SMITH Turboperforacion Bolivia 2010

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Sistemas Turboperforación

Turbinas en la Industria

Turbina a gas propulsora de

bombas o compresores

industriales

Turbina a gasolina

propulsora de aviones

Turbina a vapor propulsora

de embarcaciones Marítimas

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Turbina de Perforación

Es un sistema de rotación de fondo que

convierte la energía del fluido de perforación

en potencia mecánica rotacional, la cual es

directamente transferida a la broca de

perforación.

Neyrfor

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Turbodrill: Nomenclatura

Term Description

T1 Turbodrill with one(1) power section

T2 Turbodrill with two(2) power section

TSXL Turbodrill with Extended Power Section (T1 + 30%)

TSH Turbodrill with a system to counter axial hydraulic thrust

BSA Bearing Section Assembly - Straight Applications

FBS Flexible Bearing Section - Steerable Applications

ABH Adjustable Bent Housing - Field Adjustable

DBS Double Bend Section – Fixed Double Bend

MK1 Constant pressure profile

MK2 Variable pressure profile – Δp drops as RPM slow

MK3 Higher variable pressure profile – Δp drops as RPM slow

Turbodrills - Rangos de Diámetros

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1 Sección Motora

2 Secciones Motoras

1 Sección Motora extendida

3 Secciones

Motoras

• Sección de Rodamientos – Recta o con ‘Bent Housing’ ajustable.

Para mantenimiento, construcción, tumbar ángulo y cambio de dirección en formaciones de mediana dureza a dura

________________________________________________________________________

• Sección de Potencia – 1,2 o 3 secciones de potencia con distintos perfiles de alabes y características de balance de empuje hidráulico.

Más potencia con taladros de menor capacidad de bombeo del fluido de perforación

________________________________________________________________________

• Rotores flexibles

Para trabajos direccionales; construcción o mantenimiento de verticalidad

Configuraciones Disponibles

Sección de

Rodamientos

Sección Potencia o

Motora

Entrada del Fluido

Partes de la Turbina

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Power Section Bearing Section

Partes de la Turbina

Mk#1 BladesConstant Press. Drop

Higher MW

Mk#2 BladesPressure Drops with Stall

Mk#3 BladesPressure Drops with stall

Light MW, UBD

Turbine Blade Geometry•Wing shapes

•Angle of attack (fluid to blade)

Turbodrill Blade Arrangement•Stator – compression fit, no rotation

relative to turbine housing

•Rotor – fixed to shaft

Blade Stages •Stages are stacked throughout tool

•Each stage power is cumulative

with the subsequent stage

-Together all stages drive the shaft.

Aletas/Alabes de la Turbina

Hydraulic Flow Through

2 Turbine Stages

1st

Stage

2nd

Stage

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Aletas/Alabes de la Turbina

Power Section Configuration

T1 TSH T2

MK1

Stages = 86

RPM=1172

Torque=670 ft-lb

Hp = 149

Stages = 112

RPM = 1172

Torque = 847 ft-lb

Hp = 189

Stages = 172

RPM=1172

Torque=1255 ft-lbs

Hp = 280

MK2

Stages = 75

RPM=1000

Torque=745 ft-lbs

Hp = 142

Stages = 100

RPM = 1000

Torque = 961 ft-lb

Hp = 183

Stages = 100

RPM=1000

Torque=1391 ft-lbs

Hp = 265

MK3

Stages = 50

RPM=1452

Torque=750 ft-lbs

Hp = 207

Stages = 100

RPM = 1452

Torque = 1430 ft-lb

Hp = 395

NA

Power at Bit

Turbine power values calculated at, 10ppg OBM, 450gpm (nominal),

Torq

ue

at

Bit

Rig Capabilities

Mu

d W

eig

ht

Configuración del Alabe vs. Aplicación

Bla

de

Typ

e

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• Radial Bearings

2 types HNBR Elastomer and Metallic

Elastomer are used up to 375° F and in WBM applications

Metallic’s are used for high temperatures and OBM

applications

Intermediate bearings are used to absorb the radial thrust

produced by the blades and to keep the shaft concentric.

n

Sección de Potencia

Intermediate Radial Bearings

• Power section recap

Contains the blade stages and radial bearings

Blade stages drive the shaft

Radial bearings maintain concentric rotation

Blades and bearings are compression fit in the

power section

Multiple power sections can be configured

Turbodrill Power Section - Recap

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3 Types of Bearing sections:• BSA – Bearing Section Assembly

•Used for straight hole applications

• FBS – Flexible Bearing Section

•Contains an Adjustable Bent Housing (ABH) for

directional applications.

