MX2014004575A - Cable de doble uso con envoltura de fibra optica para su uso en operaciones de perforacion de pozos. - Google Patents

Abstract

Un cable de doble uso incluye al menos un cable de fibra óptica envuelto en un componente metálico que está envuelto en una capa de material polimérico. El material polimérico está rodeado por un tubo o miembros de refuerzos de hilo de armadura empotrados en una o dos capas de material polimérico adicionales. Un conjunto final puede incluir un componente metálico externo o una capa externa de material polimérico. El al menos un cable de fibra óptica transmite datos y los miembros de refuerzo de hilo de armadura y/o componentes metálicos transmiten al menos uno de energia eléctrica y datos.

Description

CABLE DE DOBLE USO CON ENVOLTURA DE FIBRA ÓPTICA PARA SU USO EN OPERACIONES DE PERFORACIÓN DE POZOS Antecedentes La presente divulgación se refiere, en general, a un equipo para el emplazamiento del pozo, tal como un equipo de superficie para yacimientos petrolíferos, conjuntos para el fondo del pozo y similares.

Las afirmaciones realizadas en este documento simplemente proporcionan información relacionada con la presente divulgación y no pueden constituir técnica anterior, y pueden describir algunas realizaciones que ilustran la invención. Todas las referencias analizadas en este documento, incluyendo bibliografía de patente y distinta de patente, se incorporan por referencia en la presente solicitud.

Se usa una tubería flexible en operaciones de pozo petrolífero tales como bombeo de fluido, fracturación, acidificación y perforación. Los fluidos bombeados a través de la tubería flexible pueden usarse también para activar herramientas en el fondo del pozo, y pueden supervisarse las variaciones de presión en el fluido para obtener información básica sobre las condiciones en el fondo del pozo. Los datos pueden transmitirse por el interior de la tubería flexible usando cables de fibra óptica, que consisten típicamente en tubos metálicos de pequeño diámetro que contienen un número de fibras ópticas. Estos cables pueden insertarse en la tubería flexible en la superficie del pozo bombeándolos a través de la tubería flexible en la bobina colectora. Cuando el cable de fibra óptica alcanza el extremo de la herramienta de la tubería flexible se fija a la herramienta, según sea necesario .

Hay cuestiones relacionadas con cables de fibra óptica típicos colocados en tubos metálicos usados en tubos helicoidales, tal como un mayor tamaño del tubo metálico, que crea rigidez, y/o cuestiones de capacidad de bombeo, limitando el tamaño de los tubos metálicos la cantidad de área disponible para la transmisión de energía eléctrica, y la relación de potencia a peso global del tubo metálico, que puede limitar la capacidad de profundidad del tubo metálico.

Sigue siendo deseable proporcionar mejoras en un equipo para un yacimiento petrolífero y/o conjuntos para el fondo del pozo.

Sumario Las realizaciones de cable de fibra óptica proporcionan soluciones a todas las cuestiones descritas anteriormente. Las opciones de encamisado/entubado incluyen capas poliméricas para mitigar la posibilidad de daños por picaduras. Las realizaciones ofrecen mayor protección de las fibras ópticas dando como resultado una menor atenuación de la señal y fallo de la fibra óptica. Las realizaciones también son más resistentes al colapso bajo tensiones de par de torsión.

Las realizaciones descritas en este documento proporcionan cables de fibra óptica que incluyen polímeros para formar tubos resistentes al aplastamiento que protegen mejor las fibras ópticas. Todas las realizaciones incluyen encamisado polimérico para eliminar sustancialmente el daño a la fibra óptica por los fluidos que entran a través de las picaduras en un tubo metálico externo. Todas las realizaciones incluyen también componentes metálicos segregados y aislados que pueden usarse como conductores eléctricos .

Un método para realizar una operación de perforación de pozo para penetrar en una formación subterránea utilizando un cable de doble uso para transmitir energía eléctrica y datos en operaciones de perforación de pozo, comprende un método para realizar una operación de perforación de pozo que proporciona un cable de doble uso, comprendiendo el cable de doble uso al menos una fibra óptica que se extiende longitudinalmente, un primer componente metálico que rodea la al menos una fibra óptica, una capa de material polimérico que rodea y envuelve el primer componente metálico, en el que la al menos una fibra óptica está adaptada para transmitir datos y el primer componente metálico está adaptado para transmitir al menos uno de energía eléctrica y datos, y un segundo componente metálico formado como al menos uno de un tubo metálico externo y una pluralidad de miembros de refuerzo de hilo de armadura y otra capa de material polimérico que rodea y envuelve el material de la capa polimérica, estando empotrado el segundo componente metálico en otra capa de material polimérico, disponiendo el cable de doble uso en la perforación de pozo y realizando al menos una operación de perforación de pozo con el cable. En una realización, la al menos una fibra óptica está situada en un microcable de fibra óptica que tiene al menos otra fibra óptica. En una realización, el primer componente metálico es uno de un tubo, un tubo con hendidura y un hilo de armadura o de cobre ranurado.

En una realización, al menos una de la capa de material polimérico y la otra capa de material polimérico está formada de un fluoropolímero-CFR, fluoropolímero no reforzado o material PEEK. En una realización, la operación de perforación de pozo comprende al menos una de una operación de bombeo de fluido, una operación de fracturación, una operación de acidificación, una operación de perforación y una operación de introducción de tubería flexible. En una realización, el método comprende además envolver el cable de doble uso que tiene miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrados en la otra capa de material polimérico en un tubo metálico. En una realización, el método comprende además colocar el cable de doble uso en una longitud de tubería flexible y en el que el cable de doble uso no reduce sustancialmente la cantidad de área o volumen interno dentro de la tubería flexible para realizar la operación de perforación del pozo. En una realización, el método comprende además formar el primer componente metálico a partir de un tubo con hendidura interno y un tubo con hendidura externo separados por una capa de material polimérico. En una realización, el método comprende además formar el primer componente metálico a partir de un tubo interno y un tubo con hendidura externo.

