Métodos y sistemas para caracterizar taponamientos de partículas LCM y reología en tiempo real.

Una celda de ensayo (106, 600, 800) para analizar un fluido que comprende:

una primera parte interior cónica (306, 606);

un dispositivo de posicionamiento axial (304, 708, 808) posicionado a lo largo del eje de la celda de ensayo; un primer tapón cónico (302, 602, 702, 802) acoplado al dispositivo de posicionamiento axial;

en la que el primer tapón cónico es móvil dentro y fuera de la primera parte interior cónica a lo largo del eje de la celda de ensayo;

una entrada de fluido (312) en una primera localización en la celda de ensayo;

una salida de fluido (314) en una segunda localización en la celda de ensayo,

estando la celda de ensayo caracterizada por una escobilla (316, 710) acoplada al dispositivo de posicionamiento axial.

Métodos y sistemas para caracterizar taponamientos de partículas LCM y reología en tiempo real Antecedentes La presente invención se refiere en líneas generales a métodos y sistemas para la caracterización de materiales y más particularmente, a métodos y sistemas para caracterizar fluidos de barrenado cargados con LCM (material de pérdida de circulación) y otros materiales sólidos.

Las operaciones de barrenado desempeñan un papel importante cuando se explotan pozos de petróleo, gas o agua o cuando se extraen minerales y similares. Durantes las operaciones de barrenado un trépano de perforación pasa a través de diversas capas de los estratos terrestres según desciende hasta una profundidad deseada. Los fluidos de barrenado se emplean habitualmente durante las operaciones de barrenado y realizan varias funciones importantes incluyendo, aunque sin limitación, retirar los cortes del pozo hasta la superficie, controlar las presiones de formación, sellar las formaciones permeables, minimizar los daños a la formación, y enfriar y lubricar el trépano de perforación.

Cuando el trépano de perforación pasa a través de estratos porosos, fracturados o cavernosos tales como arena, grava, esquisto, caliza y similares, la presión hidrostática causada por la columna vertical del fluido de barrenado excede la capacidad de la formación terrestre adyacente de soportar esta presión. Por consiguiente, se pierde algo de fluido de barrenado en la formación y no logra volver a la superficie. Esta pérdida puede ser cualquier fracción hasta una pérdida completa del volumen en circulación total de fluido de barrenado. Esta condición se conoce generalmente en la técnica como pérdida de circulación. No lograr controlar la pérdida de circulación aumenta el coste de la perforación y puede dañar las capacidades de producción de la formación.

La práctica general es añadir cualquier cantidad de materiales al fluido de barrenado que actúan reduciendo o evitando el flujo saliente del fluido de barrenado en un estrato poroso y o fracturado reduciendo o evitando de este modo la pérdida de circulación. Los materiales usados en este proceso se mencionan habitualmente como materiales de pérdida de circulación ("LCM") . Algunos materiales normalmente usados como LCM incluyen, aunque sin limitación, fibra de madera, palomitas de maíz, paja, virutas de corteza, corcho molido, mica, minerales molidos y clasificados y similares.

Para entender mejor el funcionamiento de un fluido de barrenado cargado con LCM y/u otros materiales sólidos en el campo, sería deseable caracterizar y estudiar el fluido de barrenado. Actualmente, dichos ensayos se realizan en el campo. Los ensayos de campo actualmente están centrados en el dispositivo de filtración HTHP configurado por API convencional. En este dispositivo el usuario puede seleccionar medios porosos de diversos tamaños de entrada de poro. En algunos casos, se ha usado una placa plana con un o más huecos ranurados. Sin embargo, la realización de estos ensayos en el campo tiene varias desventajas.

Una desventaja del enfoque actual es que el fluido de barrenado no puede analizarse en detalle ya que el análisis se limitará al equipo existente tal como las anchuras de ranura y ángulos existentes. Además, la realización de dicho análisis en el campo sería cara y larga.

Se describe una instalación de la técnica previa para evaluar materiales de pérdida de circulación por Loeppke y 45 Caskey en Geothermal Resources Council Transactions, vol. 7 (1983) , páginas 449-454.

Se conoce una celda de ensayo para analizar un fluido, es decir, para medir su viscosidad, a partir del documento US 3016734, donde la celda de ensayo comprende un tapón cónico y una pared interior cónica.

Figuras Algunas realizaciones ejemplares específicas de la descripción pueden entenderse por referencia, en parte, a la siguiente descripción y los dibujos adjuntos.

