La circolazione continua dei fluidi di perforazione offre molti vantaggi, tra cui il controllo della pressione di fondo pozzo abbinata ad un miglioramento della pulizia e della stabilità del foro. Nell’attuale scenario in cui versa il mercato petrolifero, queste caratteristiche diventano requisiti fondamentali per la sicurezza del personale, l’efficienza operativa e la riduzione dei costi, in particolare in ambienti di perforazione con margini molto stretti con profondità d’acqua sempre più estreme, e situazioni di pozzo caratterizzate da alta pressione ed alta temperatura.
La tecnologia HoD (Heart of Drilling – Cuore della Perforazione) è un sistema avanzato per la circolazione continua, sviluppato e brevettato da Drillmec, dove un sistema di controllo automatizzato provvede alla commutazione della circolazione dei fanghi tra la testa motrice dell’impianto (top drive) ed una apertura laterale integrata in ciascuna valvola (sub) montata in cima alle lunghezze di perforazione prima di iniziare la fase di perforazione. Una chiave completamente automatica e comandata in remoto provvede all’apertura e alla chiusura della porta laterale integrata nei sub, con un’operazione che non prevede alcuna azione manuali.
Quando una nuova lunghezza viene aggiunta alla stringa di perforazione, un sub montato sulla lunghezza già forata, e in pozzo, è posizionato in corrispondenza della tavola rotary e la chiave automatica, che collega una linea di flusso laterale, viene ingaggiata al sub. Una volta che le morse idrauliche di bloccaggio della chiave sono saldamente collegate al sub, il personale del piano sonda può allontanarsi dall’area maggiormente esposta a rischi, delimitata con perimetro di colore rosso, e gestire il resto della sequenza operativa da un pannello di controllo remoto. Agendo sui comandi della chiave dal pannello di controllo, l’operatore apre il tappo esterno dell’apertura laterale del sub, che rimane all’interno della chiave per tutta la durante della sequenza operativa. Quando il sistema di controllo conferma lo stato di apertura del tappo esterno, il flusso del fango di perforazione può essere indirizzato dal top drive all’apertura laterale presente nel sub prima di svitare il top drive dalla stringa di perforazione; dopo aver aggiunto una nuova lunghezza di perforazione, il flusso di fango può essere reindirizzato al top drive. La portata di fanghi di perforazione verso il pozzo rimane sempre costante durante l’intera sequenza di connessione, mantenendo così una condizione dinamica in pozzo caratterizzata da una pressione costante a fondo pozzo e pulizia continua della batteria di perforazione (BHA – Bottom Hole Assembly). Il sistema di circolazione continuo HoD può essere utilizzato sia durante le fasi di perforazione che nelle fasi di manovra.
Alcune importanti considerazioni fatte durante il processo di progettazione hanno privilegiato elevati standard di sicurezza per il personale e l’apparecchiatura, la facilità di integrazione negli impianti di perforazione in operazione e la capacità di ridurre al minimo i tempi di inattività attraverso l’integrazione di un sistema di gestione della manutenzione nel sistemi di controllo.
Tutti i componenti del sistema HoD sono progettati secondo gli standard API applicabili per una pressione di esercizio di 7.500 psi e una portata massima, durante la connessione, di 1.000 gpm. Il design dell’apertura laterale del sub garantisce una doppia barriera di sicurezza tra la pressione all’interno della batteria di perforazione e l’esterno durante le operazioni di connessione sul piano sonda e in pozzo. Entrambe le barriere sono indipendenti e sono state testate ad una volta e mezza la pressione di esercizio.
Il sistema è progettato per essere integrato negli impianti a terra e a mare, con il manifold che gestisce il flusso dei fanghi, la centralina idraulica ed il sistema di controllo integrati nello stesso telaio avente un ingombro ridotto. Questa caratteristica assicura una completa flessibilità durante l’installazione, operazioni di montaggio sicure e veloci senza la necessità di costose modifiche al circuito fanghi dell’impianto di perforazione. Il layout tipico di installazione isola il manifold dal sistema di pompaggio durante la fasi di perforazione. Di conseguenza, le perdite di carico aggiunte al circuito del fango sono ridotte al minimo e la durata delle valvole presenti nel manifold dei fanghi può essere aumentata drasticamente. Inoltre, con il manifold dei fanghi non pressurizzato durante la perforazione, è possibile eseguire controlli di routine ed interventi di manutenzione, evitando fermi impianto del sistema.
Le operazioni durante la connessione sono controllate completamente attraverso computer da un’area sicura sul piano sonda oppure direttamente dalla cabina del perforatore. L’intervento umano è necessario esclusivamente per ingaggiare e rimuovere la chiave automatica, ma la chiave stessa ed il flessibile ad essa collegata non sono pressurizzati durante tale operazioni. Per impianti Drillmec di nuova concezione, nei quali il sistema di circolazione continua HoD può essere integrato direttamente nel sistema fango, è stato sviluppato anche un sistema di movimentazione completamente automatizzato per la chiave.
Il software di gestione consente un completo controllo remoto delle sequenze operative, oltre a fornire in tempo reale lo stato di ciascun componente del sistema sul pannello di controllo remoto. La sequenza di connessione può essere eseguita con una routine completamente automatizzata oppure semi-automatica. In entrambi i casi, il sistema di controllo acquisisce e elabora segnali provenienti dai sensori integrati nei componenti principali del sistema, riducendo gli errori umani con messaggi di testo ed allarmi. Il software include anche un sistema di gestione della manutenzione computerizzata CMMS “Computerized Maintenance Management System” che aiuta a mantenere un data base storico dei parametri di funzionamento di ciascun componente del sistema, pianificare e monitorare le attività di manutenzione e a gestire i rapporti sulle operazioni. Il database per la manutenzione è accessibile anche da remoto.
Dopo aver completato con successo programmi rigorosi di test idrostatici e funzionali, il sistema di circolazione continua HoD ha recentemente completato un’applicazione in campo in un pozzo profondo per il confinamento di un giacimento a terra in Europa. In particolare, il sistema di circolazione continuo HoD® è stato utilizzato per eseguire la perforazione della fase da 12 pollici e 1/4 con l’obiettivo di mantenere costante la pressione in condizioni dinamiche (ECD “equivalent circulation density”) durante le connessioni, migliorare la pulizia della batteria di perforazione e del foro e la sua stabilità durante le fasi di perforazione e durante l’estrazione della batteria dal pozzo. Per questa applicazione sono stati progettati e costruiti “sub” ad hoc per ambienti acidi contenenti H2S, caratterizzati da elevate proprietà meccaniche di resistenza a trazione e torsione.
L’intero pacchetto HoD ha mostrato ottimi risultati in termini di funzionalità e affidabilità dei componenti in condizioni di lavoro estreme e caratterizzate da fanghi ad alto peso specifico e parametri idraulici elevati. Le connessioni in circolazione continua sono state effettuate in completa sicurezza con una pressione massima al manifold di sonda dell’impianto di 4.200 psi ed una portata massima di 750 gpm.