Un cable de doble uso para transmitir energía eléctrica y datos en operaciones de perforación de pozo comprende al menos una fibra óptica que se extiende longitudinalmente, un primer componente metálico que rodea la al menos una fibra óptica, una capa de material polimérico que rodea y envuelve el primer componente metálico, en el que la al menos una fibra óptica está adaptada para transmitir datos y el primer componente metálico está adaptado para transmitir al menos uno de energía eléctrica y datos, y un segundo componente metálico que rodea y envuelve la capa de material polimérico, estando formado el segundo componente metálico como al menos uno de un tubo metálico externo y una pluralidad de miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrados en otra capa de material polimérico, en el que el cable de doble uso está colocado dentro de una longitud de tubería flexible y en el que el cable de doble uso no reduce sustancialmente la cantidad de área o volumen interno dentro de la tubería flexible para realizar la operación de perforación de pozo. En una realización el cable comprende además una pluralidad de las fibras ópticas que se extienden longitudinalmente, siendo el primer componente metálico un tubo metálico fino, estando formada la capa de material polimérico por un fluoropolímero-CFR, fluoropolímero no reforzado o material PEEK, y siendo el segundo componente metálico un tubo metálico .

En una realización, la al menos una fibra óptica que se extiende longitudinalmente es un microcable de fibra óptica, el primer componente metálico es un tubo con hendidura y el segundo componente metálico son dos capas de miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrados en material polimérico. El cable puede comprender además un tubo metálico externo que rodea el segundo componente metálico. En una realización, el cable comprende además una pluralidad de las fibras ópticas que se extienden longitudinalmente, siendo el primer componente metálico un tubo metálico, y siendo el segundo componente metálico dos capas de miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrados en material polimérico. En una realización, el cable comprende además una pluralidad de fibras ópticas que se extienden longitudinalmente, siendo el primer componente metálico una pluralidad de hilos de armadura con hendidura cada uno de los cuales recibe una de las fibras ópticas asociadas en una ranura que se extiende longitudinalmente, y siendo el segundo componente metálico una capa de miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrados en material polimérico. En una realización, el cable comprende además una pluralidad de fibras ópticas que se extienden longitudinalmente, siendo el primer componente metálico un primer tubo con hendidura que rodea las fibras ópticas y un segundo tubo con hendidura que rodea el primer tubo con hendidura, y siendo el segundo componente metálico dos capas de miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrado en material polimérico. En una realización, el cable comprende además una pluralidad de las fibras ópticas que se extienden longitudinalmente, siendo el primer componente metálico un tubo que rodea las fibras ópticas y un tubo con hendidura que rodea el tubo, y siendo el segundo componente metálico dos capas de miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrado en material polimérico y rodeadas por una camisa externa polimérica. En una realización, el cable está adaptado para realizar al menos una operación de perforación de pozo. La operación de perforación de pozo puede realizarse junto con al menos una operación de introducción de tubería flexible.

Breve descripción de los dibujos Estas y otras características y ventajas se entenderán mejor por referencia a la siguiente descripción detallada cuando se considera junto con los dibujos adjuntos.

La Figura 1 es una vista en sección transversal radial de una primera realización de un cable de fibra óptica de acuerdo con la divulgación.

Las Figuras 2A a 2G son vistas en sección transversal radial de una segunda realización de un cable de fibra óptica de acuerdo con la divulgación.

Las Figuras 3A y 3B son vistas en sección transversal radial de variaciones de la segunda realización del cable de fibra óptica mostrado en la Figura 2G.

Las Figuras 4A a 4F son vistas en sección transversal radial de una tercera realización de un cable de fibra óptica de acuerdo con la divulgación.

Las Figuras 5A a 5E son vistas en sección transversal radial de una cuarta realización de un cable de fibra óptica de acuerdo con la divulgación.

Las Figuras 6A a 6E son vistas en sección transversal radial de una quinta realización de un cable de fibra óptica de acuerdo con la divulgación.

Las Figuras 7A a 7E son vistas en sección transversal radial de una sexta realización de un núcleo del cable de fibra óptica de acuerdo con la divulgación.

Las Figuras 8A a 8C son vistas en sección transversal radial de variaciones de un cable de fibra óptica que incorpora el núcleo mostrado en la Figura 7E.

La Figura 9 es una vista en sección transversal radial de una realización adicional de un cable de fibra óptica de acuerdo con la divulgación.

La Figura 10A es una vista en sección transversal radial del cable mostrado en la Figura 9 instalado en una tubería flexible y la Figura 10B es una vista esquemática de una herramienta fijada a la tubería flexible y el cable de la Figura 10.

Las Figuras 11A a 11H son vistas en sección transversal radial de una realización de un cable.

Las Figuras 12A a 12H son vistas en sección transversal radial de una realización de un cable.

