MX2011011468A - Modelo de choque producido por perforacion de pozo. - Google Patents

Abstract

Un método para utilizar un modelo de choque para predicción de efectos de perforación puede incluir grabar mediciones de los efectos de perforación en una cadena de perforación real en una perforación de pozo, ajustar el modelo de choque de manera que las predicciones de los efectos de perforación emitidos por el modelo de choque coincidan sustancialmente con las mediciones de los efectos de perforación, y ocasionar que el modelo de choque ajustado pronostique los efectos de perforación para una cadena de perforación propuesta; un método para predecir efectos de perforación en una cadena de perforación en una perforación de pozo puede incluir ingresar un modelo de pozo tridimensional y un modelo tridimensional de la cadena de perforación en un modelo de choque, y ocasionar que el modelo de choque pronostique los efectos de perforación en la cadena de perforación.

Description

MODELADO DE CHOQUE PRODUCIDO POR PERFORACION DE POZO CAMPO DE LA INVENCION La presente descripción se refiere generalmente a equipo utilizado y operaciones ejecutadas en conjunto con un pozo subterráneo y, en una modalidad aquí descrita, de forma más particular permite el modelado de choque producido por la perforación de pozo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Se han hecho intentos por modelar los efectos del choque debido a la perforación. Seria deseable poder predecir el choque a causa de la perforación, por ejemplo, para evitar la descolocación de un obturador de producción, para evitar la falla de un cuerpo de pistola de perforación, y de otra forma para evitar o al menos reducir el daño a diversos componentes de una cadena de perforación.

Infortunadamente, los modelos de choque pasados no han podido predecir los efectos del choque en las direcciones axial, de flexión y torsión, y aplicar estos efectos de choque a estructuras tridimensionales, prediciendo asi tensiones en componentes particulares de la cadena de perforación. Un obstáculo para el desarrollo de dicho modelo de choque ha sido la falta de mediciones satisfactorias de las deformaciones, cargas, tensiones, presiones y/o aceleraciones, etcétera producidas por la perforación. Dichas mediciones pueden ser útiles en la verificación de un modelo de choque y refinamiento de su resultado.

Por lo tanto, se apreciará que se necesitan mejoras en la técnica. Estas mejoras se pueden utilizar, por ejemplo, en el diseño de nuevos componentes de cadena de perforación los cuales de manera adecuada se configuran para las condiciones que se experimentarán en situaciones de perforación reales, y para evitar el daño a cualquier equipo.

SUMARIO DE LA INVENCION Al llevar a cabo los principios de la presente divulgación, se proporciona un método el cual aporta mejoras a la técnica de predecir el choque producido por la perforación de pozos. Un ejemplo se describe a continuación en el cual el método es utilizado para ajusfar predicciones hechas por un modelo de choque a fin de realizar las predicciones más precisas. A continuación se describe otro ejemplo en el cual el modelo de choque es utilizado para optimizar un diseño de una cadena de perforación.

La siguiente divulgación proporciona un método para utilizar un modelo de choque para la predicción de efectos de perforación. En un ejemplo, el método puede incluir registrar las mediciones de los efectos de perforación sobre una cadena de perforación real en una perforación de pozo; ajusfar el modelo de choque de manera que las predicciones de los efectos de perforación emitidas por el modelo de choque coincidan sustancialmente con las mediciones de los efectos de perforación; y ocasionar que el modelo de choque ajustado prediga los efectos de perforación para una cadena de perforación propuesta.

A continuación también se describe un método para predecir los efectos de perforación sobre una cadena de perforación en una perforación de pozo. El método puede incluir ingresar un modelo de pozo tridimensional y un modelo tridimensional de la cadena de perforación en un modelo de choque; y ocasionar que el modelo de choque prediga los efectos de perforación sobre la cadena de perforación.

Estas y otras características, ventajas y beneficios serán aparentes para aquellos expertos en la técnica al momento de una consideración cuidadosa de la descripción detallada de las modalidades representativas de la siguiente divulgación y las figuras acompañantes, en donde elementos similares quedan indicados en las diversas figuras utilizando los mismos números de referencia.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista en sección transversal parcial esquemática de un sistema de pozo y método asociado el cual puede incorporar principios de la presente divulgación .

Las figuras 2-5 son vistas esquemáticas de una herramienta de detección de choque que se puede utilizar en el sistema y método de la figura 1.

Las figuras 6-8 son vistas esquemáticas de otra configuración de la herramienta de detección de choque.

La figura 9 es un gráfico de flujo esquemático para el método.

La figura 10 es un diagrama en bloques esquemático de un modelo de choque, junto con sus entradas y salidas.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION En la figura 1 se ilustra de manera representativa un sistema de pozo 10 y método asociado el cual puede incorporar principios de la presente divulgación. En el sistema de pozo 10, una cadena de perforación 12 es instalada en una perforación de pozo 14. La cadena de perforación 12 mostrada incluye un obturador 16, una cabeza de encendido 18, pistolas de perforación 20 y herramientas de detección de choque 22.

En otros ejemplos, la cadena de perforación 12 puede incluir una cantidad mayor o menor de estos componentes. Por ejemplo, se pueden proporcionar pantallas de pozo y/o equipo de empaque de grava, se puede proporcionar cualquier número (incluyendo una) de las pistolas de perforación 20 y herramientas de detección de choque 22, etcétera. Por lo tanto, se debería entender de forma clara que el sistema de pozo 10, tal como se muestra en la figura 1, es simplemente un ejemplo de una amplia variedad de sistemas de pozo posibles que pueden incorporar los principios de esta divulgación.