BSA

FBS

Sección de Rodamientos


3 Types of Bearing sections:• DBS – Double Bend Section

• Used for directional applications requiring higher build

rates

Double Bent Housing

2.4 ft4.16 ft

Interchangeable

Bottom Bearing

Stabilizer

2 x .75° Bends for 1.5°

2 x .85° Bends for 1.7°

2 x 1.0° Bends for 2.0°

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Mechanical PDC Thrust Bearings

Hydraulic PDC Thrust Bearings

Frame Moving

DiscFixed

Disc

Spring

• PDC Thrust Bearings Support Axial Loads.

• Hydraulic bearings absorb internal thrust

• Mechanical bearings absorb WOB

Low friction diamond to diamond contact area.

Temperature and abrasion resistant.

(up to 600°F)

PDC Thrust Bearing

Assembly



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Lower Radial Bearing

Intermediate Radial Bearings

• Radial Bearings

2 types HNBR Elastomer and Metallic

Elastomer are used up to 375° F and in WBM applications

Metallic’s are used for high temperatures and OBM applicationsRadial Bearings are used tokeep the shaft running concentric


FBS- Adjustable Bent Housing

- Settings Range - 0° to 1.5°

DLS capability is affected by the bent housing setting plus the stabilizer configuration


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TURBINA Ø BENT-HOUSING Angulo DOGLEG SEVERITY (grados/100’)

9 ½’’

0.85° 4°

1.00° 5°

1.15° 6°

6 5/8’’

0.75° 4°

1.00° 6°

1.25° 8°

4 3/4’’

1.00° 8°

1.25° 10°

1.50° 12°

3 3/8’’ 1.00° 17°

Normalmente menos de la mitad del Requerido por Los Motores de fondo

Turbinas Direccionales

Capacidad Direccional

Brocas para Turbinas

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Diamante Sintético

Térmicamente Estable (TSP)

Estructura de Cortes

Impregnación con

Diamante Natural o Sintético

Diamante Natural

Brocas Impregnadas con Diamante Natural

o Sintético y/o con Insertos Impregnados

para Formaciones con intercalaciones


Exposición 5mm Inserto Longitud total 16mm

Altura de la aleta 20 mm

Exposición del Insertos hacia la Formación

Insertos con Diamante Impregnado

•Mayor altura de la aleta por la adición de los Insertos infiltrados

Los Insertos Infiltrados se mantienen expuestos mas tiempo sobre la

aleta principal para una mayor ROP en LutitasInsertos Infiltrados

Insertos

Cortadores PDC

Brocas Impregnadas con Diamante Natural o Sintético


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Broca Hibrida (PDC, TSP, Material Impregnado)

Impregnado de

Diamante


Mecha Híbrida (PDC con Matriz Impregnada)


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Aplicaciones con Turbina

• Formaciones de mediana dureza a duras

• Pozo Vertical – Mantener inclinación

• Pozo Direccional – Construir ángulo hasta 90°

• Pozo o Sección Horizontal

• ‘Side Track’ en Hueco Abierto

• Pozo con alta temperatura de fondo + de 240 C

• Pozos con desgaste severo de la tubería / BHA

• Aplicaciones con mechas Impregnadas / Hibridas

• Aplicaciones con PDC y turbina

• Aplicaciones UBD y Coiled Tubing

• ‘Re-entries’/’Remedials’

Aplicaciones de las Turbinas

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Turbina con taladros con - de 1500 HP

LIMITACIONES

• Presión STAND PIPE, ΔP Turbina: 1600psi

•Profundidad del hoyo mayor a 13000’

Flujo Alto

Alta Potencia

Alta Temperatura

Mechas Triconicas

Mechas Impregnadas

Mechas PDC

Form. Blandas

Form. Duras

Trab. Direccional

Larga Vida

Grandes Hoyos

Hoyos medianos

Hoyos Pequeños

Alto Torque

Motor

Turbina

Turbina

Motor

Turbina

Motor

Turbina

Ambos

Motor

Turbina

Ambos

Turbina

Motor

Ambos

Aplicaciones

Turbina vs. Motor de Fondo


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Perforando con Broca PDC


Motor de Fondo perforando con broca

PDC de 06 aletas, cortadores de 13 mm

y calibre corto.