Descripción detallada Aunque las realizaciones del cable se muestran solo en vistas en sección transversal, debe entenderse que los componentes de los cables se extienden en una dirección longitudinal entre los extremos de los cables. Haciendo referencia ahora a la Figura 1, se muestra una primera realización de un cable de fibra óptica 10. El cable 10 de la primera realización difiere de las realizaciones convencionales en que tiene una construcción estratificada de su tubo externo. En lugar de un tubo metálico sólido, el cable 10 comienza con un primer componente metálico en forma de un tubo metálico fino interno 11 que envuelve un número de fibras ópticas 12. Aunque se muestran cuatro fibras ópticas 12, pueden usarse más o menos fibras. Una camisa o capa 13 de material polimérico, tal como, aunque sin limitación, material de fluoropolímero reforzado con fibra de carbono (CFR) , se extruye sobre el tubo metálico central 11. Un segundo componente metálico en forma de un tubo metálico externo 14 se estira sobre la capa de fluoropolimero-CFR para completar el cable 10. La realización de tubo estratificado 10 ofrece mayor resistencia al aplastamiento y al par de torsión que un único tubo metálico sólido. La capa polimérica 13 proporciona un sello contra cualquier fluido que penetre a través de las picaduras en el tubo metálico externo 14. Además, debido a que el material polimérico proporciona una capa 13 de aislamiento eléctrico entre los tubos metálicos 11 y 14, los dos tubos metálicos pueden usarse como conductores eléctricos, usándose el tubo metálico interno 11 como un conductor positivo y usándose el tubo metálico externo 14 como el retorno.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 2A a 2G, se muestra una segunda realización del cable de fibra óptica 20, durante las etapas de un método de construcción de cable. Se coloca un microcable de fibra óptica 21 dentro de un primer componente metálico en forma de un conductor de tubo con hendidura 22 rodeado por un segundo componente metálico en forma de armadura encerrada 23a, 23b rodeada por un tercer componente metálico en forma de un tubo metálico externo 24. El tubo con hendidura 22 puede usarse para proporcionar energía eléctrica a las herramientas en el fondo del pozo, usándose los hilos de armadura 23a y/o 23b como trayectoria de retorno. El número y disposición de los hilos de armadura 23a y 23b en las dos capas del miembro de refuerzo se utilizan para minimizar el desequilibrio del par de torsión. El término "encerrado" en un sistema de encamisado de fluoropolímero-CFR añade resistencia al cable 20 y lo protege frente al daño de fluidos que penetran a través de las picaduras en el tubo metálico externo 24. En las Figuras 2A-2G se ilustra un método de construcción del cable 20 como se describe a continuación.

El método de construcción comienza con una etapa en la que se proporciona el microcable de fibra óptica 21 que sirve como el núcleo de cable, como se muestra en la Figura 2A (aunque se ilustra como un cable de tres fibras, los expertos en la materia apreciarán que puede usarse también un núcleo de cuatro fibras u otra configuración) . En una segunda etapa mostrada en la Figura 2B, el tubo con hendidura 22 fabricado de un metal conductor (tal como cobre) se coloca sobre el núcleo de cable del microcable 21 y se extruye una primera capa 25 de material polimérico sobre el tubo con hendidura 22 para mantener las dos mitades con hendidura en su sitio. En una tercera etapa mostrada en la Figura 2C, una capa interna de los miembros de refuerzo de hilo de armadura 23a se cablea a un ángulo de tendido sobre el tubo con hendidura revestido con polímero 22. En una cuarta etapa mostrada en la Figura 2D, una segunda capa de polímero 26 de material de fluoropolímero-CFR, u otro material polimérico adecuado, se extruye sobre y envuelve los miembros de refuerzo de hilo de armadura 23a.

Como se muestra en la Figura 2E, una segunda capa de los miembros de refuerzo de hilo de armadura 23b se cablea (a un ángulo de tendido contra-helicoidal respecto a la primera capa de hilo de armadura 23a mostrada en la Figura 2C) sobre la capa de fluoropolímero-CFR 26 en una quinta etapa del método. La Figura 2F muestra una sexta etapa en la que una tercera capa de polímero 27 (una segunda capa del material de fluoropolímero-CFR) se extruye sobre y envuelve la segunda capa de hilos de armadura 23b. Las dos capas 26 y 27 del material de fluoropolímero-CFR se unen entre sí y a la primera capa de material polimérico 25 que reviste el tubo con hendidura 22 para crear un sistema de encamisado unido para completar un cable 20a. Como una opción, el tubo metálico 24 puede extenderse sobre la capa externa de fluoropolímero-CFR 27 para potenciar la rigidez y formar el cable 20 como se muestra en la Figura 2G.

En las Figuras 3A y 3B se muestran variaciones del cable 20 de la segunda realización mostrado en la Figura 2G. Un cable 30a mostrado en la Figura 3A comprende esencialmente la misma construcción que el cable 20 mostrado en la Figura 2G con la excepción de la capa externa de los miembros de refuerzo 23b añadida al cable 20 en la Etapa 5. En el cable 30a, estos miembros de refuerzo externos 23b comprenden un cable trenzado 31b. Análogamente, un cable 30b mostrado en la Figura 3B es de la misma construcción que el cable 20 mostrado en la Figura 2G con las excepciones de que los miembros de refuerzo de hilo de armadura 23a y 23b añadidos al cable 20 en las Etapas 3 y 5, respectivamente, se reemplazan por miembros de refuerzo de cable trenzado 31a y 31b, respectivamente.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 4A a 4F, se muestra una tercera realización de un cable 40 basado en fibra en tubo metálico (FIMT) , durante las etapas de un método de construcción de cable. Un núcleo de cable se rodea por un sistema de encamisado de armadura encerrada unida, analizado con más detalle más adelante. Puede usarse una porción metálica del cable FIMT 40 para proporcionar energía eléctrica a las herramientas en el fondo del pozo, usándose los hilos de armadura como una trayectoria de retorno. El número y disposición de hilos de armadura en las dos capas de miembros de refuerzo se seleccionan para minimizar el desequilibrio de par de torsión. El sistema de encamisado de fluoropolimero-CFR encerrado añade resistencia al cable y lo protege contra el daño al cable por fluidos. Como se ilustra en las Figuras 4A a 4F, el cable 40 puede construirse de acuerdo con las siguientes etapas del método.

