Pourquoi les composants MWD/LWD sont-ils sujets aux défaillances ?

Les outils MWD (mesures en cours de forage) fournissent des données directionnelles, de dynamique de forage, de pression et de télémétrie. Les outils LWD (diagraphies en cours de forage) ajoutent des mesures d'évaluation de la formation utilisées pour le géopilotage et les décisions relatives au réservoir.

Ces composants ne sont pas sujets aux défaillances en raison d'une mauvaise conception. Leur vulnérabilité tient au fait que des éléments électroniques sensibles, des capteurs, des pièces de télémétrie hydraulique, des joints d'étanchéité, des interfaces d'usure et des assemblages de précision doivent fonctionner à proximité du trépan, tandis que la boue de forage circule sous de fortes contraintes mécaniques et thermiques.

La fiabilité des MWD/LWD dépend de la stabilité mécanique, hydraulique et électrique simultanée de plusieurs petites interfaces.

Réponse rapide

Composants MWD/LWDéchouent généralement en raison de six conditions interagissant entre elles :

1. Chocs et vibrations axiales, de torsion ou latérales

2. Fluide de forage abrasif à haute vitesse

3. Haute température, haute pression et cycles thermiques

4. Impulsions de pression et charges hydrauliques répétées

5. Chimie de la boue, matières solides, pertes de circulation et contamination

6. Tolérances serrées, contraintes d'assemblage et modifications géométriques dues à l'usure

Un problème peut en aggraver un autre. Les vibrations peuvent agrandir un jeu, permettant à davantage de boue abrasive de pénétrer. L'érosion peut alors modifier l'orifice du capteur d'impulsions, entraînant une détérioration des performances de la télémétrie.

1. Dommages causés par les chocs et les vibrations aux interfaces mécaniques et électroniques

Les vibrations de la garniture de forage se produisent selon trois modes : axial, torsionnel et latéral. Le rebond du trépan produit un impact axial ; le phénomène de stick-slip engendre des variations rapides de la vitesse de rotation ; le tourbillon latéral peut entraîner un choc de l’ensemble de fond de puits contre la paroi du puits.

Ces charges peuvent engendrer de la fatigue, endommager les connexions et les capteurs, accélérer l'usure des roulements, desserrer les interfaces et provoquer une usure unilatérale. Les oscillations de torsion à haute fréquence peuvent être particulièrement dommageables, tout en restant difficiles à identifier par de simples mesures de surface.

2. La boue abrasive érode les éléments critiques du système d'écoulement.

Le fluide de forage peut contenir de la barytine, des particules solides issues du forage, du sable, du tartre et des résidus de forage. Lorsque ce mélange traverse de petits orifices de restriction, la vitesse locale augmente et attaque les sièges de soupape, les extrémités des clapets, les buses, les orifices, les restricteurs, les manchons, les rotors et les stators.

En télémétrie par impulsions de boue, il ne s'agit pas de pièces d'usure ordinaires. Leur géométrie contribue à générer ou à moduler les impulsions de pression. Un élargissement de l'alésage, une usure des bords ou une usure du siège peuvent modifier la réponse hydraulique avant que le composant ne perde son intégrité structurelle.

Pièces d'usure en carbure de tungstène pour MWD/LWDElles servent à ralentir l'érosion et à préserver la géométrie d'écoulement critique. La ténacité du carbure, la composition du liant, l'état de surface et le support mécanique doivent rester adaptés à l'application.

3. Les conditions HPHT réduisent les marges sur les matériaux et l'électronique

Les outils MWD/LWD spécialisés peuvent fonctionner à des pressions hydrostatiques allant jusqu'à 25 000 psi et à des températures proches de 200 °C. La température affecte les batteries, les composants électroniques, les capteurs, les élastomères, les lubrifiants, les adhésifs, les revêtements et les ajustements dimensionnels.

