Cavo wireline per servizio in ambiente acido

Nella costruzione sour service descritta, una lega resistente alla corrosione sostituisce l’armatura in acciaio zincato del cavo da logging convenzionale e il rame nichelato sostituisce il rame nudo. Tutto il resto — la doppia armatura contro-elicoidale, l’isolamento in fluoropolimero, la geometria — resta invariato.

L’idrogeno solforato, in presenza di acqua e delle condizioni di esercizio pertinenti, può favorire corrosione e infragilimento da idrogeno. Il deterioramento dello zinco e dei fili d’armatura può provocare rotture durante il recupero. Un cavo apparentemente integro dopo un intervento sour non è quindi automaticamente riutilizzabile; un cedimento può causare la perdita della stringa di strumenti.

Una soglia va applicata nel relativo campo normativo e ambientale. NACE MR0175 / ISO 15156 riporta criteri di scelta dei materiali in presenza di una pressione parziale di H₂S da 0.05 psia (0.3 kPa), nel campo applicabile. Per il calcolo, la concentrazione di H₂S in ppm si moltiplica per la pressione assoluta di fondo in psi e si divide per un milione. Da 0.05 occorre la valutazione dei materiali prevista per il servizio sour; il solo valore non decide l’idoneità di ogni armatura zincata. La scheda Norme illustra il calcolo e l’errore dovuto all’omissione del divisore.

L’armatura in lega è prevista in tre qualità — S75 nichel-cromo, S77 nichel-ferro e MP35N cobalto-nichel-cromo-molibdeno — in quattro diametri da 7/32″ a 5/16″. Nelle costruzioni confrontate diminuisce il carico di rottura e la resistenza DC dell’armatura aumenta da quattro a sei volte. Questo conta quando l’armatura funge da conduttore di ritorno. Entrambi gli effetti sono riportati nella scheda Dati tecnici.

Inviare un'analisi aggiornata del fluido, la pressione di fondo pozzo e la temperatura — gli stessi tre valori che guidano la scelta dei materiali in ogni altro punto della nostra cavo per petrolio e gas gamma. Senza l’analisi del fluido, anche noi non possiamo formulare una raccomandazione affidabile sui materiali del cavo.

Costruzione

Le tre leghe d’armatura

Il solo tenore di ferro non determina la resistenza alla corrosione. H₂S attacca il ferro; meno ferro contiene l’armatura, meno ce n’è da attaccare. MP35N è quasi privo di ferro, ed è per questo che sopravvive a condizioni che eliminano gli altri.

Conduttore nichelato

Le costruzioni sour qui descritte utilizzano rame nichelato al posto del rame nudo. Durante l’esercizio, l’armatura può danneggiare l’isolamento per compressione. Una perdita può consentire l’ingresso di fluido ed esporre il conduttore di rame a H₂S lungo tutta la lunghezza allagata — non in un solo punto. La nichelatura fa guadagnare il tempo per accorgersene.

Isolamento

Doppio strato FEP/ETFE a 260 °C su tutte le costruzioni sour: il FEP svolge la funzione dielettrica, la pelle in ETFE è rivolta verso l’armatura e assorbe lo schiacciamento. Per pozzi più caldi di 260 °C vedere il cavo wireline per alte temperature pagina.

Caratteristiche di base invariate — e una differenza

Secondo i dati di confronto, numero e diametro dei fili e OD finito corrispondono alla versione zincata della stessa misura — 12 fili interni e 18 esterni, stessa geometria di cordatura. Confermare l’idoneità a tamburi e pulegge esistenti mediante disegno approvato e dati di esercizio.

Il conduttore presenta differenze. Su due delle quattro dimensioni la costruzione in lega impiega un conduttore diverso da quella zincata: il 7/32″ passa da 16 AWG a 19 fili a 18 AWG a 7 fili, e il 9/32″ da 15 AWG a 16 AWG. La resistenza del conduttore aumenta di conseguenza — da 13.1 a 22.0 Ω/km sul 7/32″. È riportato nella tabella delle specifiche, ma è facile non notarlo quando si confrontano i gradi di armatura dando per scontato che il resto del cavo sia rimasto invariato.

Applicazioni

Pozzi di gas e petrolio sour, oltre a pozzi ricchi di CO₂, con meccanismi di corrosione differenti che richiedono comunque valutazione.

Cosa un’armatura in lega non migliora automaticamente

Non aumenta la classe di temperatura — questo è compito dell’isolamento. Non rende il cavo più resistente; lo rende più debole. E non elimina la necessità di lavare e ispezionare il cavo dopo una corsa in ambiente sour.

Dati tecnici

Costruzioni con armatura in lega per misura

Tutte le costruzioni: isolamento FEP/ETFE, 260 °C, resistenza di isolamento minima 457 MΩ·km, stesso diametro esterno e stesso diametro minimo della puleggia del cavo zincato di quella misura.