La construcción comienza con una primera etapa en la que se proporciona el cable FIMT 41, que sirve como el núcleo del cable, como se muestra en la Figura 4A. El núcleo del cable 41 incluye un primer componente metálico en forma de un tubo metálico 42 que rodea una pluralidad de fibras ópticas 43. En una segunda etapa mostrada en la Figura 4B, se extruye una capa 44 de material polimérico sobre el núcleo de FIMT 41 y el tubo metálico 42 puede usarse como un conductor aislado. Un capa interna de miembros de refuerzo de hilo de armadura 45a se cablea a un ángulo de tendido sobre el núcleo de FIMT 41 en una tercera etapa, como se muestra en la Figura 4C, y la capa interna de hilos de armadura puede usarse como conductores eléctricos. En una cuarta etapa mostrada en la Figura 4D, una segunda capa 46 de material de fluoropolimero-CFR u otro material polimérico adecuado, se extruye para envolver los miembros de refuerzo de hilo de armadura 45a. En una quinta etapa mostrada en la Figura 4E, una segunda capa de miembros de refuerzo de hilo de armadura 45b se cablea (a un ángulo de tendido contra-helicoidal respecto a la primera capa de hilo de armadura 45a mostrada en la Figura 4C) sobre la capa de fluoropolimero-CFR 46 y estos hilos de armadura externos pueden usarse como conductores eléctricos. Cualquiera o ambas de las capas de miembros de refuerzo de hilo de armadura forman un segundo componente metálico. En una sexta etapa final mostrada en la Figura 4F, una tercera capa polimérica 47 de material de fluoropolimero-CFR se extruye sobre y envuelve la segunda capa de hilos de armadura 45b. Las dos capas 46 y 47 de material de fluoropolimero-CFR se unen entre si y a la primera capa polimérica 44 que reviste el cable FI T 41 para crear un sistema de encamisado unido.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 5A a 5E, se muestra una cuarta realización de un cable de fibra óptica 50 en el que las fibras ópticas individuales contenidas en conductores de tubo con hendidura aislados se cablean juntas en una camisa de material de fluoropolimero-CFR para servir como núcleo del cable, rodeadas por un sistema de encamisado de armadura encerrada unida, analizado con más detalle más adelante. Las porciones metálicas de los tubos con hendidura pueden usarse para proporcionar energía eléctrica a las herramientas en el fondo del pozo. Los hilos de armadura pueden usarse también como trayectorias de retorno de potencial. "Enjaular" los hilos de armadura en un sistema de encamisado de fluoropolimero-CFR añade resistencia al cable y protege contra el daño causado por fluidos. El cable 50 se construye de acuerdo con las siguientes etapas del método de la invención.

El cable 50 comienza con un núcleo de cable 51 que tiene un primer componente metálico en forma de un conductor de tubo con hendidura 52 que envuelve una única fibra óptica 53 proporcionada como se muestra en la Figura 5A. Se extruye una primera capa 54 de material polimérico sobre el tubo con hendidura 52, creando un conductor aislado 55 en una segunda etapa, como se muestra en la Figura 5B. Un número de estos conductores eléctricos/de fibra óptica/ de tubo con hendidura aislados 55 se cablean juntos en una extrusión de una segunda capa polimérica 56 de material de fluoropolimero-CFR para crear un núcleo de cable en una tercera etapa, como se muestra en la Figura 5C. Un segundo componente metálico en forma de una capa de miembros de refuerzo de hilo de armadura 57 se cablea a un ángulo de tendido sobre el núcleo del cable en una cuarta etapa mostrada en la Figura 5D, y estos hilos de armadura 57 puede usarse también como conductores eléctricos. En una quinta etapa mostrada en la Figura 5E, una tercera capa polimérica 58 de material de fluoropolimero-CFR u otro material polimérico adecuado, puede extruirse sobre ellos para envolver los miembros de refuerzo de hilo de armadura 57. La capa externa 58 del material de fluoropolimero-CFR se une al núcleo para crear un sistema de encamisado unido. Puede colocarse una segunda capa de armadura sólida a contrahélice respecto a la armadura 57, seguido de una camisa de fluoropolimero-CFR externa que puede darse también al cable 50 similar a los cables 20 y 40.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 6A a 6E, se muestra una quinta realización de un cable de fibra óptica 60 en el que las fibras ópticas individuales colocadas en las ranuras formadas en los hilos de armadura o de cobre ranurados aislados pueden cablearse juntos en una camisa de material de fluoropolimero-CFR que sirve como el núcleo de cable, rodeado por un sistema de encamisado de armadura encerrada unida, analizado con más detalle más adelante. Las porciones metálicas de los hilos de armadura o de cobre ranurados pueden usarse para proporcionar energía eléctrica a las herramientas en el fondo del pozo o similares. Los hilos de armadura enjauladas pueden usarse también como trayectorias de retorno de potencial. El "encerrado" de los hilos de armadura en un sistema de encamisado de fluoropolimero-CFR añade resistencia al cable y protege contra el daño causado por fluidos. Como se ilustra en las Figuras 6A a 6E, el cable 60 puede construirse como se describe en las siguientes etapas del método.

El cable 60 comienza con una primera etapa mostrada en la Figura 6A en la que se forma un núcleo de cable 61 colocando una sola fibra óptica 63 en una ranura 62a que se extiende longitudinalmente de un primer componente metálico en forma de un hilo de armadura o de cobre ranurado 62. En una segunda etapa mostrada en la Figura 6B, una primera capa 64 de material polimérico se extruye sobre el núcleo de cable 61 creando un conductor aislado 65. Varios de estos conductores aislados 65 se cablean juntos en una segunda capa polimérica 66 por extrusión de un material de fluoropolimero-CFR para crear un núcleo de cable de acuerdo con una tercera etapa, como se muestra en la Figura 6C. En una cuarta etapa mostrada en la Figura 6D, un segundo componente metálico en forma de una capa de miembros de refuerzo de hilo de armadura 67 se cablea a un ángulo de tendido sobre el núcleo de cable y estos hilos de armadura se usan también como conductores eléctricos. En una quinta etapa mostrada en la Figura 6E, una tercera capa polimérica 68 del material de fluoropolimero-CFR u otro material polimérico adecuado se extruye por encima para envolver los miembros de refuerzo de hilo de armadura 67 . La capa de fluoropolimero-CFR externa 68 se une al núcleo para crear una camisa unida para el cable 60 . Una segunda capa de armadura sólida puede colocarse a contrahélice respecto a las armaduras 67 , seguido de una camisa de fluoropolimero-CFR externa que también se le puede dar al cable 60 similar a los cables 20 y 40 .

