MX2010009656A

MX2010009656A - Monitoreo de condiciones del fondo del pozo con sistema de medición distribuida de sarta de perforación.

Info

Publication number: MX2010009656A
Application number: MX2010009656A
Authority: MX
Inventors: Maximo Hernandez
Original assignee: Intelliserv Int Holding Ltd
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2010-12-21
Also published as: RU2613374C2; BRPI0908566B1; WO2009111412A2; AU2009222010B2; AU2009222010A1; BRPI0908566A2; CA2717593C; US8636060B2; WO2009111412A3; RU2015105531A; EP2260176B1; EP2260176A2; RU2010137427A; EP2260176A4; US20090166031A1; CA2717593A1

Abstract

Un método de monitoreo de las condiciones del fondo del pozo en una perforación incluye recibir datos de los sensores a través de una red de nodos provista en posiciones seleccionadas en una sarta de perforación dispuesta en la perforación. Se hace una inferencia sobre la condición en el fondo del pozo a partir de los datos de los sensores. Se realiza una determinación respecto a si la condición en el fondo del pozo coincide con una condición predeterminada del fondo del pozo dentro de un margen de tolerancia establecida. Al menos un parámetro que afecta a la condición en el fondo del pozo se ajusta selectivamente si la condición en el fondo del pozo no coincide con la condición predeterminada del fondo del pozo dentro del margen de tolerancia establecida.

Description

MONI OREO DE CONDICIONES DEL FONDO DEL POZO CON SISTEMA DE MEDICIÓN DISTRIBUIDA DE SARTA DE PERFORACIÓN CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se refiere en general a lás operaciones de perforación y, más particularmente, a las técnicas de medición distribuida del subsuelo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los operadores de perforación lógicamente necesitan la mayor cantidad de información posible sob e las características de la formación y el pozo durante la perforación de un pozo para la seguridad y los cájculos de las reservas. Si surgen problemas durante la perforación, las interrupciones de menor importancia pueden ser costosas para superar y, en algunos casos, representar un riesgo para la seguridad. Dado qJe lis condiciones económicas actuales ofrecen poco margen de error y costo, los operadores de perforación tienen jin fuerte incentivo para entender completamente! las características del fondo del pozo y evitar interrupciones .

La recopilación de información del fondo del pozo puede ser un reto, particularmente porqjie el ambiente del fondo del pozo es duro, siempre cambiante, de monítoreo de las condiciones del fondo del pozo en una i ¡ perforación que penetra una formación subterráneja . El método comprende la colocación de una sarta de elementos i i tubulares conectados en un pozo, en donde la sarta de elementos tubulares forma una red electromagnética en el fondo del pozo que proporciona una ruta de la j señ¡al electromagnética. El método incluye recibir los datos de seleccionada en el pozo y datos de sensores recopi1ladois por un segundo sensor en una segunda posición en la sarta de elementos tubulares cuando el segundo sensor está e'n la primera profundidad seleccionada, la primera posición está axialmente separada de la segunda posición ¡ a ]Jo largo de la sarta de elementos tubulares. (i) Recibir datos de sensores comprende recibir datos de sensores recopilados. (j) Datos de sensores recopilados por el primer i sensor y el segundo sensor se refieren a un perfil de calibrador del pozo en la primera profundidad seleccionada . (k) La recepción de datos de sensores se produce a intervalos de tiempo seleccionados. (1) La recepción de datos de sensorés s precedida por el envío de uno o varios comandos a uno o mas sensores través de la red electromagnética del fondo del pozo para medir una o más condiciones del fondo del pozo. (m) La condición del fondo del pozo jes la estabilidad dinámica de la sarta de elementos tubulares.

I i (m.l) Ajustar selectivamente por lo menos un parámetro comprende accionar un dispositivo de contrapeso para contrarrestar la armonía seleccionada en la sairta ¡de elementos tubulares. ! invención .

Figura 4A es un esquema de un si de perforación de acuerdo con aspectos de la invención.

La Figura 4B es una gráfica de presiórji ddl fondo del pozo durante el bombeo, de acuerdo con aspectos de la invención, La Figura 4C es una gráfica de presión del fondo del pozo sin bombeo, de acuerdo con aspectos |de la invención .

La Figura 5A es un esquema de una ¡unión substituta con estabilizador variable en modo retraído, de acuerdo con aspectos de la invención.