Desgaste IADC: 4-4-BT-A-X-IN-CT-DTF

Turbina perforando con broca PDC de 6

aletas, cortadores de 13 mm y calibre

extendido. Desgaste: 1-1-WT-A-X-IN-NO-TD

Perforando con Broca PDC

Turbinas vs. Motores de Fondo

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Beneficios con la Turboperforación

BHA y Trayectoria de la Mecha durante la Perforación

Péndulo Liso Empacado (turbina)

Trayectoria del Centro del Hoyo

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Hi Speed Low Torque

PDMTurbodrill

360°

180°

90°270°

AZIMUTH

ON BOTTOM

Fluctuating

Torque

N

AZIMUTH

180°

270°

360°

90°

N

Reactive

Torque

180°

60°

Low Speed High Torque

Tool Face con Turbina

• Control direccional suave, sin tool face errático al acercarse al stall (torque reactivo)

• Orientación de Tool face sencilla

• Reducción de tiempos de levantar tubería para reorientar herramienta

Comparación de Torque Reactivo

Turbodrilling in 8½ section.

• Completed Build with 6⅝

Turbine & drilled tangent to

casing point - one run with

PDC bit

Turbodrilling in 6½ section.

• Drilled out shoetrack and

entire reservoir section to TD

–in one run

•World record of 4317 ft

Side-tracked in open-hole

• Same BHA - No Trips

•KO with max DLS=10.5°

Tru

e V

ert

ica

l D

ep

th (

ft)

Lateral#1

TD@16025ftMD

Lateral#2

TD@14200ftMD

7”Lnr

9⅝”Csg

Open Hole Side Track

@8º/100’

Openhole Side-Tracking

Perforación Horizontal

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‘Steering’ or Straight-Hole Vertical TurboDrilling

Some FACTS:

Turbodrills utilize ‘packed’ stabilization

configurations.

High RPM’s plus low WOB turbodrilling

parameters make for a natural

dropping tendency.

Low WOB and packed stabilizers stop

the tool from ‘Bellying’ in the well bore

and producing angle.

Formation Dip issues? – use Steerable

turbodrill configurations

Steerable turbodrills use lower bend

angle due to superior toolface control.

(Sketches Not to scale)

Ste

era

ble

FB

S-T

1

Str

aig

ht-

Ho

le B

SA

-T2

Aplicaciones Verticales

AZIMUTH

0 100 200 300

INCLINATION

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700

2800

2900

3000

0 1 2 3 4 5

DLS

0 1 2 3 4 5

Predictable Directional Tendency

Turbine BHA:

Maintained Inclination

between 0 & 0.5 Deg.

Over 1050 meters

drilled in 491hrs

Ro

tary

BH

A

Ro

tary

Ste

era

ble

Vert

icality

BH

ATu

rbo

Dri

ll B

HA

Country: Canada

Hole Size: 12 ¼”

Turbine Type: 9 ½” FBS-T1 Mk2

Bend Angle: 0.5º

Pozo Vertical

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• Reduce tortuosidad, mejorando la calidad del hoyo perforado

• La tortuosidad del pozo tiene efecto negativo en la toma de registros y

cementación

• Corridas de revestidores sin contratiempos, etc.

• Datos de registros de imagen muestran menos tortuosidad.

Mejor calidad de pozo, mejora valores de Torque y Arrastre observados

Perfil del hoyo perforado con Motor de

fondo + PDC (gauge corto) o triconica

Perfil del hoyo perforado con Turbina

+ PDC (gauge extendido)

Calidad del Hoyo

Calidad del Hoyo

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Unstabilised (Slick) Assemblies can allow excessive lateral

movement of the bit which can lead to very poor hole quality &

spiralling

Stabilised Turbodrill with Long Gauge Box Connection Bit

minimises lateral movement resulting in superior hole quality

and minimal risk of problematic spiralling

Calidad del Hoyo

TurboDrilled Hole

7430-17490ftMD

Previous Drilled Hole

15150-15220ftMD

BP-Colombia

Niscota

Calidad del Hoyo

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Sistema de Liberación

Muchas Gracias

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