Haciendo referencia ahora a las Figuras 7A a 7E, una sexta realización de núcleo de cable 70 retiene la resistencia y flexibilidad de las realizaciones primera a sexta previas, y se suma a la capacidad de devolver corriente eléctrica sobre un conductor separado en lugar de sobre los miembros de refuerzo de hilo de armadura. En el núcleo de cable 70 , pueden colocarse tres o más fibras ópticas en un material polimérico más blando entre dos capas de conductores de tubo con hendidura. Las capas de conductores de tubo con hendidura están separadas por capas de aislamiento, de manera que cada capa puede usarse como un conductor separado. El núcleo de cable 70 se completa encapsulando el núcleo de cable en un sistema de encamisado polimérico que consiste en un material polimérico reforzado con fibra corta con múltiples capas de hilos de armadura sólidos y/o trenzados "enjaulados" dentro del material polimérico. Esta realización permite que pase la corriente hacia abajo por un conductor de tubo con hendidura y que vuelva por el otro. En esta realización, no es necesario el retorno eléctrico sobre los hilos de armadura. Haciendo referencia ahora a las Figuras 7A a 7E, el proceso de ensamblaje básico se describe de la siguiente manera.

En una primera etapa mostrada en la Figura 7A, se coloca un número de fibras ópticas 71 en un centro del núcleo de cable 70. En una segunda etapa mostrada en la Figura 7B, las fibras ópticas 71 se envuelven en un material polimérico blando 72 a medida que las dos mitades de un conductor de tubo con hendidura 73 se ponen juntas para encerrar las fibras ópticas 71 y el material polimérico blando 72. La Figura 7C muestra una tercera etapa en la que una primera capa 74 del material polimérico se extruye sobre el conductor de tubo con hendidura 73 para mantener las dos mitades juntas para aislar al conductor. En una cuarta etapa mostrada en la Figura 7D, un segundo conductor de tubo con hendidura de mayor diámetro 75 tiene un conjunto de mitades de conductor colocado sobre la primera capa polimérica 74. La Figura 7E muestra una quinta etapa en la que una segunda capa 76 de material polimérico se extruye sobre el segundo conductor de tubo con hendidura 75 para mantener juntas las dos mitades y aislar el conductor externo del núcleo de cable 70. Los conductores de tubo con hendiduras 73 y 75 forman un primer componente metálico.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 8A a 8C, el sistema de encamisado polimérico de armadura enjaulada (usando un material polimérico modificado tal como, aunque sin limitación, un material de fluoropolimero-CFR) descrito anteriormente puede aplicarse sobre el núcleo de cable completado 70 de la Figura 7E, como se ha descrito anteriormente, para producir varias posibles disposiciones de un sistema de encamisado de armadura. Como se muestra en la Figura 8A, se forma un cable de fibra óptica 80a a partir del núcleo 70 envuelto en una capa interna 81a de un material polimérico y una capa externa 81b de un material polimérico. Embebidos en las capas 81a y 81b están los miembros de refuerzo de hilo de armadura 82a y 82b, respectivamente. Como se muestra en la Figura 8B, se forma un cable de fibra óptica 80b de forma similar al cable 80a excepto que la capa externa de los miembros de refuerzo de hilo de armadura 82b se reemplaza por una capa externa de miembros de refuerzo de hilo de armadura trenzado 83b. Como se muestra en la Figura 8C, se forma un cable de fibra óptica 80c de forma similar al cable 80b excepto que el cable interno de los miembros de refuerzo de hilo de armadura sólida 82a se reemplaza por una capa interna de miembros de refuerzo de hilo de armadura trenzado 83a. Las combinaciones de los miembros de refuerzo de hilo de armadura 82a, 82b, 83a y 83b forman un segundo componente metálico.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 11A a 11H, se muestra una séptima realización del núcleo de cable 110. En el núcleo de cable 110, pueden colocarse tres o más fibras ópticas (se ilustran cuatro) en un material polimérico blando entre una capa de conductores de tubo con hendidura. Extendido sobre los conductores de tubo con hendidura hay un tubo metálico, separado del conductor del tubo con hendidura por una capa de aislamiento. El núcleo de cable 110 se completa envolviendo el núcleo de cable en un sistema de encamisado polimérico que consiste en un material polimérico reforzado con fibra corta con múltiples capas de hilos de armadura sólidos y/o trenzados "enjaulados" dentro del material polimérico. Esta realización potencia la rigidez del conjunto de cable y núcleo de cable, analizado con más detalle a continuación. Haciendo referencia ahora a las Figuras 11A a 11H, el proceso de ensamblaje básico se describe de la siguiente manera.