La Figura 5B es un esquema de una ¡unión substituta con estabilizador variable en modo extendido, de acuerdo con aspectos de la invención La Figura 5C es un esquema de un mecanismo para accionar el estabilizador variable de las Figuras) 5A 5B, de acuerdo con aspectos de la invención, La Figura 6 es un esquema de un sistema de perforación y gráficas de presión del fondo del pozo, de i i acuerdo con aspectos de la invención. i I La Figura 7 es un diagrama de flujo ¡de un i i proceso de análisis /control de la presión del fondo del pozo, de acuerdo con aspectos de la invención. ¡ La Figura 8A es un esquema de una unión substituta con limitadores variables en el modo retraído, de acuerdo con aspectos de la invención.

La Figura 8B es un esquema de una unión substituta con limitadores variables en el modo extendido, de acuerdo con aspectos de la invención.

La Figura 8C es un esquema de un mecanismo para i ! accionar el estabilizador variable de las Figuras j 8A |y 8B, de acuerdo con aspectos de la invención. j J La Figura 9 es un diagrama de flujo ele un proceso de análisis/control de la presión del fondo del ! pozo, de acuerdo con aspectos de la invención. I Las Figuras 10A-10C ilustran gráficas de mediciones diferenciales de acuerdo con aspectos de la i invención .

Las Figuras 11A-11E ilustran gráficas mediciones de frecuencia de acuerdo con aspectos i de invención .

La Figura 12A es un esquema de un sistema de perforación con un sistema de contrapeso, de acuerdo c'on aspectos de la invención. | | La Figura 12B es un esquema de un dispqsit o de peso giratorio de acuerdo con aspectos la invención .

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La Figura ilustra una operación ide perforación (10) en la cual un pozo (36) está siendo separado) . Para los propósitos de esta descripción, el termino "sensores" se entiende que comprende las fuentes (para emitir/transmitir energía/señales), receptores (para recibir/detectar energía/señales), y transductores (para operar ya sea como fuente/receptor) . Los conectorés (34) representan conectorés de unión de tubería de perforación, mientras que los conectorés (32) conectan ¿n nodo (30) a una unión de tubería de perforación superior e inferior.

Los nodos (30) comprenden una porción dje una red electromagnética del fondo del pozo (46)j que proporciona una ruta de la señal electromagnética que se utiliza para transmitir información a lo largo ¡de la sarta de perforación (12). La red del fondo del pozo (45) por lo tanto puede incluir múltiples nodos (30) ubicados a lo largo de la sarta de perforación (12) . Se pueden i usar enlaces de comunicación (48) para conectar losj nodos i (30) entre sí, y pueden comprender cables u otros medios de transmisión integrados directamente en las secjcionjes de la sarta de perforación (12). El cable puede s|er enrutado a través de la perforación central de laj sarta J de perforación (12), o enrutarse externamente a la| sarta i de perforación 12, o montarse dentro de una hendidura, i ranura o pasillo en la sarta de perforación (12) . e preferencia las señales de la pluralidad de sensores en el conjunto de sensores (38) y otros lugares a lo largo de la sarta de perforación (12) se transmiten la superficie (26) a través de ún conductor cableado (¿ 8) lo largo de la sarta de perforación (12) . Los enlaces de comunicación entre los nodos (30) también pueden utilizar conexiones inalámbricas.

Se puede utilizar una pluralidad de paquetes para transmitir información a lo largo de los nodos (30j . Los paquetes pueden ser utilizados para llevar datos I desde las herramientas o sensores situados en el fond Io del pozo hacia un nodo en la parte superior del pozo (30) , o pueden llevar información o datos necesariosj paiira operar la red (46) . Otros paquetes pueden utilizarse para enviar señales de control desde el nodo superior (30) hacia herramientas o sensores ubicados en dife entes posiciones del fondo del pozo. Más detalles con respecto a los nodos, una red, y paquetes de datos, adecuados se describen en la Patente de los Estados Unidos No. 7,207, 396 (Hall et al., 2007) , cuya exposición íntej !gra jIse considera forma parte de la presente, como referencia, j Con' respecto a la Figura 2, varios tipos ¡de I ! sensores (40) se pueden emplear a lo largo de la sarta jde perforación (12) en aspectos de la presente invejnciójn, que incluyen sin limitación, resistividad espaciada axialmente, calibración, acústica, resistencia de lias rocas' (sónica), sensores de presión, sensores eje temperatura, dispositivos sísmicos, indicadores de tensión, inclinómetros, magnetómetros , acelerómétros, flexión, vibración, neutrones, rayos gamma, gravímetros, sensores de rotación, sensores de velocidad de flujo, etc. Los sensores que miden condiciones que lógicamente han experimentado cambios significativos con el tiempo, proporcionan información particularmente valiosa para el operador de la perforación. Por ejemplo, el calibrador o la configuración de la sección transversal de un pozo a una profundidad particular pueden cambiar duranjte La operación de perforación debido a la estabilidad jde la formación y a las condiciones de lavado de fluidos. El área expuesta de una formación que define el pozo puejde tender a absorber los fluidos en el pozo y por lo tan'to también puede cambiar con el tiempo, particularmente si pozo perdió el equilibrio. Al proveer un sistema que permite un sensor transmitir a la superficie profundidad conocida sustancialmente en tiempo reajl, una característica particular del pozo o formación, ta|l como í el calibrador del pozo, y al proporcionar otro sensor que pueda proveer el mismo tipo de información sustancialmente a la misma profundidad con un sensor diferente conforme se perfora el pozo a más profundidad, i j el operador es capaz de comparar un perfil del calibrador sarta de perforación insertada en el pozo, y por lo | tanto la salida de los sensores (40) se puede correlacionar por la computadora (22) en función de su profundidad ¡en el pozo .