Un modelo de choque puede utilizar un modelo tridimensional de la cadena de perforación 12 y perforación de pozo 14 para modelar de forma realista el comportamiento físico del sistema 10 durante un evento de perforación. De preferencia, el modelo de choque pronosticará al menos una carga de flexión, torsión y axial, así como el movimiento en todas las direcciones (movimiento tridimensional). El método puede incluir predicciones de contacto y fricción de entubado, y las cargas que resultan de esto.

En un ejemplo preferido, modelos detallados de elementos finitos de los componentes de la cadena de perforación 12 permiten una predicción de fidelidad superior de las tensiones en los componentes. La dinámica de la presión de la perforación de pozo y la comunicación con una formación también se pueden incorporar en el modelo.

El modelo de choque de preferencia es calibrado utilizando cargas y aceleraciones reales de la cadena de perforación, asi como presiones de la perforación de pozo, recolectadas a partir de una o más de las herramientas de detección de choque 22. Las mediciones tomadas por las herramientas de detección de choque 22 se pueden utilizar para verificar las predicciones hechas por el modelo de choque, y para realizar ajustes al modelo de choque, de manera que predicciones futuras sean más precisas.

La herramienta de detección de choque 22 puede ser tal como se describió en la solicitud de patente internacional titulada "Detección de choque durante la perforación del pozo", presentada en la misma fecha con la misma. Esa solicitud de patente divulga que las herramientas de detección de choque 22 pueden estar interconectadas en diversas ubicaciones a lo largo de la cadena de perforación 12.

Una ventaja de interconectar las herramientas de detección de choque 22 por debajo del obturador 16 y en proximidad estrecha a las pistolas de perforación 20 es que se pueden obtener mediciones más precisas de la deformación y aceleración en las pistolas de perforación. Los sensores de presión y temperatura de las herramientas de detección de choque 22 también pueden detectar condiciones en la perforación de pozo 14 en proximidad estrecha a las perforaciones 24 inmediatamente después que se forman las perforaciones, facilitando asi un análisis más preciso de las características de una formación terrestre 26 penetrada por las perforaciones.

Una herramienta de detección de choque 22 interconectada entre el obturador 16 y la pistola de perforación superior 20 puede registrar los efectos de perforar en la cadena de perforación 12 por arriba de las pistolas de perforación. Esta información puede ser útil para evitar la descolocación u otro daño al obturador 16, cabeza de encendido 18, etcétera, debido a la detonación de las pistolas de perforación 20 en diseños futuros.

Una herramienta de detección de choque 22 interconectada entre las pistolas de perforación 20 puede registrar los efectos de perforar en las pistolas de perforación mismas. Esta información puede ser útil para evitar el daño a componentes de las pistolas de perforación 20 en diseños futuros.

Una herramienta de detección de choque 22 puede estar conectada por debajo de la pistola de perforación inferior 20, si así se desea, para registrar los efectos de la perforación en esta ubicación. En otros ejemplos, la cadena de perforación 12 podría ser enchufada en una cadena de completación inferior, conectada a un tapón de detención u obturador en el extremo inferior de la cadena de perforación, etcétera, en cuyo caso la información registrada por la herramienta de detección de choque 22 inferior podría ser útil para evitar el daño a estos componentes en diseños futuros .

Visto como un sistema completo, la colocación de las herramientas de detección de choque 22 longitudinalmente separadas a lo largo de la cadena de perforación 12 permite la adquisición de datos en diversos puntos en el sistema, lo cual puede ser útil para validar un modelo del sistema. Por lo tanto, la recolección de datos por arriba, entre y debajo de las pistolas, por ejemplo, puede ayudar a entender el evento de perforación general y sus efectos sobre el sistema como un todo.

La información obtenida por las herramientas de detección de choque 22 no solamente es útil para diseños futuros, sino que también puede ser útil para diseños actuales, por ejemplo, en análisis de post-trabaj o, prueba de formación, etcétera. Las aplicaciones para la información obtenida para las herramientas de detección de choque 22 no se limitan en lo absoluto a los ejemplos específicos aquí descritos.

Haciendo referencia adicionalmente ahora a las figuras 2-5, se ilustra de forma representativa un ejemplo de la herramienta de detección de choque 22. Tal como se muestra en la figura 2, la herramienta de detección de choqué 22 es proporcionada con conectores de extremo 28 (tal como, conectores de pistola de perforación, etcétera) para interconectar la herramienta en la cadena de perforación 12 en el sistema de pozo 10. No obstante, se pueden utilizar otros tipos de conectores, y la herramienta 22 puede ser utilizada en otras cadenas de perforación y en otros sistemas de pozo, siempre y cuando se mantenga con los principios de esta divulgación.

En la figura 3 se ilustra de manera representativa una vista en sección transversal de la herramienta de detección de choque 22. En esta vista, se puede observar que la herramienta 22 incluye una variedad de sensores, y un tren de detonación 30 que se extiende a través del interior de la herramienta .

El tren de detonación 30 puede transferir detonación entre pistolas de perforación 20, entre una cabeza de encendido (que no se muestra) y una pistola de perforación, y/o entre cualesquiera otros componentes explosivos en la cadena de perforación 12. En el ejemplo de las figuras 2-5, el tren de detonación 30 incluye un cordón de detonación 32 y detonadores de explosivos 34, pero se pueden utilizar otros componentes si asi se desea.

Se puede utilizar uno o más sensores de presión 36 para detectar la presión en pistolas de perforación, cabezas de encendido, etcétera, unidos a los conectores 28. Dichos sensores de presión 36 de preferencia están reforzados (por ejemplo, para soportar ~ 20000 g de aceleración) y tienen la capacidad para un ancho de banda alto (por ejemplo, >20 kHz) . Los sensores de presión 36 de preferencia tienen la capacidad para detectar hasta -60 ksi (-414 MPa) y soportar -175 grados C. Por supuesto, se pueden utilizar sensores de presión que tengan otras especificaciones si asi se desea.