La pression et la température varient également lors de la circulation, des raccordements, du démarrage, de l'arrêt et du déclenchement. Les dilatations et contractions répétées peuvent mettre à rude épreuve les joints et les interfaces, même lorsque la valeur maximale admissible n'est pas dépassée.

Les composants doivent donc être évalués en fonction de l'historique complet temps-température-pression, et non seulement de la température ou de la pression maximale indiquée sur la fiche technique.

4. Les cycles de pression et le chargement télémétrique créent des contraintes répétées

Dans les systèmes à impulsions de boue, la télémétrie crée délibérément des variations de pression dans le fluide de forage en circulation. Les vannes, sièges, limiteurs et pièces connexes du dispositif d'impulsion peuvent subir des ouvertures, fermetures, charges de pression différentielle et contacts répétés.

De petites variations dimensionnelles peuvent affecter l'amplitude des impulsions, le débit, l'étanchéité et la synchronisation. Un composant peut rester physiquement intact, mais devenir fonctionnellement peu fiable en raison d'une dérive de sa réponse hydraulique.

L'inspection doit donc mesurer la géométrie de travail et les surfaces de contact plutôt que de se fier uniquement à un examen visuel.

5. Les propriétés de la boue peuvent provoquer de l'érosion, du colmatage, de la corrosion ou un mauvais amortissement.

La densité de la boue à elle seule ne suffit pas à décrire le risque opérationnel. Les variables pertinentes comprennent la rhéologie, la concentration en solides, la granulométrie, les pertes de circulation, le pH, les chlorures, les gaz dissous, l'oxygène et les additifs chimiques.

Certains fluides augmentent l'érosion. D'autres réduisent l'amortissement entre l'ensemble MWD et le collier. Les particules solides ou les LCM peuvent obstruer les passages étroits. Une chimie agressive peut attaquer les boîtiers métalliques, les revêtements, les élastomères ou la phase liante du carbure cémenté.

Le fournisseur d'outils et de pièces d'usure a donc besoin du programme de boue réel et de la contamination prévue, et non pas seulement d'une description telle que « boue à base d'eau » ou « boue à base d'huile ».

6. Des tolérances trop serrées transforment une petite usure en défaillance fonctionnelle

Les ensembles MWD/LWD dépendent de la précision des alésages, des jeux, de la concentricité, des surfaces d'étanchéité, des dispositifs de positionnement et des zones d'écoulement. De petites variations peuvent affecter l'alignement, la qualité du signal, la stabilité de l'étanchéité et l'interchangeabilité.

Les contributeurs communs comprennent :

● Accumulation de tolérances incorrecte

● Usure, dommage ou mauvais alignement du collier d'identification

● Contraintes d'ajustement serré ou d'assemblage excessives

● Mauvaise finition de surface ou état des bords

● Perte de revêtement

● Remplacer uniquement un côté usé d'une paire appariée

● Copie des dimensions à partir d'un échantillon usé

Langsun Carbide fabriqueManches inférieures MWD/LWDLes bagues, les pièces du générateur d'impulsions, les sièges et les limiteurs sont fabriqués à partir de plans ou d'échantillons. Un plan vierge et un contexte d'assemblage complet constituent la base la plus sûre pour une fabrication répétée.

Que peut indiquer le type de défaillance ?

État observé	Zone probable à explorer
Usure unilatérale	Vibrations latérales, tourbillonnement, désalignement ou contact avec le collier
Orifice élargi ou bord estompé	Boue abrasive, vitesse excessive ou qualité de matériau inadaptée
Télémétrie intermittente	Géométrie, électronique, connexions, alimentation ou vibrations du générateur d'impulsions
Composant en carbure fissuré	Impact, géométrie mince, contraintes d'assemblage, choc thermique ou ténacité insuffisante
Surface en carbure piquée ou granuleuse	Perte de liant assistée par la corrosion
Passage d'écoulement obstrué	LCM, solides, dépôts ou dimension de passage minimale insuffisante

Comment réduire les défaillances des composants MWD/LWD

1. Surveiller la dynamique de forage.Utilisez les données relatives aux chocs, aux vibrations et à la haute fréquence de traction (HFTO) pour ajuster le poids sur le trépan, le régime moteur, la conception du trépan/BHA et les paramètres de fonctionnement.

