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8/18/2019 Drilling Dynamics Sensors Opt Br Spanish
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Sensores y optimización dela dinámica de perforaciónMediciones precisas y en tiempo real
para una perforación productiva
Riesgo bajo
Riesgo medio
Riesgo elevado
Riesgo grave
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Sensores y optimización de la dinámica de perforación
■ Reduzca los impactos.
■ Optimice la tasa de penetració
■ Maximice el desempeño
del trépano.
■ Evite costos por pérdidas en el
pozo y tiempo improductivo.
■ Prevenga arremetidas y fractur
■ Acelere el inicio de la producci
Los sensores de dinámica de perforación de Schlumberger miden
vibraciones e impactos, peso y torque en el trépano, presión y
temperatura anulares, y diámetro del pozo. Esto permite optimizar
los parámetros de la perforación y minimizar el riesgo de fatiga en
la sarta, viajes prematuros por fallas, tuberías atascadas, arremetidas y
pérdidas de circulación.
Datos de impactos en tiempo realLas herramientas MWD y LWD y los sistemas rotativos orientables
PowerDrive* de Schlumberger ofrecen registros en tiempo real y con
memoria del nivel y la duración de los impactos que reciben en el fondo
(0 = sin impactos, 1 = impactos intermedios, 2 = impactos elevados,
y 3 = impactos intensos). Los impactos se clasifican en cantidad por
segundo (cps), impactos máximos e impactos acumulativos. El sistema de
telemetría PowerPulse* MWD y el servicio de telemetría de alta velocidad
durante la perforación TeleScope* registran la cantidad de impactos
superiores a 50 g por segundo como promedio variable durante un período
de 100 s, transmiten el dato como cps de impactos, y ayudan a definir el
nivel de riesgo (0, 1, 2 ó 3).
Nuestras herramientas miden también el movimiento a tirones, mediante
las variaciones en las rpm de la cupla de fondo durante un plazo específico.
La variación de fondo se compara con las rpm en superficie y se informan
como nivel de movimiento a tirones y riesgo 0, 1, 2 ó 3.
Estas mediciones de impactos y movimiento a tirones son datos básicos
que Schlumberger siempre brinda a sus ingenieros y clientes para detectar
impactos perjudiciales en la sarta de fondo, lo que permite solucionar el
problema y perforar con mayor eficiencia.
Los sensores de dinámica de
perforación de Schlumberger brindan
mediciones de fondo precisas y en
tiempo real, para perforar hasta la PTen menos tiempo.
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Mediciones en tiempo real para mejorar la eficiencia de la perforación
Profun-
didad,
pies
6.000
pies
6.500
pies
7.000
pies
Tasa de penetraciónpromedio en los
últimos 5 pies
pies/h0 500
Peso al trépanoen superficie
1.000 lbf0 0 050
Torque ensuperficie
1.000 pies.lbf 20 0
Pico delimpacto
gn 500
Velocidad rotacionalde la cupla
c/min 200
0
Indicador demovimiento a tirones
c/min 200
0
Velocidadrotacional
c/min 200
0
Vibración mediacuadrática transversal
Riesgo bajo
gn 10
Riesgo medio
Riesgo elevado
Riesgo grave
Los niveles de vibración
corresponden a la sarta
de fondo en rotacióncon remolineo
Los niveles de vibración se
mitigaron con éxito mediante
una modificación de las rpm
en superficie, y la sección
del pozo se completó demanera satisfactoria
La banda 5 de este registro de profundidad ofrece información del nivel de riesgo vibracional.
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Medición avanzada del movimiento a tirones
Todas las herramientas MWD de Schlumberger cuentan con una medición
avanzada, que se suma al método habitual de movimiento a tirones
de fondo, a fin de evaluar su gravedad. Esta avanzada medición es el
porcentaje de tiempo durante un ciclo de movimiento a tirones en que la
rotación de la sarta en el fondo es inferior a 5 rpm. La medición se divide en
cuatro niveles (0 = 0%, 1 = 1% a 24%, 2 = 25% a 49% y 3 = 50% o más).
Medición de impactos en cuatro ejes
El agregado de un bastidor de vibración modular (MVC) al sistema de telemetrí
PowerPulse MWD o al servicio de telemetría de alta velocidad durante la
perforación TeleScope brinda la medición instantánea de los impactos en
cuatro ejes, lo que permite analizar la dinámica de la sarta de perforación con
más detalle. Como el MVC es un componente integral, no se necesitan cuplas o
conexiones extra.