Los sensores de deformación 38 están unidos- a una superficie interior de una estructura generalmente tubular 40 interconectada entre los conectores 28. La estructura 40 de preferencia es de presión equilibrada, es decir, con sustancialmente ningún diferencial de presión aplicado a través de la estructura.

En particular, los puertos 42 son proporcionados para ecualizar la presión entre un interior y un exterior de la estructura 40. Al ecualizar la presión a través de la estructura 40, las mediciones del sensor de deformación 38 no se ven influenciadas por algún diferencial de presión a través de la estructura antes, durante o después de la detonación de las pistolas de perforación 20.

Los sensores de deformación 38 de preferencia son medidores de deformación tipo alambre de resistencia, aunque se pueden utilizar otros tipos de sensores de deformación (por ejemplo, piezoeléctricos, piezorresistivos , de fibra óptica, etcétera), si asi se desea. En este ejemplo, los sensores de deformación 38 están montados a una tira (tal como una tira KAPTON (TM) ) para alineación precisa, y después son adheridos al interior de la estructura 40.

De preferencia se utilizan cuatro ' puentes Wheatstone completos, con sensores de deformación orientados a 0 y 90 grados opuestos que se utilizan para detectar la deformación axial y de flexión, y medidores de +/- 45 grados son utilizados para detectar la deformación por torsión.

Los sensores de deformación 38 pueden ser hechos de un material (tal como una aleación KARMA (TM) ) la cual proporciona compensación térmica y permite la operación hasta a ~150 grados C. Por supuesto, se puede utilizar cualquier tipo o número de sensores de deformación que mantengan los principios de esta divulgación.

Los sensores de deformación 38 de preferencia son utilizados en una manera similar a aquélla de una celda de carga o sensor de carga. Un objetivo es que todas las cargas en la cadena de perforación 12 pasen a través de la estructura 40 la cual es instrumentada con los sensores 38.

El hecho de que la estructura 40 tenga una presión de fluido equilibrada permite que las cargas (por ejemplo, axial, de flexión y torsión) sean medidas por los sensores 38, sin la influencia de un diferencial de presión a través de la estructura. Además, el cordón de detonación 32 está alojado en una tubería 33 que no está asegurada de manera rígida en uno o ambos de sus extremos, de manera que no comparte cargas con, o imparte alguna carga a, la estructura 40.

Se puede utilizar un sensor de temperatura 44 (tal como un termistor, termoacoplador , etcétera) para monitorear la temperatura externa a la herramienta. Las mediciones de temperatura pueden ser útiles para evaluar las características de la formación 26, y cualquier fluido producido a partir de la formación, inmediatamente después de la detonación de las pistolas de perforación 20. De preferencia, el sensor de temperatura 44 tiene la capacidad para mediciones precisas de alta resolución de temperaturas hasta los ~170 grados C.

Se puede incluir otro sensor de temperatura (que no se muestra) con un paquete de circuitos electrónicos 46 colocado en una cámara aislada 48 de la herramienta 22. De esta manera, se puede monitorear la temperatura dentro de la herramienta 22, por ejemplo, para propósitos de diagnóstico o para compensación térmica de otros sensores (por ejemplo, para corregir errores en el rendimiento del sensor con relación a un cambio de temperatura) . Dicho sensor de temperatura en la cámara 48 no necesariamente necesitaría la alta resolución, la capacidad de respuesta o la habilidad para rastrear cambios en temperatura rápidamente en el fluido de la perforación de pozo del otro sensor de temperatura 44.

El paquete de circuitos electrónicos 46 está conectado al menos a los sensores de deformación 38 a través de agujeros de alimentación de aislamiento de presión o conectores de mamparo 50. También se pueden utilizar conectores similares para conectar otros sensores al paquete de circuitos electrónicos 46. Se pueden utilizar baterías 52 y/u otra fuente de potencia para proporcionar potencia eléctrica al paquete de circuitos electrónicos 46.

El paquete de circuitos electrónicos 46 y las baterías 52 de preferencia están reforzados y montados en choque en una manera que les permite soportar cargas de choque con una aceleración hasta de ~10000 g. Por ejemplo, el paquete de circuitos electrónicos 46 y las baterías 52 podrían ser encapsulados después del ensamble, etcétera.

En la figura 4 se pueden observar que cuatro de los conectores 50 están instalados en un mamparo 54 en un extremo de la estructura 40. Además, un sensor de presión 56, un sensor de temperatura 58 y un acelerómetro 60 de preferencia están montados al mamparo 54.

El sensor de presión 56 es utilizado para monitorear la presión externa a la herramienta 22, por ejemplo, en un anillo 62 formado radialmente entre la cadena de perforación 12 y la perforación de pozo 14 (ver figura 1) . El sensor de presión 56 puede ser similar a los sensores de presión 36 antes descritos. Un transductor de presión conveniente es el Kulite modelo HKM-15-500.

El sensor de temperatura 58 se puede utilizar para monitorear la temperatura dentro de la herramienta 22. Este sensor de temperatura 58 se puede utilizar en lugar de, o además del sensor de temperatura antes descrito como incluido con el paquete de circuitos electrónicos 46.

El acelerómetro 60 de preferencia es un acelerómetro tipo piezorresistivo, aunque se pueden utilizar otros tipos de acelerómetros si asi se desea. Acelerómetros convenientes están disponibles de Endevco y PCB (tales como la serie PCB 3501A, la cual está disponible en paquetes de un solo eje o triaxiales, con la capacidad para detectar una aceleración hasta de ~60000 g) .