2. Contrôler l'état de la boue.Vérifier la teneur en solides, la rhéologie, le LCM, la chimie, la filtration et le débit par rapport aux limites de l'outil.

3. Protéger la géométrie critique du flux.Utilisez des sièges, des manchons, des orifices et des limiteurs de débit remplaçables et résistants à l'usure aux endroits où l'érosion est concentrée.

4. Adapter la nuance de carbure au mode de défaillance.Équilibrer la résistance à l'abrasion, la ténacité, la résistance à la corrosion et la géométrie des composants.

5. Inspectez les composants d'accouplement.Mesurez le collier, le boîtier, l'arbre, le siège et la pièce d'usure comme un système complet.

6. Suivre les tendances dimensionnelles.Définir les critères de remplacement avant que la qualité de l'impulsion, l'étanchéité ou l'alignement ne deviennent instables.

FUNQ

Quelles sont les pièces MWD/LWD qui subissent généralement une usure érosive ?

Les exemples courants comprennent les sièges de soupapes à impulsion, les embouts de soupapes, les orifices, les restricteurs, les buses, les manchons, les bagues, les anneaux d'usure et les interfaces rotor/stator.

Fait carbure de tungstène Éliminer les défaillances MWD/LWD ?

Non. Il peut améliorer la résistance à l'usure et la stabilité dimensionnelle, mais il ne peut pas corriger les vibrations excessives, les obstructions des voies d'écoulement, les tolérances incorrectes, la chimie de la boue inadaptée ou un mauvais support d'assemblage.

Pourquoi une légère usure peut-elle affecter la télémétrie ?

Dans les systèmes à injection de boue, la géométrie du contrôle d'écoulement contribue à générer le signal de pression. De petites modifications au niveau d'un orifice, d'un siège ou d'un restricteur peuvent altérer la réponse hydraulique.

Informations à inclure dans une demande de devis

Pour les clientsComposants en carbure de tungstène MWD/LWD, fournir le dessin, la fonction du composant, les pièces d'accouplement, le débit de boue, le différentiel de pression, la température, la chimie de la boue, les données sur les solides et le LCM, l'historique des vibrations, le modèle de défaillance actuel, la qualité du matériau, la méthode d'ajustement, les exigences de surface, la quantité et l'étendue de l'inspection.

Auteur | Allen

Allen est directeur du marketing international chez NINGBO LANGSUN TUNGSTEN CARBIDE CO., LTD. Il possède plus de 5 ans d'expérience dans le domaine des pièces d'usure industrielles et Applications du carbure de tungstèneIl travaille avec des clients dans les secteurs du pétrole et du gaz, des vannes et du contrôle des débits, de la métallurgie, du traitement chimique, des pompes, du traitement de surface, des mines et du traitement des minéraux.

Il se spécialise dans l'aide aux équipementiers, aux fabricants d'équipements, aux sociétés d'ingénierie et aux équipes d'approvisionnement pour choisir du tungstène fiable. Pièces d'usure en carbure en fonction des conditions de travail réelles, des performances des matériaux, de la faisabilité de la fabrication et des exigences de contrôle de la qualité.

Facebook :Allen sur Facebook
LinkedIn :Allen est sur LinkedIn

Références

1. SLB, Vibrations de la garniture de forage et modélisation des vibrations.

2. SLB, « Service MWD intelligent TruSight Slimhole ».

3. Halliburton, « Solution de forage technique atténuant les vibrations et réduisant les temps d'arrêt non productifs. »

4. Halliburton, « Service Quasar Pulse M/LWD ».