La medición del MVC alerta al perforador ante la presencia de movimientos
de fondo nocivos, como rebotes del trépano, movimientos a tirones y
remolineo, que, si no se detectan, pueden bajar la eficiencia, dañar el
trépano y fatigar la sarta de manera prematura. Normalmente, el MVC se
usa con una reducción con IWOB* (peso en el trépano integrado), que
aporta DWOB* (peso de fondo en el trépano) y DTOR* (torque de fondo en
el trépano). Esto permite regular el peso y el torque en el trépano, la
velocidad de rotación de la sarta y otros parámetros de perforación para
reducir los impactos de fondo detectados por el MVC, lo que mejora
considerablemente la tasa de penetración y prolonga la vida útil del
conjunto de fondo.
Las variaciones en las rpm de la cupla indican movimientos a tirones.
I m p a c t o s m a y
o r e s q u e 5 0 g n
Tiempo, s
0 100 180
Cps de impactosCps de impactos
Valor del movimiento a tirones
Rpm de fondo
T i e m p o ,
s
La cps de impactos indicada por nuestras herramientas MWD es un promedio dinámico.
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XX.320
XX.340
XX.360
XX.380
Profundidad,
pies
Tasa de
penetración
Peso al trépano en superficie
pies/h
lbf pies.lbf0
gn 400 ms 3.0000
040.000
Peso al trépano en el fondo
lbf00 50 40.000
Torque ensuperficie
20.000
pies.lbf0
Torque enel fondo
10.000
Vibración lateral
gn 100Vibración axial
gn 2000Pico del impacto
pies/s 3.0000
Vibración torsional
c/min 300100
Velocidad de rotación de fondode la sarta de perforación
Duración del impacto
Peso límite de
movimiento a tirones
Estas mediciones superficiales y de fondo se usaron para optimizar la perforación en un yacimiento de África Occidental.
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30
20
10
0
30
20
10
0
Tiempo, s
Peso promedio en el trépano = 6,7 tons
Peso promedio en el trépano = 6,5 tons
P e s o
e n
e l t r é p a n o ,
t o n s
P e s o
e n
e l t r é p a n o ,
t o n s
0 10 20 30 40 50
Tiempo, s
0 10 20 30 40 50
Las mediciones de fondo de IWOB permiten optimizar la tasa de penetración.
Un eje (el torque) se mide con medidores de esfuerzo. En los otros tres ejes
se miden los impactos axiales y radiales mediante tres acelerómetros
perpendiculares entre sí. Estos dispositivos están alineados axialmente con
el paquete de dirección e inclinación (D&I) en el centro de la cupla, para
garantizar que las mediciones de impactos representen con precisión la
vibración de la sarta de fondo. Como las mediciones de impactos están
alineadas con el eje de la sarta de fondo, el perforador puede detectar y
corregir las malas condiciones de perforación antes de que la sarta sufra
una fatiga desmedida.
Medición de peso y torque en el trépano
El tubo con IWOB (peso en el trépano integrado), un componente opcional
del sistema de telemetría PowerPulse MWD, brinda mediciones en tiempo
real del peso al trépano en el fondo (DWOB) y torque de fondo en el trépano
(DTOR). Estas mediciones dinámicas directas de la cantidad de peso en
superficie que se transfiere al trépano a través de la cupla PowerPulse, y
del torque generado por debajo de la cupla, permiten detectar problemas
de fondo, corregirlos o evitarlos, y optimizar la tasa de penetración.
Las mediciones de IWOB permiten distinguir los efectos en la sarta de
perforación (sarta de fondo que cuelga de salientes, coeficientes de
fricción elevados y remolineo) de los efectos en el trépano (movimiento a
tirones y conos bloqueados). Estas mediciones constantes del estado del
trépano permiten optimizar su utilización y eliminar viajes innecesarios
(para cambiar el trépano, porque el perforador no sabe si la menor
eficiencia se debe a su desgaste o a un cambio de litología). Al detectar
posibles bloqueos, las mediciones IWOB ayudan a evitar costos de
pérdidas en el pozo y tiempo improductivo, y permiten llegar a la etapa de
producción con más rapidez.