En la figura 5 se ilustra de manera representativa otra vista en sección transversal de la herramienta 22. En esta vista, se puede observar claramente la manera en la cual el transductor de presión 56 es llevado al exterior de la herramienta 22. De preferencia, el transductor de presión 56 está cerca de una superficie exterior de la herramienta, de manera que se evita la distorsión de la presión medida que resulta de la transmisión de ondas de presión a través de un paso angosto largo.

También visible en la figura 5 se encuentra un conector de puerto lateral 64 que se puede utilizar para comunicación con el paquete de circuitos electrónicos 46 después del ensamble. Por ejemplo, una computadora se puede conectar al conector 64 para energizar el paquete de circuitos electrónicos 46, extraer mediciones del sensor registradas a partir del paquete de circuitos electrónicos, programar el paquete de circuitos electrónicos para responder a una señal particular o para "despertar" después de un tiempo seleccionado, o de otra forma comunicarse o intercambiar datos con el paquete de circuitos electrónicos, etcétera.

Observar que pueden transcurrir muchas horas o incluso días entre el ensamble de la herramienta 22 y la detonación de las pistolas de perforación 20. ? fin de conservar la potencia de la batería, el paquete de circuitos electrónicos 46 de preferencia es programado para "dormir" (es decir, mantener un estado de uso de potencia bajo), hasta que se recibe una señal particular, o hasta que ha transcurrido un periodo de tiempo particular.

La señal que "despierta" el paquete de circuitos electrónicos 46 podría ser cualquier tipo de señal de presión, temperatura, acústica, electromagnética u otra señal que pueda ser detectada por uno o más de los sensores 36, 38, 44, 56, 58, 60. Por ejemplo, el sensor de presión 56 podría detectar cuando un cierto nivel de presión ha sido alcanzado o aplicado externo a la herramienta 22, o cuando una serie particular de niveles de presión ha sido aplicada, etcétera. En respuesta a la señal, el paquete de circuitos electrónicos 46 se puede activar a una frecuencia de grabación de medición superior, mediciones de sensores adicionales pueden ser grabadas, etcétera.

Como otro ejemplo, el sensor de temperatura 58 podría detectar una temperatura elevada que resulte de la instalación de la herramienta 22 en la perforación de pozo 14. En respuesta a esta detección de temperatura elevada, el paquete de circuitos electrónicos 46 podría "despertar" para grabar mediciones de más sensores y/o mediciones de sensores de frecuencia superior.

Como otro ejemplo todavía, los sensores de deformación 38 podrían detectar un patrón predeterminado de manipulaciones de la cadena de perforación 12 (tal como manipulaciones particulares utilizadas para fijar el obturador 16) . En respuesta a esta detección de manipulaciones de tubería, el paquete de circuitos electrónicos 46 podría "despertar" para grabar mediciones de más sensores y/o mediciones de sensores de frecuencia superior .

El paquete de circuitos electrónicos 46 que se muestra en la figura 3 de preferencia incluye una memoria no volátil 66 de manera que, incluso si la potencia eléctrica ya no está disponible (por ejemplo, las baterías 52 están descargadas), las mediciones de sensor previamente grabadas pueden seguir siendo descargadas cuando la herramienta 22 más adelante es recuperada del pozo. La memoria no volátil 66 puede ser cualquier tipo de memoria que retenga información almacenada cuando se apaga. Esta memoria 66 podría ser memoria de solo lectura programable eléctricamente borrable, memoria flash, o cualquier otro tipo de memoria no volátil. El paquete de circuitos electrónicos 46 de preferencia puede recolectar y almacenar datos en la memoria 66 a una velocidad de muestreo >100 kHz.

Haciendo referencia adicionalmente ahora a las figuras 6-8, se ilustra de manera representativa otra configuración de la herramienta de detección de choque 22. En esta configuración, un paso de flujo 68 (ver figura 7) se extiende longitudinalmente a través de la herramienta 22. Por lo tanto, la herramienta 22 puede ser especialmente útil para interconexión entre el obturador 16 y la pistola de perforación superior 20, aunque la herramienta 22 podría ser utilizada en otras posiciones y en otros sistemas de pozo que se mantengan con los principios de esta divulgación.

En la figura 6 se puede observar que se utiliza una cubierta removible 70 para alojar el paquete de circuitos electrónicos 46, baterías 52, etcétera. En la figura 8, la cubierta 70 está retirada, y se puede observar que el sensor de temperatura 58 está incluido con el paquete de circuitos electrónicos 46 en este ejemplo. El acelerómetro 60 podría también ser parte del paquete de circuitos electrónicos 46, o de otra manera podría estar ubicado en la cámara 48 debajo de la cubierta 70.

Se utiliza una manga protectora relativamente delgada 72 para evitar el daño a los sensores de deformación 38, los cuales están unidos al exterior de la estructura 40 (ver figura 8, en la cual la manga está retirada de forma que los sensores de deformación son visibles) . Aunque en este ejemplo la estructura 40 no tiene presión equilibrada, se puede utilizar otro sensor de presión 74 (ver figura 7) para monitorear la presión en el paso 68, de manera que cualquier contribución del diferencial de presión a través de la estructura 40 a la deformación detectada por los sensores de deformación 38 se puede determinar fácilmente (por ejemplo, la deformación efectiva debido al diferencial de presión a través de la estructura 40 se sustrae de la deformación medida, para producir la deformación causada por la carga estructural solamente) .

Observar que de preferencia no hay un diferencial de presión a través de la manga 72, y de preferencia se utiliza una substancia conveniente (tal como aceite de silicona, etcétera) para llenar el espacio anular entre la manga y la estructura 40. La manga 72 no está asegurada de forma rígida en uno o ambos de sus extremos, de manera que no comparte cargas con, o imparte cargas a, la estructura 40.