Effetti del cambio: prima la resistenza meccanica

Ricalcolare stringa di strumenti e carico ammissibile prima del primo intervento sour. Una perdita di resistenza del 18 % su 9/32″ riduce il margine disponibile — non va considerata già assorbita senza ricalcolare carichi e sicurezza.

Effetti del cambio: l’armatura come conduttore di ritorno

Nelle costruzioni confrontate, l’armatura in lega presenta una resistenza DC da quattro a sei volte quella zincata. Nel sistema monoconduttore descritto, l’armatura porta tutta la corrente di ritorno. È questo il numero che sorprende le persone, perché nessuno pensa all'armatura come a un elemento del circuito finché la telemetria non comincia a dare problemi.

Esempio su una tratta da 5,000 m di cavo 1/4″: la resistenza di anello è la somma di conduttore e armatura:

Una resistenza di anello tripla produce una caduta di tensione tripla a parità di corrente dello strumento. Verificare margine dell’alimentazione di superficie e bilancio di telemetria prima dell’ordine — uno strumento alimentato correttamente dal cavo zincato può ricevere tensione insufficiente con la versione in lega.

Norme e selezione

Soglia e relativo campo normativo

NACE MR0175 / ISO 15156 riporta criteri di scelta dei materiali in presenza di una pressione parziale di H₂S con pressione parziale da 0.05 psia (0.3 kPa) nella fase gassosa, nel campo applicabile. La pressione parziale è la frazione molare moltiplicata per la pressione totale assoluta:

Esempio applicativo

Esempio con pressione assoluta di fondo di 4,000 psi e 50 ppm di H₂S: (50 ÷ 1,000,000) × 4,000 = 0.20 psia. Quattro volte la soglia — armatura in lega. Gli stessi 50 ppm in un pozzo da 500 psi danno 0.025 psia, sotto la soglia, e un’armatura zincata con adeguata ingrassatura è difendibile. Per la pressione parziale servono insieme concentrazione e pressione assoluta; la scelta del materiale considera anche altri fattori ambientali.

Avvertenza sulla formula abbreviata

La formula abbreviata “ppm × psi ≥ 0.05, evitare l’armatura zincata” omette il fattore di conversione di un milione — sarebbe già soddisfatta con 1 ppm a 1 psi. La ÷ 1,000,000 è il passaggio di conversione mancante. Ripristina il calcolo della pressione parziale; vanno comunque verificati tutti i requisiti normativi relativi a materiali e ambiente.

CO₂

Un’altra regola empirica citata dalla fonte riguarda la CO₂ : concentrazione percentuale convertita in frazione × pressione assoluta di fondo in psi; la fonte cita circa 130 psia di CO₂ come pressione parziale indicativa. La CO₂ in presenza di acqua può causare perdita di metallo e altre forme di corrosione — la gravità dipende dall’ambiente; non implica danni generalmente meno critici o sempre prevedibili.

Norme

Domande frequenti

Quale qualità serve — S75, S77 o MP35N?

S75 per condizioni sour moderate e CO₂. S77 può essere valutato per condizioni più aggressive sulla base dell’analisi del fluido; MP35N in presenza di corrosività elevata e stringa di strumenti pesante. La fonte gli attribuisce la maggiore resistenza residua tra le tre leghe confrontate. Scegliere in base a limiti ambientali qualificati, carico ammissibile e durata prevista.

Posso continuare a usare il cavo zincato aumentando la lubrificazione?

La lubrificazione adeguata fa parte del piano di protezione e manutenzione. Sotto la soglia NACE citata non sostituisce la verifica di idoneità; sopra di essa non rende ammissibile un materiale inadatto. L’infragilimento da idrogeno può svilupparsi all’interno del filo e non equivale alla ruggine superficiale.

Perché il segnale è peggiorato con il cavo in lega?

Una possibile causa è la maggiore resistenza di anello — l’armatura in lega confrontata ha una resistenza da quattro a sei volte quella zincata e costituisce il ritorno nel sistema monoconduttore descritto. Verificare anche alimentazione, connessioni e telemetria. Vedere la tabella nella scheda Dati tecnici.

Il cavo richiede un trattamento diverso dopo un intervento sour?

Pulire secondo la procedura approvata. L’armatura in lega resiste meglio alla corrosione, ma non ne è immune; il fluido intrappolato può continuare ad agire tra gli interventi. Pulire, asciugare e ispezionare — le stesse operazioni di base richieste per un cavo wireline monoconduttore convenzionale , adeguate all’aggressività effettiva dell’ambiente.

Quali dati servono per un preventivo?

Un’analisi aggiornata del fluido con H₂S e CO₂ in ppm o percentuale, pressione e temperatura di fondo, profondità e peso della stringa di strumenti. Senza analisi del fluido non è possibile una scelta affidabile dei materiali.