La medición avanzada muestra la duración del período de atasco durante un ciclode movimiento a tirones.
400
Tiempo, s
300
200
R p m d
e f o n d o
100
0
10 2 3 4 5 6 7
Rpm ensuperficie
Período con
rpm de fondo
menores que 5
Período con
rpm de fondo
mayores que 5
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Como el tubo IWOB está integrado a la cupla del PowerPulse, no hay
conexiones eléctricas ni cableados intermedios. El peso y torque en el
trépano se transmiten a la superficie en tiempo real mediante telemetría
MWD. El avanzado procesamiento de fondo permite interpretar con
precisión las vibraciones e identificar movimientos a tirones y otros
fenómenos. También es posible medir la magnitud cuadrática media de
la fluctuación de torque en el fondo en la herramienta MWD. Esto es una
valiosa indicación de ineficiencia en la perforación, y se usa para minimizar
el riesgo de roturas por torsión y para detectar remolineos y
otros mecanismos.
Las mediciones de fondo IWOB son muy útiles para optimizar la perforación
direccional con motores de lodo dirigibles. Las mediciones en tiempo real
mejoran la eficiencia de la perforación, al permitir corregir con rapidez los
problemas de lodo y de pozo (como acumulación de recortes, gelificación
del lodo y fricción), a fin de llegar a la PT antes y con menos daño en la sarta
de fondo.
Las mediciones IWOB eliminan gran parte de la conjeturas en ladeterminación de las fuerzas que actúan sobre la sarta de perforación.
Al combinar estas mediciones con otras de presión anular durante la
perforación (APWD*) y con el MVC de impactos en cuatro ejes se eliminan
automáticamente factores de interferencia tales como presión, temperatura
y curvado. La identificación rápida del origen de la ineficacia y de los
problemas potenciales permite corregirlos, y reducir costos y tiempo
improductivo.
En el DVD gratuito “Impactos y vibración”, de Schlumberger, se trata
la manera en que los impactos y la vibración disminuyen la tasa de
penetración y afectan los componentes de la sarta de fondo y la calidad
del pozo. Para encargarlo, póngase en contacto con su representante
local de Schlumberger.
Las mediciones de vibración torsional IWOB muestran la magnitud cuadráticamedia de la fluctuación de torque en el fondo.
T o r q u e e n e l f o n d o ,
i n s t a n t á n e o - m e d i o
Tiempo, s
Media cuadrática
Rotura por torsión (izquierda) y trépano dañado por impactos (derecha), causados por impactos y vibraciones.
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El aumento del peso al trépano en superficiereduce los impactos
Impactos lateraleselevados
El aumento del peso al trépano reduce los
impactos laterales
pies/h100
Tasa de penetración
pies0
0
500.000lbf100.000
Peso al gancho
piesProfundidad del trépano
150
Posición del conjunto
lbf0
Peso al trépano en superficie
lbf0
60.000
4 0400gn0
Vibración, eje X
60.000
Peso al trépano en el fondo
Vibración lateral
pies.lbf–10.000
4gn0
30.000
Torque en superficie pies.lbf0 4.000
Vibración torsional
c/min0 120
Velocidad derotación
superficial dela sarta deperforación
galUS/min0 1.200
Caudal total
c/min2.000 4.000
Rpm dela turbina,
tiempo real
pies.lbf–10.000 30.000
Torque en el fondo
DCE
psi/1.000 pies550
°C70 150
650
Temperatura anular
psi5.200 7.200
Presión anular
psi2.800 4.400
Presión del tubo vertical
Trépano en la marca inferior
El aumento del peso al trépano en superficieredujo los impactos laterales detectados por los sensores de fondo.
Estos ejemplos muestran cómo pueden mejorarse el rendimiento y la eficiencia de la perforación
integrando datos de nuestros sensores de fondo con mediciones superficiales.
Integración de mediciones de fondo y en superficie para optimizar la perforación
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I m p a c t o s m a y o r e s q u
e 5 0 g n
Tiempo, s
0 100 180
Cps de impactosCps de impactos
Dos intentos de reducir el remolineo de la sarta de fondo, separando el trépano delfondo para disipar energía, no tuvieron éxito porque la separación no se mantuvo lo
suficiente. Al tercer intento, el trépano se separó durante más tiempo, lo que redujolos impactos torsionales y laterales al reanudar la perforación.