Cualquiera de los sensores antes descritos para uso con la configuración de la herramienta 22 de las figuras 2-5 también se puede utilizar con la configuración de la herramienta de las figuras 6-8.

En general, se prefiere que la estructura 40 (en la cual la carga es medida por los sensores de deformación 38) experimente carga dinámica debido solamente al chogue estructural al ser equilibrada por presión, como en la configuración de las figuras 2-5. No obstante, son posibles otras configuraciones en las cuales se puede satisfacer esta condición. Por ejemplo, se podría utilizar un par de mangas de aislamiento de presión, una externa a, y la otra interna a, la estructura de portación de carga 40 de la configuración de las figuras 6-8. Las mangas podrían encapsular aire a presión atmosférica en ambos lados de la estructura 40, aislando de manera efectiva la estructura contra los efectos de carga de la presión diferencial. Las mangas podrían ser lo suficientemente fuertes para soportar la presión en el pozo, y pudieran ser selladas con juntas tóricas u otros sellos en ambos extremos. Las mangas pueden estar estructuralmente conectadas a la herramienta en no más de un extremo, de manera que se evita una trayectoria de carga secundaria alrededor de los sensores de deformación 38.

Aunque la cadena de perforación 12 antes descrita es del tipo utilizado en perforación transmitida por tubería, debiera entenderse de forma clara que los principios de esta divulgación no se limitan a la perforación transmitida por tubería. Otros tipos de perforación (tales como, perforación a través de tubería en serpentín, cableada o de línea resbaladiza, etcétera) pueden incorporar los principios aquí descritos. Observar que el obturador 16 no necesariamente es una parte de la cadena de perforación 12.

Con las mediciones obtenidas mediante el uso de herramientas de detección de choque 22, se puede calibrar con precisión un modelo de choque, de manera que este se puede aplicar a los diseños propuestos del sistema de perforación, a fin de mejorar esos diseños (por ejemplo, evitando la falla de, o daño a, cualesquiera componentes del sistema de perforación, etcétera) , para optimizar los diseños en términos de rendimiento, eficiencia, efectividad, etcétera, y/o para generar diseños optimizados.

En la figura 9 se ilustra de manera representativa un gráfico de flujo para el método 80. El método 80 mostrado en el gráfico de flujo en la figura 9 se puede utilizar con el sistema 10 antes descrito, o este se puede utilizar con una variedad de otros sistemas.

En el paso 82 se modela un trabajo de perforación propuesto o planeado. De preferencia, al menos la cadena de perforación 12 y la perforación de pozo 14 son modeladas geométricamente en tres dimensiones, incluyendo tipos de material de cada componente, comunicación de perforación de pozo esperada con la formación 26 al momento de la perforación, etcétera. Se pueden utilizar modelos de elementos finitos para los elementos estructurales del sistema 10.

Software de modelado conveniente de elementos finitos es LS-DYNA (TM) disponible de Livermore Software Technology Corporation. Este software puede utilizar modelos de carga configurados, múltiples modelos de interacción de carga configurados, flujo a través de modelos de roca permeable, etcétera.

En los pasos 90, 84, 86, 87, 88, la cadena de perforación 12 se optimiza utilizando el modelo de choque. Se pueden utilizar diversas métricas para este proceso de optimización. Por ejemplo, el rendimiento, efectividad de costo, eficiencia, conflabilidad y/o cualquier otra métrica se puede elevar al máximo mediante el uso del modelo de choque .

La optimización también puede incluir mejorar los márgenes de seguridad para falla como una compensación con otras métricas de rendimiento. En un ejemplo, puede ser deseable tener una tubería por arriba de las pistolas de perforación 20 según resulte práctico, pero los riesgos de falla pueden requerir que la tubería sea más larga. Por lo tanto existe una compensación, y un modelo de choque preciso puede ayudar a seleccionar una longitud apropiada para la tubería.

La optimización es un proceso iterativo de correr simulaciones del modelo de choque y modificar el diseño del trabajo de perforación según sea necesario para mejorar al momento de una métrica de rendimiento valuada. Cada iteración de modificar el diseño tiene influencia en la respuesta del sistema al choque y, por lo tanto, requiere que se revisen los criterios de falla cada iteración del proceso de optimización .

En el paso 90, el choque producido por la cadena de perforación 12 y sus efectos en los diversos componentes de la cadena de perforación son pronosticados al correr una simulación del modelo de choque del trabajo de perforación. Por ejemplo, el sistema de perforación puede ser ingresado al modelo de choque para obtener una predicción de tensiones, deformaciones, presiones, carga, movimiento, etcétera, en la cadena de perforación 12.

Con base en el resultado de la aplicación de los criterios de falla a¦ estas predicciones en el paso 84 y el deseo de optimizar el diseño de forma adicional, la cadena de perforación 12 puede ser modificada en el paso 88 según sea necesario para mejorar el rendimiento, la efectividad de costo, eficiencia, conflabilidad, etcétera, del sistema de perforación .

La cadena de perforación modificada 12 entonces puede ser ingresada en el modelo de choque para obtener otra predicción, y otra modificación de la cadena de perforación se puede realizar con base en la predicción. Este proceso se puede repetir tantas veces como sea necesario para obtener un nivel aceptable de rendimiento, efectividad de costo, eficiencia, conflabilidad, etcétera, para el sistema de perforación .

Una vez que la cadena de perforación 12 y el sistema de perforación en general se optimizan, en el paso 92 una cadena de perforación real es instalada en la perforación de pozo 14. La cadena de perforación real 12 debiera ser la misma que el modelo de cadena de perforación, la perforación de pozo real 14 debiera ser la misma que la perforación de pozo modelada, etcétera, utilizada en el modelo de choque para producir la predicción en el paso 90.