Haciendo referencia ahora a la Figura 11A, el cable 121 comienza con una primera etapa mostrada en la Figura 11A con un núcleo de cable 110 que tiene un primer componente metálico en forma de un conductor de tubo con hendidura 113 que envuelve una pluralidad de fibras ópticas 111 rodeadas por una capa polimérica 112 proporcionada como se muestra en la Figura 11A. Se extruye una primera capa 114 de material polimérico sobre el tubo con hendidura 113, como se muestra en la Figura 11B, sobre el cual se extiende un tubo metálico 115, formado a partir de Inconel o cualquier otro material metálico adecuado para proporcionar rigidez al núcleo de cable 110 como se muestra en la Figura 11C. Se extruye una segunda capa polimérica 116 de material de fluoropolímero-CFR sobre el núcleo de cable 110, como se muestra en la Figura 11D. Un segundo componente metálico en forma de una capa de miembros de refuerzo de hilo de armadura 117 se cablea a un ángulo de tendido sobre el núcleo de cable en una cuarta etapa mostrada en la Figura 11E. En una etapa mostrada en la Figura 11F, una tercera capa polimérica 118 de material de fluoropolimero-CFR, u otro material polimérico adecuado, puede extruirse por encima para envolver los miembros de refuerzo de hilo de armadura 117. La capa 118 del material de fluoropolímero-CFR se une al núcleo para crear un sistema de encamisado unido. Un tercer componente metálico en forma de una segunda capa de miembros de refuerzo de hilo de armadura sólidos 119 puede colocarse a contrahélice respecto a la armadura 117, seguido de una camisa de fluoropolimero-CFR externa 120 para completar el cable 121.

Haciendo referencia a las Figuras 12A a 12H, Haciendo referencia ahora a las Figuras 11A a 11H, se muestra una octava realización del núcleo de cable 130. En el núcleo de cable 130 pueden colocarse tres o más fibras ópticas (se ilustran cuatro) en un material polimérico blando entre una capa de conductores de tubo con hendidura. La capa de conductores de tubo con hendidura se separa de una capa de servicio mediante una capa de aislamiento, de manera que cada capa puede usarse como un conductor separado. El núcleo de cable 130 se completa envolviendo el núcleo de cable en un sistema de encamisado polimérico que consiste en un material polimérico reforzado con fibra corta con múltiples capas de hilos de armadura sólidos y/o trenzados "enjaulados" dentro del material polimérico. Esta realización permite que pase la corriente hacia abajo por un conductor de tubo con hendidura y que vuelva por el otro. En esta realización, no es necesario el retorno eléctrico sobre los hilos de armadura.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 12A a 12H, se describe el proceso de ensamblaje básico de la siguiente manera .

Haciendo referencia ahora a las Figuras 12A a 12H, el cable 142 empieza con un núcleo de cable 130 que tiene un primer componente metálico en forma de un conductor de tubo con hendidura 133 que envuelve una pluralidad de fibras ópticas 131 rodeadas por un material polimérico 132 proporcionado como se muestra en las Figuras 12A y 12B. Una primera capa 134 de material polimérico se extruye sobre el tubo con hendidura 133, como se muestra en la Figura 12B, sobre el cual se cablea una capa conductora de servicio 135, formada a partir de cobre u otro material metálico, para proporcionar otro conductor al núcleo de cable 130 como se muestra en la Figura 12C. Se extruyen una segunda capa polimérica 136 del material de fluoropolimero-CFR y una tercera capa polimérica opcional 137 sobre el núcleo de cable 130, como se muestra en la Figura 12D. Un segundo componente metálico en forma de una capa de miembros de refuerzo de hilo de armadura 138 se cablea a un ángulo de tendido sobre el núcleo de cable mostrado en la Figura 12E. En una etapa mostrada en la Figura 12F, puede extruirse una tercera capa polimérica 139 del material de fluoropolimero-CFR u otro material polimérico adecuado, por encima para envolver los miembros de refuerzo de hilo de armadura 138. La capa 139 de material de fluoropolimero-CFR se une al núcleo para crear un sistema de encamisado unido. Puede colocarse un tercer componente metálico en forma de una segunda capa de miembros de refuerzo de hilo de armadura 140 a contrahélice respecto a la armadura 138, seguido de una camisa de fluoropolimero-CFR 141 externa para completar el cable 142.

Haciendo referencia ahora a la Figura 9, se muestra otra realización de un cable de fibra óptica 90. El cable 90 incluye un núcleo de cable formado como una unidad de fibra óptica o un microcable de fibra óptica que comprende tres fibras ópticas 91 encerradas en un tubo metálico 92 o similar. Como un ejemplo, la unidad de fibra óptica está formada por fibras ópticas 91 de 50 mm de diámetro para formar una unidad de aproximadamente 0,030" o 0,75 mm de diámetro. Dispuesto alrededor de la unidad de fibra óptica hay un tubo de cobre con hendidura 93, que aumenta el diámetro del cable a aproximadamente 0,052" o 1,32 mm. Los tubos 92 y 93 forman un primer componente metálico. Se dispone una camisa de PEEK (termoplástico polimérico orgánico de poliéter éter cetona) 94 alrededor del tubo de cobre con hendidura 93, que aumenta el diámetro del cable a aproximadamente 0,068" o 1,73 mm. Una capa de miembros de hilo de armadura interna 95 que comprende aproximadamente dieciocho miembros de hilo de armadura se dispone alrededor de la camisa de PEEK, lo que aumenta el diámetro del cable a aproximadamente 0,110" o 2,79 mm. Los miembros de hilo de armadura internos 95 pueden ser miembros de hilo de armadura sólidos. Una capa de miembros de hilo de armadura externa 96 que comprende aproximadamente diecisiete miembros de hilo de armadura se dispone alrededor de la capa de hilo de armadura interna 95, lo que aumenta el diámetro del cable a aproximadamente 0,155" o 3,94 mm. Los miembros de hilo de armadura externos 96 pueden ser armaduras externas de 3 hebras o un único hilo de armadura sólida de la misma dimensión que las armaduras externas de 3 hebras que está empotrado en una matriz compuesta polimérica con una superficie externa suave. Cada una de las capas de hilo de armadura 95, 96 puede encerrarse en un material polimérico tal como las capas 81a y 81b descritas anteriormente en este documento. Las capas de hilo de armadura 95, 96 forman un segundo componente metálico. Una camisa externa polimérica 97 está colocada alrededor de la capa de hilo de armadura externa 96, lo que aumenta el diámetro final del cable 90 a aproximadamente 0,168" o 4,27 mm. Los expertos en la materia apreciarán que el diámetro final del cable 90 puede ser mayor (tal como hasta aproximadamente 0,200" (5,08 mm) o mayor) o menor que lo descrito anteriormente en este documento.

