Aparato y método para medir la impedancia acústica de fluidos de pozo.
Sección de medición (340) para una herramienta de fondo de pozo (300),
que comprende:
una placa objetivo (520);
un transductor (510), dispuesto en un primer lado de la placa objetivo (520), dirigido hacia la placa objetivo (520);
en la que el primer lado de la placa (520) está abierto a un fluido de pozo cuando se encuentra en funcionamiento;
caracterizada porque dicha sección de medición (340) comprende además una caja (540), formada sobre un segundo lado de la placa objetivo (520), en el lado opuesto del primer lado, y porque la caja (540) encierra un volumen de una impedancia acústica más baja que la del fluido de pozo.
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12183600.
Solicitante: WEATHERFORD/LAMB INC.
Inventor/es: ROBERTS,EDWIN K, TELLO,LUCIO NELSON.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- E21B47/10 CONSTRUCCIONES FIJAS. › E21 PERFORACION DEL SUELO O DE LA ROCA; EXPLOTACION MINERA. › E21B PERFORACION DEL SUELO O DE LA ROCA (explotación minera o de canteras E21C; excavación de pozos, galerías o túneles E21D ); EXTRACCION DE PETROLEO, GAS, AGUA O MATERIALES SOLUBLES O FUNDIBLES O DE UNA SUSPENSION DE MATERIAS MINERALES A PARTIR DE POZOS. › E21B 47/00 Prospecciones en los orificios de perforación o en los pozos (vigilancia de la presión o de la corriente del fluido de perforación E21B 21/08). › Localización de fugas, intrusiones o movimientos del fluido.
- G01V1/44 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01V GEOFISICA; MEDIDA DE LA GRAVITACION; DETECCION DE MASAS U OBJETOS; MARCAS O ETIQUETAS DE IDENTIFICACION (medios para indicar dónde se encuentran personas sepultadas accidentalmente, p. ej. por la nieve A63B 29/02). › G01V 1/00 Sismología; Prospección o detección sísmica o acústica. › utilizando generadores y receptores situados en el mismo pozo (G01V 1/52 tiene prioridad).
PDF original: ES-2520090_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Aparato y método para medir la impedancia acústica de fluidos de pozo
CAMPO TÉCNICO
[0001] La presente invención se refiere al campo de las herramientas de fondo de pozo, y en concreto a una herramienta de fondo de pozo para medir la impedancia acústica de fluidos de pozo.
ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA
[0002] En diversos procesos industriales que comportan material fluido, resulta de utilidad conocer las propiedades de los fluidos implicados. Entre esas propiedades de los fluidos se incluyen, por ejemplo, la velocidad del sonido, la densidad, la compresibilidad, la reflectancia, la impedancia acústica, la viscosidad y la atenuación. Conocer los valores de dichas propiedades diversas puede utilizarse para ajustar los parámetros de un proceso o advertir de un accidente inminente. En muchas aplicaciones, como en la perforación (sondeo) de pozos de petróleo y gas, la densidad de fluido es particularmente interesante. Es importante conocer la densidad del fluido de perforación (también denominado lodo de perforación) durante una operación de perforación con el objetivo de evitar un reventón del pozo.
[0003] En una operación de perforación, el fluido de perforación se bombea por la sarta de perforación (fundamentalmente un tubo muy largo), sale por la barrena y luego vuelve a la superficie dentro de un espacio anular que se crea entre el exterior del tubo y el interior del sondeo. A medida que la barrena perfora las formaciones geológicas, pasa por zonas que contienen diversos fluidos, entre los que se incluyen fluidos ligeros como agua salada, petróleo (hidrocarburos) y gas natural. Si la presión dentro de la zona es mayor que la presión dentro del sondeo, dichos fluidos entrarán en el sondeo y se mezclarán con el fluido de perforación. Cuando se mezclan fluidos ligeros con fluido de perforación, la densidad de este disminuye. Si el peso total de fluido dentro del sondeo disminuye en gran medida, puede dar lugar a un reventón cuando se entra en una zona de alta presión. Por tanto, resulta de gran importancia supervisar con exactitud la densidad del fluido de perforación. A la hora de producir pozos, la densidad de fluido, junto con otras mediciones, se utiliza para inferir las proporciones de petróleo, agua y gas natural que produce el pozo a distintas profundidades del pozo. Son conocidos los instrumentos de diagrafia para medir la densidad de fluido.
[0004] Una herramienta de escáner radial ultrasónico mide la impedancia acústica de materiales inmediatamente detrás del entubado de un pozo, a partir de donde puede que se infiera la densidad y otras propiedades. Normalmente, se utiliza un transductor ultrasónico montado en una cabeza giratoria para realizar la medición de la impedancia acústica detrás de la pared del entubado. Normalmente, esta medición se realiza por medio de un impulso ultrasónico para excitar la pared del entubado en el modo de vibración en espesor y a través de la medición del contenido energético de la amplitud de la onda ultrasónica de retorno. Los valores de impedancia acústica se utilizan entonces para identificar el material detrás del entubado. La medición se ve afectada hasta cierto punto por la impedancia acústica del fluido dentro del entubado. Se lograrla un resultado más exacto de medición de la impedancia acústica del material detrás del entubado si se corrigiera por la influencia de la impedancia acústica del fluido dentro del entubado.