En el paso 94, la herramienta de detección de choque 22 espera una señal de disparo para iniciar la grabación de mediciones. Tal como se describió anteriormente, la señal de disparo puede ser cualquier señal que pueda ser detectada por la herramienta de detección de choque 22 (por ejemplo, un cierto nivel de presión, un cierto patrón de niveles de presión, manipulación de tubería, una señal de telemetría, etcétera) .

En el paso 96 ocurre el evento de perforación donde las pistolas de perforación 20 son detonadas, formando así las perforaciones 24 e iniciando la comunicación de fluido entre la formación 26 y la perforación de pozo 14. De manera concurrente con el evento de perforación, las herramientas de detección de choque 22 en el paso 98 graban diversas mediciones tales como, deformaciones, presiones, temperaturas, aceleraciones, etcétera. En este paso se pueden tomar cualesquiera mediciones o combinación de mediciones.

En el paso 100, las herramientas de detección de choque 22 son recuperadas de la perforación de pozo 14. Esto permite que los datos de medición grabados sean descargados en una base de datos en el paso 102. En otros ejemplos, los datos podrían ser recuperados por telemetría, por una sonda cableada, etcétera, sin recuperar las herramientas de detección de choque 22, o el resto de la cadena de perforación 12 de la perforación de pozo.

En el paso 104 los datos de medición son comparados con las predicciones realizadas por el modelo de choque en el paso 90. Si las predicciones hechas por el modelo de choque no coinciden de manera aceptable con los datos de medición, se pueden realizar los ajustes apropiados al modelo de choque en el paso 106 y un nuevo conjunto de predicciones generadas corriendo una simulación del modelo de choque ajustado. Si las predicciones hechas por el modelo de choque ajustado aun no coinciden de manera aceptable con los datos de medición, se pueden realizar ajustes adicionales al modelo de choque, y este proceso se puede repetir hasta que se obtiene una comparación aceptable.

Una vez que se obtiene una comparación aceptable, el modelo de choque se puede considerar calibrado y listo para uso con el siguiente trabajo de perforación. Cada vez que se ejecuta el método 80, el modelo de choque debiera volverse más adepto a predecir cargas, tensiones, presiones, movimientos, etcétera, para un sistema de perforación de pozo, y de esta forma debiera ser más útil para optimizar la cadena de perforación que se va a utilizar en el sistema.

A largo plazo, se puede utilizar una base de datos de muchos conjuntos de datos de medición y predicciones en un proceso de ajuste y comparación más complejo, con lo cual los ajustes del modelo de choque se benefician de la experiencia acumulada representada por la base de datos. Por lo tanto, los ajustes al modelo de choque se pueden hacer con base en múltiples conjuntos de datos de medición y predicciones.

Haciendo referencia adicionalmente ahora a la figura 10, se ilustra de manera representativa un diagrama en bloques del modelo de choque 110 y el modelo de pozo asociado 112, el modelo de cadena de perforación 114 y predicciones de salida 116. Tal como se describió anteriormente, el modelo de choque 110 utiliza el modelo de choque 112 del pozo incluyendo, por ejemplo, la geometría de la perforación de pozo 14, las características de la formación 26, el fluido en la perforación de pozo, el flujo a través de modelos de roca permeable, etcétera) y- el modelo 114 de la cadena de perforación 12 (por ejemplo, las geometrías de los diversos componentes de la cadena de perforación, modelos de carga dimensionados, modelos de interacción de carga configurados, etcétera) , para producir las predicciones 116 de cargas, tensiones, presiones, movimientos, etcétera en el sistema de pozo 10.

La cadena de perforación 12, perforación de pozo 14 (incluyendo, por ejemplo, entubado y cemento que revisten la perforación de pozo) , fluido en la perforación de pozo, formación 26, y otros componentes de pozo de preferencia son modelados de manera precisa en tres dimensiones en alta resolución utilizando técnicas de modelado de elementos finitos. Por ejemplo, las pistolas de perforación 20 pueden ser modeladas junto con sus ornamentos del cuerpo de pistola asociados, rebajos de rosca, etcétera.

Se puede modelar la desviación de la perforación de pozo 14. Esto se utiliza para predecir cargas de contacto, fricción y otras interacciones entre la cadena de perforación 12 y la perforación de pozo 14.

Se puede modelar el fluido en la perforación de pozo 14. El fluido en la perforación de pozo modelada es el vínculo entre las presiones generadas por las cargas dimensionadas , la comunicación de la formación, y el modelo estructural de la cadena de perforación 12. El fluido de la perforación de pozo se puede modelar en una dimensión, o de preferencia, en tres dimensiones. El modelado del fluido de la perforación de pozo también se puede describir como un modelo de interacción de fluido-estructura, un término que se refiere a las cargas aplicadas a la estructura por el fluido.

También pueden ocurrir fallas como resultado de las altas presiones u ondas de presión. Por lo tanto es importante que el modelo pronostique el comportamiento del fluido por los motivos de que el fluido carga la estructura y el fluido en si mismo puede dañar el obturador o entubado directamente .

Se puede utilizar un modelo de carga de forma tridimensional para predecir presiones y distribuciones de pistola internas, cargas de impacto de entubados de carga sobre interiores de los cuerpos de pistola, efectos de interacción de cargas, etcétera.