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Medición de la presión anular durante la perforación
El sensor de presión anular durante la perforación (APWD) brinda lecturas
precisas y en tiempo real de la densidad equivalente de circulación (DEC),
la densidad estática equivalente (DEE) y la temperatura anular. Esto permite
optimizar la perforación y minimizar los riesgos, al mejorar las prácticas de
limpieza, estabilidad y control del pozo, y limitar ajustadamente la presión
anular en pozos cuyo margen entre el gradiente de fractura y la presión
poral es reducido.
Cuando las bombas funcionan y hay caudal de fluido de perforación, la
telemetría MWD transmite datos de APWD en tiempo real. Durante las
conexiones y pruebas de integridad de formación en las que el fluido queda
estático, en el fondo se registran las presiones mínima, máxima y promedio
y se transmiten a la superficie cuando se encienden las bombas.
En pozos desviados que exigen mucha perforación con deslizamiento,
y en pozos de gran alcance lateral y submarinos limitados por fricción y
decantación de barita, los sensores APWD cercanos al trépano pueden
identificar el aumento de DEC a causa de la acumulación de recortes
o por decantación de barita, pérdida de rotación o problemas hidráulicos.
Eso permite realizar correcciones antes de que ocurra una obstrucción
en la sarta.
Los sensores APWD cercanos al trépano detectan también las pequeñas
pérdidas o aumentos de fluido a medida que se producen. La detección
temprana ayuda a identificar posibles problemas de control del pozo antes
de observar influjos o pérdidas de circulación en superficie, y permite
mantener una sobrepresión ajustada para optimizar la tasa de penetración
sin comprometer la seguridad. Al detectar el efecto de una surgencia con
pistoneo en la DEC, estos sensores permiten optimizar las velocidades de
los viajes para prevenir influjos y fracturas.
Además, con las mediciones de APWD, el perforador puede distinguir
un influjo de fluido de formación del flujo inofensivo de lodo en el niple
campana, algo habitual cuando se detiene la circulación. Confundir el flujo
de lodo con un influjo causado por una mayor presión de la formación
puede provocar un aumento innecesario en la densidad del lodo, lo
que disminuye la tasa de penetración y puede generar una pérdida de
circulación.
Los sensores APWD se han integrado a muchas herramientas y sistemas
MWD y LWD de Schlumberger, algunos con un sensor de presión interna
además del sensor anular. Las mediciones de presión anular e interna, junto
con la deducción de torque y rpm del motor, permiten que el perforador
direccional vigile constantemente el rendimiento y el desgaste del motor,
lo que prolonga su vida útil al evitar bloqueos y optimizar los parámetros
operativos.
Las precisas mediciones del sensor
APWD permiten lo siguiente:■ Mantener la presión dentro de un ajustado
margen operativo.
■ Detectar rápidamente el flujo de aguas som
■ Optimizar los procedimientos de viajes.
■ Perforación desbalanceada.
■ Supervisar la decantación de barita.
■ Controlar el rendimiento del motor.
■ Realizar pruebas de integridad de la formac
■ Distinguir los influjos de los barridos.
■ Detectar arremetidas e influjos.
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Mediciones del calibre
Las mediciones ultrasónicas y eléctricas del calibre
durante la perforación no sólo son importantes para los
petrofísicos (para controlar la calidad del registro de
LWD), sino que pueden ser fundamentales también para
el éxito de la perforación. El análisis en tiempo real del
diámetro, en especial al combinarlo con mediciones de
APWD, puede detectar ensanchamientos y problemas
de limpieza y estabilidad del pozo.
Los sensores ultrasónicos de Schlumberger miden
la separación de manera precisa (hasta 3 pulgadas
más allá del portamechas) y en un amplio rango de
densidades de lodo y propiedades de la formación.
A medida que la sarta de perforación rota, estas
mediciones se toman acimutalmente y pueden
transmitirse por cuadrante, en tiempo real, para formar
imágenes calibradas. Las mediciones de separación
acimutal son útiles para comprender las respuestas de
densidad de interpretación, y para estimar el diámetro
promedio del pozo que se utilizará para corregir las
mediciones de porosidad con neutrones. Como control
de calidad del diámetro ultrasónico, puede usarse un
diámetro diferencial inferido de las mediciones
de densidad.