[0005] Las patentes de los Estados Unidos n.os 4.685.092 y 6.041.861 describen métodos de correlación de la impedancia acústica del fluido de pozo con la velocidad del sonido en dicho fluido. La patente de los Estados Unidos n.° 6.050.141 describe un método para medir la impedancia acústica del fluido en un pozo, en concreto de cemento fresco en pozos en proceso de preparación para el abandono.
[0006] La FIG. 1 es un diagrama de una parte 100 de un transductor de fluidos de una herramienta de escáner radial ultrasónico de la técnica anterior de Weatherford International, Inc., el cesionario de la presente solicitud. En esta herramienta, se monta un segundo transductor 110 en una ubicación fija en la caja 150 y utiliza una placa 120 de propiedades conocidas y a una distancia conocida del transductor 110 como objetivo de referencia. La caja 150 está abierta al fluido de pozo, lo que permite que el fluido de pozo entre en las cámaras 130 y 140, de modo que la placa 120 tiene fluido de pozo a ambos lados. El transductor 110 y la placa objetivo 120 se utilizan para medir la velocidad del sonido del fluido de pozo dentro del entubado de pozo. La velocidad del sonido se utiliza entonces con la información del tiempo de vuelo del transductor en la cabeza giratoria para determinar el diámetro interior del entubado.
[0007] En el pasado se creía que se podían obtener unas buenas mediciones de la impedancia acústica del fluido de pozo al medir el decrecimiento de las ondas ultrasónicas de retorno de la placa 120 con fluido de pozo a ambos lados, únicamente por medio del transductor 110 y la placa conocida 120. Sin embargo, cuando se intentó, se obtuvieron resultados incoherentes. Seria deseable un sistema mejor para llevar a cabo dichas
mediciones.
[0008] El documento US 2006/067162 describe un sistema acústico de diagrafía de sondeo para parámetros de un entorno de sondeo de pozo en el que la respuesta acústica de onda completa de un transductor de barrido se utiliza para medir parámetros indicativos de una condición de un tubo que reviste el sondeo de pozo, llenando la unión del tubo al material un espacio anular formado por la superficie exterior del tubo y la pared del sondeo, la distribución del material que llena el espacio anular y el espesor del tubo.
[0009] El documento US 4.571.693 describe un aparato y método para medir características de fluidos. Una sonda emplea un emisor y receptor de ultrasonidos tanto para transmitir como para recibir la señal ultrasónica.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
[0010] Según un primer aspecto de la presente invención, se ofrece una sección de medición según la reivindicación 1.
[0011] La caja puede que contenga un gas de una impedancia acústica más baja que la del fluido de pozo.
[0012] La caja puede que encierre un vacío.
[0013] La sección de medición puede que comprenda además un mandril, abierto para una entrada de fluido de pozo cuando se encuentra en funcionamiento. La placa objetivo, el transductor y la caja puede que estén dispuestos dentro del mandril.
[0014] La caja puede que esté soldada por haz de electrones a la placa objetivo.
[0015] La caja y la placa objetivo puede que comprendan al menos uno de: una unidad integrada que forma la placa objetivo y las paredes de la caja; y una tapa, sellada a las paredes de la caja.
[0016] La caja puede que esté sellada con la placa objetivo.
[0017] Según un aspecto adicional, se ofrece una herramienta de fondo de pozo según la reivindicación 2.
[0018] La sección mecánica puede que comprenda además una sección de transductor ultrasónico giratorio, dispuesta con la sección de medición.
[0019] La caja puede que contenga un gas de una impedancia acústica más baja que la del fluido de pozo.
[0020] La caja puede que encierre un vacío.
[0021] La sección de medición puede que comprenda además un mandril, abierto para una entrada de fluido de pozo cuando se encuentra en funcionamiento. La placa objetivo, el transductor y la caja puede que estén dispuestos dentro del mandril.
[0022] La caja puede que esté soldada por haz de electrones a la placa objetivo.
[0023] La caja y la placa objetivo puede que comprendan al menos uno de: una unidad Integrada que forma la placa objetivo y las paredes de la caja; y una tapa, sellada a las paredes de la caja.
[0024] La caja puede que esté sellada con la placa objetivo.
[0025] Según un aspecto adicional, se ofrece un método según la reivindicación 10.
[0026] El método puede que comprenda además el cálculo de una densidad de fluido de pozo a partir de la impedancia acústica del fluido de pozo y la velocidad del sonido en el fluido de pozo.
[0027] La acción de medir una energía absorbida y retransmitida por la placa objetivo puede que comprenda la medición de una energía absorbida y retransmitida por la placa objetivo durante una ventana de amortiguación de resonancia tras una reflexión Inicial de energía por la placa objetivo.