El modelo de choque 110 puede incluir redes neurales, algoritmos genéticos y/o cualquier combinación de métodos numéricos para producir las predicciones. Un beneficio particular del método 80 antes descrito es que la precisión de las predicciones 116 producidas por el modelo de choque 110 se pueden mejorar utilizando las mediciones reales de los efectos de choque tomadas por las herramientas de detección de choque 22 durante un evento de perforación. El modelo de choque 110 de preferencia es validado y calibrado utilizando las mediciones de los efectos de perforación reales por las herramientas de detección de choque 22 en la cadena de perforación 12.

El modelo de choque 110 y/o herramienta de detección de choque 22 pueden ser útiles en la investigación de fallas, es decir, para determinar por qué ocurrió un daño o falla en un trabajo de perforación particular.

El modelo de choque 110 se puede utilizar para optimizar el diseño de la cadena de perforación 12, por ejemplo, para elevar al máximo el rendimiento, para reducir al mínimo las tensiones, movimiento, etcétera, en la cadena de perforación, a fin de proporcionar un margen aceptable de seguridad contra el daño o falla estructural, etcétera.

En la aplicación de criterios de falla a las predicciones generadas por el modelo de choque 110, se pueden utilizar métricas típicas, tal como la fuerza producida por la estática del material, y/o se pueden emplear parámetros más complejos que se refieran a los efectos que dependen de la velocidad de la deformación que afecta el crecimiento de grietas. La rigidez de fractura dinámica es una medición del crecimiento de grietas bajo carga dinámica. Inversiones de tensión resultan cuando se cargan los cambios entre compresión y tensión. Ciclos de carga repetidos pueden tener como resultado fatiga. Por lo tanto, la aplicación de criterios de falla puede involucrar más que simplemente una tensión contra métrica de fuerza.

El modelo de choque 110 puede incorporar otras herramientas que pueden tener un comportamiento más complejo el cual puede afectar las predicciones del modelo. Por ejemplo, conectores de pistola avanzados han sido modelados específicamente debido a que exhiben un comportamiento no lineal que tiene un gran efecto sobre las predicciones. Ahora se puede apreciar de manera completa que la divulgación anterior proporciona varios avances a la técnica. El modelo de choque 110 se puede utilizar para predecir los efectos de un evento de perforación sobre diversos componentes de la cadena de perforación 14, y para investigar una falla de, o daño a, una cadena de perforación real. En el método 80 antes descrito, el modelo de choque 110 también se puede utilizar para optimizar el diseño de la cadena de perforación 14.

La descripción anterior proporciona a la técnica un método 80 para utilizar un modelo de choque 110 para la predicción de efectos de perforación. El método 80 puede incluir grabar mediciones de los efectos de perforación sobre una cadena de perforación real 12 en una perforación de pozo 14; ajusfar el modelo de choque 110 de manera que las predicciones de los efectos de perforación emitidos por el modelo de choque 110 coincidan sustancialmente con las mediciones de los efectos de perforación; y ocasionar que el modelo de choque ajustado 110 pronostique los efectos de perforación para una cadena de perforación propuesta 12.

Las mediciones grabadas pueden incluir la deformación axial, de flexión y de torsión en la cadena de perforación real 12. Las mediciones grabadas también pueden incluir una presión externa a, interna a, y/o en una pistola de perforación 20 de la cadena de perforación real 12.

El ajuste del modelo de choque puede incluir repetidamente: a) recibir una comparación de las predicciones de los efectos de perforación con las mediciones de los efectos de perforación, y b) ajusfar el modelo de choque 110 para reducir diferencias entre las predicciones de los efectos de perforación y las mediciones de los efectos de perforación, hasta que las diferencias se reduzcan de forma aceptable .

El método puede incluir, antes del paso de grabación, ingresar un modelo geométrico tridimensional 114 de la cadena, de perforación real 12 en el modelo de choque 110.

El método puede incluir, después del paso de ajuste y antes del paso de ocasionar, ingresar un modelo tridimensional 114 de la cadena de perforación propuesta 12 en el modelo de choque 110.

Las predicciones de los efectos de perforación pueden incluir tensiones a lo largo de la cadena de perforación real 12, movimientos a lo largo de la cadena de perforación real 12, y/o interacciones entre la cadena de perforación real 12 y la perforación de pozo 1 . Las interacciones entre la cadena de perforación real 12 y la perforación de pozo 14 pueden incluir cargas de contacto y fricción entre la cadena de perforación real 12 y la perforación de pozo 14.

La divulgación anterior también describe un método 80 para predecir efectos de perforación sobre una cadena de perforación 12 en una perforación de pozo 14. El método 80 puede incluir ingresar un modelo de pozo tridimensional 112 y un modelo tridimensional 114 de la cadena de perforación 12 en un modelo de choque 110; y ocasionar que el modelo de choque 110 pronostique los efectos de perforación sobre la cadena de perforación 12.

El modelo tridimensional 114 de la cadena de perforación 12 puede incluir un modelo de una o más herramientas de detección de choque 22 interconectadas en la cadena de perforación 12.

El modelo tridimensional 114 de la cadena de perforación 12 puede incluir propiedades de material de componentes de la cadena de perforación 12.

El método 80 puede incluir medir los efectos de perforación sobre la cadena de perforación 12 causados por la detonación de las pistolas de perforación 20.

El método 80 puede incluir ajusfar el modelo de choque 110 de manera que los efectos de perforación pronosticados emitidos por el modelo de choque 110 sustancialmente coincidan con las mediciones de los efectos de perforación.

Los efectos de perforación pueden incluir al menos deformación axial, deflexión y torsión en la cadena de perforación 12. Los efectos de perforación pueden incluir tensiones a lo largo de la cadena de perforación 12, movimientos a lo largo de la cadena de perforación 12, y/o interacciones entre la cadena de perforación 12 y la perforación de pozo 14. Las interacciones entre la cadena de perforación 12 y la perforación de pozo 14 pueden incluir cargas de contacto y fricción entre la cadena de perforación 12 y la perforación de pozo 14.

