o feldspato rende la roccia più morbida e facile da perforare. Granuli più grossolani e una scarsa cementazione aumentano la permeabilità e il rischio di perdita di fluido; sulla parete può formarsi uno spesso strato di filtrazione che causa adesione appiccicosa e problemi di incollaggio, con conseguente funzionamento anomalo della punta.
Conglomerati: la perforazione in conglomerati spesso causa rimbalzi della punta, vibrazioni e cedimenti delle pareti del foro. Se la portata della pompa è bassa o la viscosità del fango è insufficiente, le particelle di dimensioni ghiaiose non tornano facilmente in superficie; i detriti di grandi dimensioni possono danneggiare i coni e i denti della punta.
Calcari: tipicamente duri, con penetrazione lenta e metratura limitata. Molti calcari sviluppano fratture, avvallamenti e cavità; incontrarli può causare stallo della punta, dilavamenti, perdita di circolazione e occasionalmente rinculi o scoppi. Il calcare influenza notevolmente la penetrazione, la velocità meccanica e l'usura della punta. L'alternanza di strati duri e morbidi (ad esempio, argillite intercalata con arenaria dura) e formazioni con forte inclinazione aumentano la probabilità di deviazione del foro; il danneggiamento della punta è più probabile quando si perforano fori con deviazioni elevate. Strati di sali solubili (gesso, alogenuro, ecc.) possono degradare le proprietà del fango e compromettere le normali prestazioni della punta.
Parametri di perforazione e relativi effetti I principali parametri di perforazione controllabili nel processo di perforazione sono il peso sulla punta (WOB), la velocità di rotazione (RPM) e la velocità di circolazione del fango. Questi parametri devono essere selezionati in base alle condizioni della formazione, al tipo di punta, alle capacità della piattaforma di perforazione e all'abilità dell'operatore. I parametri di perforazione sono comunemente classificati come:
Parametri di perforazione ottimizzati: quelli che consentono di ottenere il miglior risultato economico in determinate condizioni.
Parametri di perforazione aggressivi (o migliorati): valori più alti del normale per ottenere maggiori velocità di penetrazione.
Tecniche di perforazione speciali: metodi specifici o set di parametri vincolati utilizzati per obiettivi particolari.
Scelte di parametri diversi richiedono tipi di punte diversi; le punte si guastano a causa di meccanismi diversi in diverse condizioni di perforazione e devono essere trattate di conseguenza.
2.1 Effetto del peso sulla punta (WOB) Il WOB è la condizione essenziale per la rottura della roccia sulla faccia della punta. L'entità del WOB determina la modalità e le caratteristiche di rottura della roccia e influenza direttamente la velocità di penetrazione e l'usura della punta. Sotto carico assiale e coppia di rotazione, i denti di taglio si usurano, si smussano o si guastano mentre premono e tagliano la roccia, il che ovviamente influisce sulla penetrazione. All'aumentare del WOB, la penetrazione generalmente aumenta, ma cuscinetti e denti di taglio si usurano più rapidamente, il che a sua volta influisce sulla penetrazione. La relazione tra WOB e penetrazione cambia attraverso tre fasi distinte:
Fase di frattura superficiale: quando il WOB è inferiore alla durezza di indentazione della roccia, i denti taglienti non riescono a penetrare, ma solo ad abradere la superficie della roccia. L'usura è elevata e la penetrazione è bassa, sebbene la penetrazione aumenti proporzionalmente all'aumento del WOB.
Fase di fatica-frattura: quando la WOB si avvicina alla durezza di indentazione della roccia, l'azione ripetuta dei denti genera numerose crepe superficiali e si verifica una frammentazione progressiva anche senza una penetrazione completa.
Fase di fratturazione massiva: quando la forza di penetrazione (WOB) supera la durezza di indentazione della roccia, i denti penetrano e producono fratturazione massiva; la perforazione diventa efficiente e questo è il normale regime di perforazione. Pertanto, la forza di penetrazione (WOB) applicata deve essere sufficiente a consentire ai denti di penetrare e produrre fratturazione massiva.
Il raddoppio del WOB nei test su punte triconiche ha mostrato che rocce diverse rispondono in modo diverso: rocce medio-dure (classi di roccia 6-7) mostrano il maggiore incremento di velocità di penetrazione; rocce più morbide (classi 4-5) e più dure (classi 8-9) mostrano incrementi minori. La perforazione di formazioni morbide adesive può causare ponti di fango e incollamento della punta, quindi il WOB dovrebbe essere relativamente basso. Nelle formazioni altamente abrasive, un WOB insufficiente causa l'usura prematura della punta, quindi il WOB dovrebbe essere aumentato in modo appropriato. In caso di formazioni fratturate, il rimbalzo della punta è comune e il WOB dovrebbe essere ridotto per evitare la rottura o la scheggiatura dei denti. Il WOB è quindi un parametro critico che deve bilanciare una sufficiente penetrazione dei denti con la minimizzazione dell'usura degli stessi.
2.2 Effetto della velocità di rotazione (RPM) La velocità di rotazione misura la velocità di rotazione di un pezzo di un dato diametro. Poiché il comportamento di rottura della roccia e l'influenza del WOB variano con la durezza della roccia, l'effetto del RPM sulla rottura della roccia e sulla penetrazione meccanica deve tenere conto dei fattori litologici e del tempo di rottura della roccia.
RPM in formazioni morbide: in formazioni morbide, altamente plastiche e a bassa abrasione (ad esempio, letti argillosi), lo spessore del truciolo è uguale alla profondità di penetrazione del dente e l'usura del dente è minima. Mantenendo costante il WOB, RPM e velocità di penetrazione meccanica aumentano in modo pressoché proporzionale.
RPM in formazioni medio-dure e dure: in queste formazioni la durezza di indentazione e l'abrasività sono maggiori; i denti si smussano più rapidamente, l'area di contatto aumenta e i tempi di propagazione delle cricche e di deformazione si allungano. La penetrazione rallenta e sono necessari valori di WOB più elevati. L'aumento del numero di giri nelle formazioni dure può prolungare il tempo di rottura della roccia per giro, quindi un numero di giri eccessivo può impedire la frattura completa prima che i denti si disinnestino, riducendo la penetrazione effettiva e accelerando l'usura. Pertanto, il numero di giri non deve essere aumentato eccessivamente nelle formazioni medio-dure o dure.
Differenze di giri al minuto tra i tipi di roccia: ogni tipo di roccia ha una curva di risposta caratteristica e un numero di giri al minuto limite. Nelle argille, la velocità di penetrazione aumenta proporzionalmente al numero di giri al minuto; nelle rocce dure e altamente abrasive, la penetrazione aumenta più lentamente con il numero di giri al minuto a causa del tempo di rottura prolungato della roccia e di un numero di giri al minuto limite inferiore; il superamento di tale limite può effettivamente ridurre la penetrazione.
I risultati dei test ottenuti raddoppiando la velocità di rotazione (RPM) sulle punte triconiche mostrano che per una roccia di grado 4 (ad esempio, marmo) la velocità di penetrazione è aumentata di circa il 93%, mentre per un granito porfirico di grado 9 l'aumento è stato solo del 28% circa. Dal grado 4 al grado 9, l'aumento di penetrazione con la velocità di rotazione (RPM) diminuisce lungo una curva. Pertanto, l'aumento della velocità di rotazione è vantaggioso per le formazioni morbide e a bassa abrasione, ma offre un vantaggio limitato per le formazioni dure e altamente abrasive.