Nuestro diámetro eléctrico promediado acimutalmente
puede usarse para cuantificar ensanchamientos en
pozos grandes. Esta medición, disponible sólo en lodos
a base de agua con resistividad inferior a 0,5 ohm.m,
permite estimar diámetros de hasta 36 pulg., y tiene
una precisión mayor que 0,5 pulg. para la mayoría de
los rangos de resistividad de la formación. Como la
medición eléctrica promediada acimutalmente puede
usarse para estimar diámetros durante el viaje, ofrece
una instantánea en el tiempo de las condiciones
dinámicas del pozo. Es valiosa también para las
operaciones de cementación, ya que la información
del volumen total del pozo puede ser crucial para el
éxito de la tarea.
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Vibraciones: reconocerlos síntomas
Tratamientos convencionalesdurante la perforación
Vibraciones: reconocerlos síntomas
Tratamientos convencionalesdurante la perforación
Bloqueo de la tracciónsuperior
Mayor delta del torquesuperficial
Fluctuación de rpm/torque
Pérdida de orientación dela herramienta
Menor tasa de penetración
Sí
Sí
Sí
No
No
VIBRACIÓN TORSIONAL(movimiento a tirones)
MEDICIÓN O SÍNTOMASUPERFICIAL
Mayor delta del torquede fondo
Mayor aceleración torsional
Aumento en el indicadorde movimiento a tirones
Mayores rpm en la cupla defondo que en la superficie
Pérdida de datos/medicionesen tiempo real
Mayores impactos laterales
Mayor cantidadde impactos
MEDICIÓN DE FONDO
Cortadores/insertos dañados,usualmente en la puntay el cono
Conexiones ajustadas
en exceso
Desatornillados y socavones
Falla del BHA
EVIDENCIA POSTERIOR
Mayor torque superficialpromedio
Pérdida de orientación dela herramienta
Menor tasa de
penetración
Sí
Sí
Sí
No
No
Repetir tres veces,
a menos que se
exceda el peso
en la broca
Repetir tres veces,
a menos que se
exceda el peso
en la broca
¿Continúa la
vibración?
¿Continúa la
vibración?
VIBRACIÓN LATERAL(rotación vertiginosa de la broca/BHA)
MEDICIÓN O SÍNTOMASUPERFICIAL
Mayor torque promediode fondo
Impactos de fondo de altafrecuencia: 10 a 50 Hz
Mayores impactos laterales
Mayor aceleración torsionalPérdida de datos/medicionesen tiempo real
Mayor cantidad de impactos
MEDICIÓNDE FONDO
Cortadores/insertos dañados,usualmente en el arcéno los medidores
Cortadores PDC rotos
Híbridos (equivalentes) gastados,con mínimo desgastedel cortador
Agujeros de calibresagrandados
Desgaste unilateral enestabilizadores y BHA
Falla del BHA
EVIDENCIAPOSTERIOR
SEGUIRPERFORANDO
SEGUIRPERFORANDO
Tracción superior a toda marcha;confirmar que el torque suave sea operativo
Separar la sarta del
fondo y permitir que sedesenrolle
Reanudar la perforacióncon 70 rpm
Aumentar el peso en labroca hasta el valor
original
Aumentar las rpm hasta25% menos que el valor
original
Separar la sarta del
fondo y permitir que sedesenrolle
Reanudar la perforacióncon 70 rpm
Aumentar el peso en labroca hasta 25% menos
que el valor original
Llevar las rpmgradualmente hasta 15%más que el valor original
Separar la sarta del fondoy permitir que se
desenrolleReanudar la perforación
con 70 rpm
Aumentar un 10% el pesoen la broca
Aumentar las rpm hastael valor original
Disminuir 10%las rpm
Aumentar 10% elpeso en la broca
¿Continúa la
vibración?
¿Continúa lavibración?
Separar la sarta delfondo y permitir que se
desbobine
Reanudar laperforación con 10%
más rpm
Disminuir el peso en labroca un 15 a 20%
Disminuir 5% elpeso en la broca
Aumentar 10%las rpm
Estas tablas con flujos de trabajo contienen medidas correctivas que
pueden aplicarse para mitigar la vibración axial, lateral o torsional.