Se entenderá que las diversas modalidades aquí descritas se pueden utilizar en diversas orientaciones tales como inclinada, invertida, horizontal, vertical, etcétera, y en diversas configuraciones, sin apartarse de los principios de la presente divulgación. Las modalidades se describen meramente como ejemplos de aplicaciones útiles de los principios de la divulgación, la cual no se limita a detalles específicos de estas modalidades.

En la descripción anterior de las modalidades representativas, términos de dirección tales como "arriba", "abajo", "superior", "inferior", etcétera, se utilizan por conveniencia para hacer referencia a los dibujos acompañantes. En general, "arriba", "superior", "hacia arriba" y términos similares se refieren a una dirección hacia la superficie de la tierra a lo largo de una perforación de pozo, y "debajo", "inferior", "hacia abajo" y términos similares se refieren a una dirección lejos de la superficie de la tierra a lo largo de la perforación de pozo.

Por supuesto, un experto en la técnica, al momento de una consideración cuidadosa de la descripción anterior de las modalidades representativas de la divulgación, fácilmente apreciará que se pueden realizar muchas modificaciones, adiciones, sustituciones, eliminaciones y otros cambios a las modalidades específicas, y dichos cambios están contemplados por los principios de la presente divulgación. Por consiguiente, la descripción detallada anterior se entenderá claramente como proporcionada a manera de ilustración y ejemplos solamente, el espíritu y alcance de la presente invención quedan limitados únicamente por las reivindicaciones anexas y sus equivalentes.

Claims (25)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. - Un método para utilizar un modelo de choque para predicción de efectos de perforación, el método comprende : grabar mediciones de los efectos de perforación sobre una cadena de perforación real en una perforación de pozo ; ajustar el modelo de choque de manera que las predicciones de los efectos de perforación emitidos por el modelo de choque coincidan sustancialmente con las mediciones de los efectos de perforación; y ocasionar que el modelo de choque ajustado pronostique los efectos de perforación para una cadena de perforación propuesta.

2. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las mediciones grabadas incluyen deformación axial, de deflexión y torsión en la cadena de perforación real.

3. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las mediciones grabadas incluyen presión externa a la cadena de perforación real.

4.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las mediciones grabadas incluyen presión interna a la cadena de perforación real.

5. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las mediciones grabadas incluyen presión interna a una pistola de perforación de la cadena de perforación real.

6. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el ajuste del modelo de choque además comprende repetidamente: a) recibir una comparación de las predicciones de los efectos de perforación con las mediciones de los efectos de perforación, y b) ajusfar el modelo de choque para reducir diferencias entre las predicciones de los efectos de perforación y las mediciones de los efectos de perforación, hasta que las diferencias sean aceptablemente reducidas .

7. - El método de conformidad con la reivindicación 1, que además comprende, antes del paso de grabación, ingresar un modelo geométrico tridimensional de la cadena de perforación real en el modelo de choque.

8. - El método de conformidad con la reivindicación. 1, que además comprende, después del paso de ajuste y antes del paso de ocasionar, ingresar un modelo tridimensional de la cadena de perforación propuesta en el modelo de choque.

9. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las predicciones de los efectos de perforación incluyen tensiones a lo largo de la cadena de perforación real.

10. - El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las predicciones de los efectos de perforación incluyen movimientos a lo largo de la cadena de perforación real.

11. - El método de conformidad con la reivindicación I, caracterizado porque las predicciones de los efectos de perforación incluyen interacciones entre la cadena de perforación real y la perforación de pozo.

12. - El método de conformidad con la reivindicación II, caracterizado porque las interacciones entre la cadena de perforación real y la perforación de pozo incluyen cargas de contacto y fricción entre la cadena de perforación real y la perforación de pozo.

13. - Un método para predecir efectos de perforación en una cadena de perforación en una perforación de pozo, el método comprende : ingresar un modelo de pozo tridimensional y un modelo tridimensional de la cadena de perforación en un modelo de choque; y ocasionar que el modelo de choque pronostique los efectos de perforación en la cadena de perforación.

14. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el modelo tridimensional de la cadena de perforación incluye un modelo de una herramienta de detección de choque interconectada en la cadena de perforación .

15. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el modelo tridimensional de la cadena de perforación incluye un modelo de múltiples herramientas de detección de choque interconectadas en la cadena de perforación.

16. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el modelo tridimensional de la cadena de perforación incluye propiedades del material de los componentes de la cadena de perforación.

17. - El método de conformidad con la reivindicación 13, que además comprende medir los efectos de perforación en la cadena de perforación ocasionados por la detonación de las pistolas de perforación.

18. - El método de conformidad con la reivindicación 17, que además comprende ajusfar el modelo de choque de manera que los efectos de perforación pronosticados emitidos por el modelo de choque coincidan sustancialmente con las mediciones de los efectos de perforación.

19. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque los efectos de perforación incluyen al menos cargas axiales en la cadena de perforación.

20. - El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque los efectos de perforación además incluyen cargas de flexión en la cadena de perforación.

21. - El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque los efectos de perforación además incluyen cargas de torsión en la cadena de perforación.

22. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque los efectos de perforación incluyen tensiones a lo largo de la cadena de perforación.

23. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque los efectos de perforación incluyen movimientos a lo largo de la cadena de perforación.

24. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque los efectos de perforación incluyen interacciones entre la cadena de perforación y la perforación de pozo.

25. - El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque las interacciones entre la cadena de perforación y la perforación de pozo incluyen cargas de contacto y fricción entre la cadena de perforación y la perforación de pozo.