Tal cable 90 como se muestra en la Figura 9, o cualquiera de los cables 10, 20, 20a, 30a, 30b, 40, 50, 60, 80a, 80b y 80c, pueden colocarse dentro de una longitud de la tubería flexible 100 de una manera tal como la mostrada en la Figura 10A, y colocarse en una perforación de pozo, como apreciarán los expertos en la materia. El diámetro exterior o externo relativamente pequeño del cable 90 comparado con el diámetro interno de la tubería flexible 100 (cuyo diámetro externo típicamente es entre aproximadamente 2 y 1/8 pulgadas (aproximadamente 53,9 mm) a aproximadamente 3 y 3/4 pulgadas (aproximadamente 95,3 mm) , que ventajosamente no reduce sustancialmente la cantidad de área o volumen interno dentro de la tubería flexible para realizar operaciones de perforación de pozo. La operación de perforación de pozo puede comprender una operación de introducción de tubería flexible que incluye, aunque sin limitación, una operación de bombeo de fluido, una operación de fracturación, una operación de acidificación, una operación de perforación. El cable 90 y/o la tubería flexible 100 pueden fijarse a un dispositivo de perforación de pozo, tal como una herramienta de introducción de tubería flexible en el fondo del pozo 101 o similar, como se muestra en la Figura 10B. En un ejemplo no limitante, el dispositivo o herramienta de perforación de pozo puede comprender un dispositivo de medición para medir una propiedad y generar un dispositivo de salida e interfaz para convertir la salida del dispositivo de medición en una señal óptica o eléctrica. La propiedad puede ser cualquier propiedad que pueda medirse en una perforación tal como, aunque sin limitación, presión, temperatura, temperatura distribuida, pH, cantidad de precipitado, temperatura de fluido, profundidad, luminiscencia química, rayos gamma, resistividad, salinidad, flujo de fluido, compresibilidad de fluido, viscosidad, compresión, tensión, deformación, localización de la herramienta, estado de la herramienta, orientación de la herramienta y combinaciones de las mismas. En algunas realizaciones, el aparato de la invención puede comprender un dispositivo para entrar en una ramificación predeterminada de un pozo multi-lateral . En realizaciones particulares, la perforación de pozo puede ser un pozo multilateral y la propiedad medida ser una orientación de la herramienta o una posición de la herramienta. Los tipos de dispositivos de perforación de pozo pueden comprender una cámara, un calibre, un palpador, un localizador del anillo de la cubierta, un sensor, un sensor de temperatura, un sensor químico, un sensor de presión, un sensor de proximidad, un sensor de resistividad, un sensor eléctrico, un accionador, una herramienta activada ópticamente, un analizador químico, un dispositivo de medición de flujo, un accionador de válvula o un accionador del cabezal de disparo, un accionador de la herramienta, una válvula de inversión, una válvula de retención y un analizador de fluidos. Se puede proporcionar electricidad y telemetría al dispositivo de perforación de pozo mediante el cable 90 u otros cables divulgados anteriormente en este documento. Puede realizarse una diversidad de operaciones de perforación de pozo, tales como estimulación de matriz, limpieza de carga, fracturación, eliminación de incrustaciones, aislamiento zonal, perforación, control de flujo en el fondo del pozo, manipulación de terminación en el fondo del pozo, explotación del pozo, repesca, perforación, molienda, medición de una propiedad física, localización de una pieza del equipo en el pozo, localización de un elemento particular en el pozo, control de una válvula y control de una herramienta, como apreciarán los expertos en la materia.

El cable colocado dentro de la tubería flexible puede proporcionar telemetría y electricidad para transmitir señales, potencia o información desde la perforación del pozo hasta la superficie o desde la superficie hasta la perforación del pozo para un número de operaciones en el fondo del pozo y/o herramientas colocadas en la perforación del pozo en la tubería flexible, como apreciarán los expertos en la materia.

Las realizaciones de un cable de fibra óptica descritas anteriormente proporcionan opciones de encamisado/entubado que incluyen capas poliméricas para mitigar la posibilidad de daños causados por picaduras. Las realizaciones divulgadas en este documento proporcionan cables que comprenden componentes metálicos aislados y segregados que pueden usarse como conductores eléctricos. Las realizaciones ofrecen mayor protección de las fibras ópticas dando como resultado una menor atenuación de la señal y menos fallos de la fibra óptica, y son también más resistentes al colapso bajo tensiones del par de torsión.

La descripción anterior se ha presentado con referencia a las presentes realizaciones. Los expertos en la materia y la tecnología a la que pertenece esta divulgación apreciarán que pueden realizarse alteraciones y cambios en las estructuras y métodos de operación descritos de forma práctica sin alejarse de forma significativa del principio y alcance de esta invención. Por consiguiente, la descripción anterior no debe leerse como perteneciente únicamente a las estructuras precisas descritas y mostradas en los dibujos adjuntos, sino que no obstante debe leerse como consistente con y como soporte para las siguientes reivindicaciones, que deben tener el alcance máximo y más equitativo.