Flujo de trabajo para optimizar la perforación
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Impactos y movimiento a tirones de MWD
Medición Rango Resolución
Cantidad de impactos 0 a 255 cps 1 cps
Pico del impacto 0 a 1.020 gn 4 gn
Movimiento a tirones 0 a 381 rpm 3 rpm
Velocidad rotacional de la cupla 0 a 255 rpm 1 rpm
Riesgo de impacto y mov. a tirones 0 a 3 1
Medición del MVC Rango Resolución
Vibración media cuadrática axial del eje X 0 a 30,02 gn 0,125 gn
Vibración media cuadrática lateral del eje Y 0 a 60,08 gn 0,25 gn
Vibración media cuadrática lateral del eje Z 0 a 60,08 gn 0,25 gn
Vibración media cuadrática lateral 0 a 60,08 gn 0,25 gn
Vibración media cuadrática torsional 0 a 5.100 pies.lbf 5 pies.lbf
Nivel del pico de impacto 0 a 1.020 gn 4 gn
Duración del pico de impacto 0 a 20,5 ms 20 us
Sensor IWOB Peso en el trépano Torque
Rango de medición –65.000 a 190.000 lbf –8.000 a 15.000 pies.lbf
Resolución 500 lbf 90 pies.lbf
Precisión absoluta Ver tabla siguiente Ver tabla siguiente
Factor de escala 500 lbf/conteo 90 pies.lbf/conteo
Precisión absoluta estimada de IWOB†
Condiciones de fondo Error del peso al trépano Error en el torque
30.000 lbf en el trépano (error electrónico total) ± 2,85% (interferencia) ± 2,85%
5.000 pies.lbf de torque (interferencia) ± 1.410 lbf (error electrónico total) ± 25 pies.lbf
Diferencial de presión ± 50 psi‡ ± 885 lbf ± 7 pies.lbf
Incremento angular ± 15° §
(deslizamiento, peor orientación posible) ± 3.330 lbf ± 438 pies.lbf
Presión hidrostática 150 lbf/1.000 psi 5 pies.lbf/1,000 psi
Temperatura 41 lbf/ºF 4 pies.lbf/ºF
† La precisión depende de las desviaciones de las condiciones del pozo (peso al trépano aplicado, torque de servicio, incremento angular deslizante,
presión hidrostática y temperatura) respecto de los valores correspondientes en el último punto de reinicio en el fondo.
‡ El efecto del diferencial de presión (ΔP) es eliminado por el software de superficie en base a la presión del tubo vertical.
§ El error debido a la pata de perro se produce cuando la herramienta MWD está en modo deslizamiento. En modo rotativo,
este error desaparece gracias al filtrado de datos.
Especificaciones
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Sensores APWD (servicio multifunción LWD EcoScope, herramientas de resistividad
compensada arcVISION* o servicio TeleScope)
Resolución 1 psi
Precisión 0 a 0,1% de la escala completa
Rangos disponibles 0 a 5.000 psi
0 a 10.000 psi
0 a 20.000 psi
Resolución de la temperatura anular 1 ºC
Precisión de la temperatura anular 1 ºC
Tasa de registro mínimo: 4 s; promedio: 2 s
Tasa en tiempo real programable; normalmente cada 80 s a 12 Hz - 3 bps
Diámetro ultrasónico (servicio EcoScope o herramientas neutrónicas de densidad acimutal adnVISION*
)Frecuencia 250 kHz
Rango de separación 3 pulg. con densidad de lodo máxima de 10 lb/gal. EE. UU. y densidades
de formación superiores a 2,2 g/cm3
1 pulg. con densidad de lodo máxima de 16 lb/gal. EE. UU. y densidades
de formación superiores a 2,5 g/cm3
Precisión Tiempo de tránsito ± 1,5 ms (± 0,1 pulg. en agua)
Frecuencia 670 kHz
Rango de separación 2 pulg. con densidad de lodo máxima de 10 lb/gal. EE. UU. y densidades
de formación superiores a 2,2 g/cm3
1 pulg. con densidad de lodo máxima de 13 lb/gal. EE. UU. y densidades
de formación superiores a 2,5 g/cm3
Precisión Tiempo de tránsito ± 1,5 ms (± 0,1 pulg. en agua)
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