[0028] La acción de encerrar un volumen en un lado de la placa objetivo opuesto al transductor, presentando el volumen una impedancia acústica más baja que la del fluido de pozo, puede que comprenda el llenado del volumen de un gas que presenta una Impedancia... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Sección de medición (340) para una herramienta de fondo de pozo (300), que comprende:
una placa objetivo (520);
un transductor (510), dispuesto en un primer lado de la placa objetivo (520), dirigido hacia la placa objetivo (520);
en la que el primer lado de la placa (520) está abierto a un fluido de pozo cuando se encuentra en funcionamiento;
caracterizada porque dicha sección de medición (340) comprende además una caja (540), formada sobre un segundo lado de la placa objetivo (520), en el lado opuesto del primer lado, y porque la caja (540) encierra un volumen de una impedancia acústica más baja que la del fluido de pozo.
2. Herramienta de fondo de pozo (300), que comprende:
un primer centralizador (310);
una sección de conjunto electrónico (320), dispuesta con el primer centralizador (310); y una sección mecánica (330), que comprende:
una sección de medición (340) según la reivindicación 1.
3. Sección de medición (340) según la reivindicación 1 o herramienta de fondo de pozo (300) según la reivindicación 2, en la que la caja (540) contiene un gas de una impedancia acústica más baja que la del fluido de pozo.
4. Sección de medición (340) según la reivindicación 1 o 3 o herramienta de fondo de pozo (300) según la reivindicación 2 o 3, en la que la caja (540) encierra un vacío.
5. Sección de medición (340) según la reivindicación 1, 3 o 4 o herramienta de fondo de pozo (300) según la reivindicación 2, 3 o 4, que comprende además:
un mandril (550) abierto para una entrada de fluido de pozo cuando se encuentra en funcionamiento, en la que la placa objetivo (520), el transductor (510) y la caja (540) están dispuestos dentro del mandril (550).
6. Sección de medición (340) según la reivindicación 1, 3, 4 o 5 o herramienta de fondo de pozo (300) según la reivindicación 2, 3, 4 o 5, en la que la caja (540) está soldada por haz de electrones a la placa objetivo (520).
7. Sección de medición (340) según la reivindicación 1, 3, 4, 5 o 6, en la que la caja (540) y la placa objetivo (520) comprenden:
una unidad integrada que forma la placa objetivo (520) y las paredes de la caja (540); y una tapa (710), sellada a las paredes de la caja (540).
8. Sección de medición (340) según la reivindicación 1, 3, 4, 5, 6, o 7 o herramienta de fondo de pozo (300) según la reivindicación 2, 3, 4, 5, 6 o 7, en la que la caja (540) está sellada con la placa objetivo (520).
9. Herramienta de fondo de pozo (300) según la reivindicación 8, en la que la sección mecánica (330) comprende además:
una sección de transductor ultrasónico giratorio (370).
10. Método que comprende:
el llenado de un volumen entre un transductor (510) y una placa objetivo (520) de un fluido de pozo;
el cierre de un volumen en un lado de la placa objetivo (520) opuesto al transductor (510), presentando el volumen una impedancia acústica más baja que la del fluido de pozo;
el envío de impulsos ultrasónicos desde el transductor (510) de una herramienta de fondo de pozo (300)
hacia la placa objetivo (520);
la medición de una velocidad del sonido en el fluido de pozo; y la medición de una impedancia acústica del fluido de pozo, que comprende:
la medición de una energía absorbida y retransmitida por la placa objetivo (520).
11. Método según la reivindicación 10, que comprende además:
el cálculo de una densidad del fluido de pozo a partir de la impedancia acústica del fluido de pozo y la velocidad del sonido en el fluido de pozo.
12. Método según la reivindicación 10 u 11, en el que la acción de medir una energía absorbida y retransmitida por la placa objetivo (520) comprende:
la medición de una energía absorbida y retransmitida por la placa objetivo (520) durante una ventana de amortiguación de resonancia que sigue a una reflexión inicial de energía por la placa objetivo (520).
13. Método según la reivindicación 10, 11 o 12, en el que la acción de encerrar un volumen en un lado de la placa objetivo (520) opuesto al transductor (510), presentando el volumen una impedancia acústica más baja que la del fluido de pozo, comprende:
el llenado del volumen de un gas que presenta una impedancia acústica más baja que la del fluido de pozo; o
la creación de un vacío en una caja (540) fijada a la placa objetivo (520).
14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que la acción de encerrar un volumen en un lado de la placa objetivo (520) opuesto al transductor (510), presentando el volumen una impedancia acústica más baja que la del fluido de pozo, comprende:
la fijación de una caja (540) en el lado de la placa objetivo (520) opuesto al transductor (510) al soldar por haz de electrones la caja (540) a la placa objetivo (520).
15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en el que la acción de encerrar un volumen en un lado de la placa objetivo (520) opuesto al transductor (510), presentando el volumen una impedancia acústica inferior a la del fluido de pozo, comprende:
la formación de una unidad integrada de placa objetivo (520) y paredes de la caja (540);
el cierre de las paredes de la caja (540) con una tapa (710); y
la disposición de la tapa (710) y la unidad integrada de placa objetivo (520) y paredes de la caja (540) de modo que las paredes de la caja (540) y la tapa (710) formen una caja (540) en un lado opuesto de la placa objetivo (520) respecto al transductor (510).
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