Simulation de système pour l'optimisation de la télémétrie Mud-Pulse
La simulation de systèmes dans Ansys Twinbuilder permet d'optimiser la génération d'impulsions pour les outils de forage contrôlables. Pour cela, le comportement couplé des composants mécaniques et hydrauliques de la boue de forage est analysé dans différentes conditions d'utilisation.
Résumé
Tâche
Scientific Drilling développe des outils de forage contrôlables qui peuvent communiquer avec des installations à la surface du sol pendant le processus de forage via des impulsions de pression dans la boue de forage. Une unité de vanne hydraulique et mécanique sert de pièce maîtresse. Afin d'augmenter le débit de données, les influences sur les impulsions de pression sont étudiées à l'aide de simulations.
Solution
L'étude des impulsions de pression nécessite une analyse du comportement du système à différents débits volumétriques en fonction de la puissance de pompage et de la profondeur de forage. Pour cela, il est nécessaire de disposer de modèles permettant de caractériser les vannes indépendamment du débit. Ceci peut être réalisé en utilisant les composants Modelica.
Avantages clients
La simulation du système a permis d'étudier différents processus dynamiques pour la génération de l'impulsion de pression. Cela a permis d'élargir la compréhension du système et les résultats de la simulation ont également servi à identifier d'autres potentiels d'amélioration.
Lors de l'exploitation de gisements de pétrole brut et de gaz naturel, le contrôle du déroulement du forage joue un rôle décisif dans sa productivité ultérieure (voir également le Journal CADFEM 2/2019, "Systematically Drilled"). À cette fin, Scientific Drilling développe sur le site de Celle des outils de forage orientables, qui peuvent communiquer avec des systèmes à la surface du sol en utilisant des impulsions de pression dans le fluide de forage pendant le processus de forage (mud pulse ou télémétrie MP). Une unité de valve hydraulique-mécanique constitue le cœur de cette technologie.
Le débit de données des systèmes actuels de télémétrie MP est limité et trop faible pour les quantités croissantes de données qui doivent être transmises sur de plus grandes distances dans des intervalles de temps de plus en plus courts. Afin d'augmenter le débit de données, les différentes influences sur les impulsions de pression - telles que les débits volumiques et les propriétés des vannes - doivent être examinées dans une simulation de système.
Étant donné que les essais de stabilité des différentes plates-formes et des profils de sous-structure ont été réalisés à l'aide de modèles virtuels et sans prototypes réels, la sélection des constructions appropriées a pu être effectuée sans grand effort et dans un délai raisonnable. Outre une réduction significative du temps de développement, des économies supplémentaires pourraient être réalisées pour les outils d'extrusion. Désormais, un seul outil est nécessaire pour la conception à l'aide de la simulation. Les prototypes réels fabriqués à grands frais pour des essais techniques peuvent être largement éliminés.
Dans le cadre de la simulation du système avec Ansys Twinbuilder, la génération d'impulsions, c'est-à-dire le comportement couplé des composants mécaniques et hydrauliques, a été examinée. À cette fin, les valves pour la génération d'impulsions de pression ont été caractérisées à l'aide de plusieurs analyses CFD avec Ansys Fluent. De cette manière, les pertes de pression ont pu être déterminées en fonction de la position de la vanne pour un débit volumique sélectionné et mises à disposition pour la simulation du système.
Cependant, l'examen des impulsions de pression nécessite une analyse du comportement du système avec différents débits volumiques en fonction de la capacité de pompage et de la profondeur de forage. Afin de réduire le nombre d'analyses CFD nécessaires, le modèle du système a été adapté avec des éléments de la bibliothèque standard Modelica, ce qui a permis une caractérisation des valves indépendante du débit volumique. Ainsi, les résultats de la simulation numérique peuvent être complétés par l'approche analytique des composants Modelica afin de représenter une large gamme de conditions de fonctionnement avec un faible effort numérique.