La información de la computadora en el sitio del pozo (22) se puede mostrar al operador de perforación ! ! en una pantalla en el sitio del pozo (24) . La información también se puede transmitir desde la computadora (22) otra computadora (23), ubicada en un sitio remoto del pozo, con esta computadora (23) que permite a jin individuo en la oficina remota del pozo revisar la salida de datos por los sensores (40) . Aunque sólo algunos sensores (40) se muestran en las figuras, los expertos en la técnica entenderán que se puede disponer un mayor número de sensores a lo largo de una sarta de perforación cuando se perfora un pozo bastante profundo, y que j todos los sensores asociados con cualquier nodo en particular se pueden alojar dentro o anexarse al nodo (30), d mojdo que una variedad de sensores en lugar de un solo jSens r se asociará con ese nodo en particular. J La Figura 3 representa una gráfica d'e las características de información detectadas del fondo del pozo numeradas 1 y 2, cada una trazada en función j de !la profundidad, y también trazada en función del momento en que se realizan las mediciones. Para la caracter|í stilca #1, el paso 1 se produce primero, el paso 2 se produce mas tarde, y el paso 3 se produce después del paso| ¡2. EIl área representada por la referencia (60) muestra la diferencia en las mediciones entre los pasos 1 y 2 , mientras que el área representada por (62) representa u a diferencia en las mediciones entre los pasos 2 y ¡3. La señal fuerte en la profundidad (DI) para el primer paso es, por lo tanto, nueva y se reduce aún más para e paso 2 y el paso 3. Para la característica #2, el área (6jl) representa la diferencia entre la señal del paso J y la I señal del paso 2, y el área (66) representa la diferenciIa entre las señales del paso 2 y el paso 3. ParJ esjta característica de información de la perforación, la intensidad de la señal aumenta entre el paso 1 yj 2, aumenta adicionalmente entre el paso 2 y 3.