Claims (20)

Reivindicaciones

1. Un método para realizar una operación de perforación de pozo para penetrar en una formación subterránea utilizando un cable de doble uso para transmitir energía eléctrica y datos en operaciones de perforación de pozo, que comprende: proporcionar un cable de doble uso, comprendiendo el cable de doble uso al menos una fibra óptica que se extiende longitudinalmente; un primer componente metálico que rodea a la al menos una fibra óptica; una capa de material polimérico que rodea y envuelve el primer componente metálico, en el que la al menos una fibra óptica está adaptada para transmitir datos y el primer componente metálico está adaptado para transmitir al menos uno de energía eléctrica y datos; y un segundo componente metálico formado como al menos uno de un tubo metálico externo y una pluralidad de miembros de refuerzo de hilo de armadura y otra capa de material polimérico que rodea y envuelve el material de la capa polimérica, el segundo componente metálico se encuentra empotrado en la otra capa de material polimérico; colocar el cable de doble uso en la perforación de pozo; y realizar al menos una operación de perforación de pozo con el cable.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que se coloca al menos una fibra óptica en un microcable de fibra óptica que tiene al menos otra fibra óptica.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el primer componente metálico es uno de un tubo, un tubo con hendidura y un hilo de armadura o de cobre ranurado.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que al menos una de la capa de material polimérico y la otra capa de material polimérico están formadas a partir de un fluoropolimero-CFR, un fluoropolimero no reforzado o un material PEEK.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la operación de perforación de pozo comprende al menos una de una operación de bombeo de fluido, una operación de fracturación, una operación de acidificación, una operación de perforación y una operación de introducción de tubería flexible .

6. El método de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende además encerrar el cable de doble uso que tiene los miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrados en la otra capa de material polimérico en un tubo metálico.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende además colocar el cable de doble uso en una longitud de tubería flexible y en el que el cable de doble uso no reduce sustancialmente la cantidad de área o volumen interno dentro de la tubería flexible para realizar la operación de perforación de pozo.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende además formar el primer componente metálico a partir de un tubo con hendidura interno y un tubo con hendidura externo, separados por una capa de material polimérico .

El método de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende además formar el primer componente metálico a partir de un tubo interno y un tubo con hendidura externo.

10. Un cable de doble uso para transmitir energía eléctrica y datos en operaciones de perforación de pozo, que comprende: al menos una fibra óptica que se extiende longitudinalmente; un primer componente metálico que rodea la al menos una fibra óptica; una capa de material polimérico que rodea y envuelve el primer componente metálico, en el que la al menos una fibra óptica está adaptada para transmitir datos y el primer componente metálico está adaptado para transmitir al menos uno de energía eléctrica y datos; y un segundo componente metálico gue rodea y envuelve la capa de material polimérico, estando formado el segundo componente metálico como al menos uno de un tubo metálico externo y una pluralidad de miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrados en otra capa de material polimérico, en el que el cable de doble uso está colocado dentro de una longitud de la tubería flexible y en el que cable de doble uso no reduce sustancialmente la cantidad de área o volumen interno dentro de la tubería flexible para realizar la operación de perforación de pozo.

11. El cable de acuerdo con la reivindicación 10 que comprende una pluralidad de fibras ópticas que se extienden longitudinalmente, siendo el primer componente metálico un tubo metálico fino, estando formada la capa de material polimérico a partir de un fluoropolímero-CFR, fluoropolímero no reforzado o material PEEK, y siendo el segundo componente metálico un tubo metálico.

12. El cable de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la al menos una fibra óptica que se extiende longitudinalmente es un microcable de fibra óptica, el primer componente metálico es un tubo con hendidura, y el segundo metálico son dos capas de miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrados en material polimérico.

13. El cable de acuerdo con la reivindicación 12 que comprende además un tubo metálico externo que rodea el segundo componente metálico.

14. El cable de acuerdo con la reivindicación 10 que comprende además una pluralidad de fibras ópticas que se extiende longitudinalmente, siendo el primer componente metálico un tubo metálico y siendo el segundo componente metálico dos capas de miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrados en material polimérico.

15. El cable de acuerdo con la reivindicación 10 que comprende además una pluralidad de fibras ópticas que se extienden longitudinalmente, siendo el primer componente metálico una pluralidad de tubos con hendidura cada uno de los cuales rodea una de las fibras ópticas asociadas, y siendo el segundo componente metálico una capa de miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrados en material polimérico.

16. El cable de acuerdo con la reivindicación 10 que comprende además una pluralidad de fibras ópticas que se extiende longitudinalmente, siendo el primer componente metálico una pluralidad de hilos de armadura con hendidura cada uno de los cuales recibe una de las fibras ópticas asociadas en una ranura que se extiende longitudinalmente, y siendo el segundo componente metálico una capa de miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrados en material polimérico .

17. El cable de acuerdo con la reivindicación 10 que comprende además una pluralidad de fibras ópticas que se extienden longitudinalmente, siendo el primer componente metálico un primer tubo con hendidura que rodea las fibras ópticas y un segundo tubo con hendidura que rodea el primer tubo con hendidura, y siendo el segundo componente metálico dos capas de miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrados en material polimérico.

18. El cable de acuerdo con la reivindicación 10 que comprende además una pluralidad de fibras ópticas que se extienden longitudinalmente, siendo el primer componente metálico un tubo que rodea las fibras ópticas y un tubo con hendidura que rodea el tubo, y siendo el segundo componente metálico dos capas de miembros de refuerzo de hilo de armadura empotrados en material polimérico y rodeados por una camisa externa polimérica.

19. El cable de acuerdo con la reivindicación 10 en el que el cable está adaptado para realizar al menos una operación de perforación de pozo.

20. El cable de acuerdo con la reivindicación 19 en el que la al menos una operación de pozo se realiza junto con al menos una operación de introducción de tuberías flexibles.