Los expertos en la técnica se darán cuenta que se pueden emplear diversas formas de marcas para diferenciar un primer paso de un segundo paso, y un segundo paso de un paso posterior, y que viendo la diferencia de área bajo la curva de las señaljes de diferentes pasos es sólo una forma de determinar la característica deseada de la perforación o formación Suponiendo que la característica #2 es el tamaño ¡ de Ha perforación o pozo, el operador puede suponer que (por lo tanto, a una profundidad poco por encima cié la sarta de perforación (12). BHPd representa la presión dinámica del fondo del pozo. PHs representa la priesióIn hidrostática teórica. Pi es la presión dentro de la sarta de perforación (12), y PQ es la presión fuera de la sarta de perforación (12). La diferencia entre Pi y P0 es la pérdida o reducción de presión. Cuando las operaciones de perforación se detienen (por ejemplo, | para agregar/eliminar un elemento tubular o cualquier! otra razón que incluya fallas), el sistema hidráulico interno y externo a la sarta (12) se estabilizará a las curvas ele Presión Hidrostática como se muestra en la Figura C . En ese momento, la presión interna o Pi de la tubería jde perforación es equivalente a cero en la superficie, |ya que la conexión de la bomba se retira. I Los estados descritos anteriormente ocurren |en cualquier momento en el proceso de perforación. |E1 continuo cambio de presión en el fondo del pozo ¡ejerce una fuerza en la roca de la formación en el fondo y a lo largo de la perforación, que depende del peso deL lodo, la velocidad de flujo y el área de flujo total | en lia i barrena de perforación (16). Esta presión interactúa con las rocas de la formación que en algunos casos pueden ser afectadas, ya sea mecánicamente si la presión en el fondo del pozo está más allá o por debajo de los límites de ! la resistencia característica de la roca. Estos límites l se ; I I (110) es no, es decir, que el limitador de área que Ha l alcanzado la posición de apertura máxima no és él i i limitador de área más alta, entonces el Algoritmo I ' envía J un comando para enfocarse en el siguiente limitador de área (118) y aumentar la presión en el limitador de área i i (120) . El Algoritmo I regresa al paso (106) para determinar si el aumento de la presión ha resuelto el I i problema o si se requiere un aumento adicional de la presión en el limitador de área. Este proceso ha sido j I descrito anteriormente. Si en el paso (106) la respuesta I es no, es decir, la presión más inferior no es menor que i ! la presión deseada, el Algoritmo I activa una rutina de disminución de la presión (122), que se resume 'en 'la ? i Figura 9 y se describirá a continuación. i j i ¡ Otro caso, cuando la presión del fondo del pozo I i es más alta, generalmente es causada por una combinación del peso del lodo (densidad) , velocidad de flujo del loldo y otros factores. Otro aspecto de la invención se muestra en las Figuras 8A-8C. En este aspecto, se implementa u'na unión substituía del controlador de área de flujo interno (70) con uno o varios limitadores variables internds (74) controlados por los elementos electrónicos (90),, los pistones (91), los acumuladores de presión (92), las I válvulas (93), (94), el área de neutralización para leí ¡ I flujo descendente (95), y componentes adicionales I i ! ! ¡ I incorporados en la tubería, similares al aspecto ;de la I I Figura 5C. La Figura 8A muestra la unión substituta del controlador (70) con los limitadores (74) en un¡ mocio i retraído, que proporcionan un área de flujo del orificio i í de la tubería interna (A) sin limitación. La Figura 8B muestra los limitadores (74) en un modo extendido, lo qüe reduce el área de flujo del orificio interno d'e tal I ¡ manera que Aip < A debido a los limitadores1 (7 ) extendidos. La tubería (12) puede ser configurada con cualquier número (por ejemplo, 1, 2, 3, etc1. ) de limitadores extensibles (74) y otros aspectos puedén incluir una combinación de limitadores intern s fij os/extensibles (no se muestran) como se deseé. Los I i aspectos también se pueden configurar con limit,adorjes (74) que pueden ser graduados individualmente. 'La i I activación del limitador o limitadores (74) se i puede I I controlar manualmente o automáticamente a través ; de jla red (46) . Los aspectos controlador (70) se programación adecuada, indicado en la Figura 9. La activación de los limitadores (74) proporciona una forma de aumentar/disminuir el flujo i I a través de la tubería (12), lo que incrementa/reduce |la presión del fondo del pozo como se desee. ' 1 i j En referencia a la Figura 9, el Algoritmo :II (inteligencia artificial) como se conoce en la técnica. Tales implementaciones pueden implicar un proceso de aprendizaje del fondo del pozo. Estas mediciones proporcionan una manera de identificar la armonía !de ía sarta de perforación, la acumulación/liberació;n de energía a lo largo de la sarta, y permiten aplicar técnicas de estabilización/compensación. ¡ j Otro aspecto de la invención implica él análisis de frecuencia en las mediciones de presión , í diferencial desde dentro y fuera de la tubería (12), que i ' pueden obtenerse con los sensores distribuidos (40) . Las í i Figuras 11A-11E muestran un aspecto de la invención que I ofrece el análisis en un proceso de agrupación de eventos , í en frecuencias y amplitudes para ayudar en la identificación y diagnóstico. La Figura 11 muestra una gráfica de la presión interna versus el tiempo para una pluralidad de mediciones de sensores, en donde el nodol o enlace 4 está abajo en el pozo con relación a la posicijón del enlace 1. La Figura 11B muestra una gráfica ( de la presión externa versus el tiempo para una pluralidad de mediciones de sensores, en donde el enlace 4 está abajo l en el pozo con relación a la posición del enlace 1. El objetivo es encontrar eventos de comportamiento en la sarta de perforación que afecten a las condiciones ideales de distribución de la presión dentro/ fuera ; de 'la ! I instrucciones puede ser "código objeto", es decir, jen forma binaria que sea ejecutable más o menos directjamenjte instrucciones aquí son irrelevantes. Aspectos de la invención también se pueden configurar para realizar las funciones descritas de cómputo/automatización en el fondo del pozo (a través de hardware/software apropiado implementado en la red/sarta) , en la superficie, en combinación, y/o remotamente a través de enlaces i i inalámbricos vinculados a la red (46) . ¡ I Mientras que la presente descripción presenta i I aspectos específicos de la invención, numerosas I j modificaciones y variaciones serán evidentes para los ! ! expertos en la técnica después de estudiajr la descripción, que incluye el uso de sustjitutjos equivalentes funcionales y/o estructurales para los elementos descritos en la presente. Por ejemplo, los aspectos de la invención también se pueden implementar para la operación en combinación con otros sistemas de telemetría conocidos (por ejemplo, el pulso dej lodo, fibra óptica, sistemas cableados, etc.) Las técnicas descritas no se limitan a un determinado tipo de ¡medilos i í de transferencia u operación en el subsuelo. Por ejemplo, los aspectos de la invención son muy apropiados p ra operaciones tales como entrada al sistema mientras se perfora/medición mientras se perfora (LWD/MWD, pbr sus siglas en inglés), entrada al sistema mientras se viaja, operaciones marítimas, etc. Todas las variaciones similares, evidentes para aquellos expertos en la técnica ! ! se consideran dentro del alcance de la invención tal como se define por las reivindicaciones anexas.

Claims

comprende comandar selectivamente al menos un dispositivo del fondo del pozo a través de la red electromagnética del fondo del pozo para ajustar al menos un parámetró. 4. El método según la reivindicación 1, en donde el ajustar selectivamente por lo menos un parámetro comprende ajustar selectivamente al menos un parámetro desde afuera de la perforación. j 5. El método según la reivindicación jl, en donde el recibir datos de sensores comprende recibir datos de uno o más primeros sensores configurados para medir las condiciones del fondo del pozo| que probablemente van a cambiar sustancialmente con el tiempo. j? j1 6. El método según la reivindicación |5, en donde el recibir datos de sensores comprende 'además recibir datos de uno o más segundos sensores configuradas para medir la profundidad de la sarta de elejmentjos tubulares conectados en la perforación conforme se¡ miden ! las condiciones del fondo del pozo. | i 7. El método según la reivindicación | 6, |en donde hacer una inferencia acerca de la condiciónj en el fondo del pozo comprende correlacionar la porción ¡de los datos de los sensores de uno o más primeros sensores a jla porción de los datos de los sensores desde uno j o más segundos sensores. I 8. El método según la reivindicación 1, en ¡ i donde el recibir datos de los sensores comprende recibir datos de los sensores de uno o más sensores de presión I dispuestos en diferentes posiciones a lo largo de lIa sarta de elementos tubulares conectados. 9. El método según la reivindicación 8, en donde el hacer una inferencia acerca de la condición en el fondo del pozo comprende generar una curia de gradiente de presión utilizando los datos dé los sensores . I 10. El método según la reivindicación ¡9, en donde el ajustar selectivamente por lo menos un parámetro comprende ajustar por lo menos un parámetro si laj curva de gradiente de presión no coincide con un gradiente de presión predeterminada dentro de un margen de tolerancjia establecida . i 11. El método según la reivindicación 10, en donde el ajustar selectivamente por lo menos un parjámetro comprende ajustar la distribución de presión a lo' largo de la perforación para alterar la densidad de circulación equivalente aparente. ¡ 12. El método según la reivindicación 10, |en donde el ajustar selectivamente por lo menos un parámetro comprende uno de (i) activar y controlar uno o varios limitadores de flujo variable para restringir el flujo |en recopilados por un segundo sensor en una segunda posición en la sarta de elementos tubulares cuando el segundo ! ! sensor está en la primera profundidad seleccionada, estando la primera posición axialmente separada de la segunda posición a lo largo de la sarta de elementos tubulares. j 16. El método según la reivindicación 1Í5, en donde los datos de los sensores recopilados por el primer sensor y el segundo sensor se refieren a un perfil de calibrador del pozo en la primera profundidad seleccionada. j 17. El método según la reivindicación ¡1, jen donde el recibir datos de los sensores se produce í intervalos de tiempo seleccionados. i 18. El método según la reivindicación !l, ien donde el recibir datos de los sensores es precedido por el envió de uno o varios comandos a uno o más sensores través de la red electromagnética del fondo del pozjo pa'ra medir una o más condiciones del fondo del pozo. j j 19. El método según la reivindicación I 1, jen donde la condición en el fondo del pozo es la estabilidad dinámica de la sarta de elementos tubulares. ! j ! 20. El método según la reivindicación 19, ¡en donde el ajusfar selectivamente por lo menos un parámelro comprende accionar un dispositivo de contrapeso para ? 48 I contrarrestar la armonía seleccionada en la sarjta le elementos tubulares. j 1 21. El método según la reivindicación 19, en donde por lo menos un parámetro es un parámetro de entrada para la sarta de elementos tubulares ! ! seleccionados del grupo formado por la velocidad de flujo, el peso sobre la barrena y la velocidad de rotación .