La Figura 1 es un sistema de caracterización de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención. Las Figuras 2A-2F representan las etapas en la preparación de un fluido de barrenado de muestra. La Figura 3 es una celda de ensayo de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención. La Figura 4 es una vista ampliada de un tapón formado en una celda de ensayo de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención.

La Figura 5 representa una representación gráfica de la simulación de algunos datos de ensayo esperados de una celda de ensayo de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención. La Figura 6 representa una celda de ensayo de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención. La Figura 7 representa una celda de ensayo de acuerdo con una realización ejemplar de la presente invención. La Figura 8 representa una celda de ensayo no de acuerdo con la presente invención.

Aunque se ha representado y descrito realizaciones de esta descripción y se definen por referencia a realizaciones ejemplares de la descripción, dichas referencias no implican una limitación sobre la descripción, y no debe inferirse dicha limitación. La materia objeto descrita tiene capacidad de modificaciones considerables, que se les ocurrirán a los especialista en la técnica pertinente y teniendo el beneficio de esta descripción. Las realizaciones representadas y descritas de esta descripción son solamente ejemplos, y no son exhaustivas del alcance de esta descripción.

Sumario En un primer aspecto, la presente invención proporciona una celda de ensayo definidas en la reivindicación 1. En un segundo aspecto, la presente invención proporciona un uso definido en la reivindicación 9. En un tercer aspecto, la presente invención proporciona un uso definido en la reivindicación 12. En un cuarto aspecto, la presente invención proporciona un uso definido en la reivindicación 16. En un quinto aspecto, la presente invención proporciona un uso definido en la reivindicación 18. Se definen características adicionales en las reivindicaciones dependientes.

La presente invención relates se refiere en líneas generales a métodos y sistemas para la caracterización de materiales y más particularmente, a métodos y sistemas para caracterizar fluidos de barrenado cargados con LCM (material de pérdida de circulación) y otros materiales sólidos.

Las características y ventajas de la presente descripción serán muy evidentes para los especialistas en la técnica tras una lectura de la descripción de realizaciones ejemplares, a continuación.

Descripción La Figura 1 representa un sistema de caracterización 100 de acuerdo con una realización de la presente invención. En una realización ejemplar, el sistema de caracterización 100 comprende un sistema de mezcladora de ensayo piloto (PTM) 102, un sistema de agotamiento de LCM 104 acoplado al sistema PTM 102 y una celda de ensayo 106 acoplada al sistema de agotamiento de LCM 104. Como apreciarían los especialistas en la técnica, dos componentes se consideran acoplados entre sí cuando puede fluir fluido desde uno hasta el otro. Además, el acoplamiento no requiere que los componentes estén conectados directamente.

Las Figuras 2A-2F representan el funcionamiento del sistema PTM 102 donde se prepara el fluido de barrenado a analizar. El sistema PTM 102 proporciona la adición y mezcla de cantidades conocidas de productos LCM al fluido de barrenado. El sistema PTM 102 comprende una cubeta de mezcla 202 donde se prepara la mezcla de fluido de barrenado. Como se representa en la Figura 2A, una bomba de suministro de lodos 204 añade primero el lodo de barrenado a la cubeta de mezcla 202. Una vez añadido el lodo de barrenado a la cubeta de mezcla 202 (Figura 2B) , la cubeta de mezcla 202 se coloca en posición para la adición de diferentes productos desde las unidades de almacenamiento de producto 206, 208, 210. El producto 1 (206) , producto 2 (208) y producto 3 (210) se añaden a la cubeta de mezcla 202 como se representa en las Figuras 2C, 2D y 2E respectivamente. Aunque se representan tres productos siendo añadidos a la cubeta de mezcla 202, como apreciarían los especialistas en la técnica, con el beneficio de esta descripción, pueden añadirse uno o más productos al lodo de barrenado dependiendo del fluido de barrenado que se esté analizando. Además, en una realización, puede no haber productos añadidos al lodo de barrenado con el fin de analizar el propio lodo de barrenado. Los productos 1, 2, y 3 pueden ser LCM u otros materiales adecuados para su adición al lodo de barrenado.

Una vez se han añadido todos los productos a la cubeta de mezcla 202, un dispositivo de cierre 212 cierra la cubeta de mezcla 202 y mezcla los contenidos en la misma preparando... [Seguir leyendo]

1. Una celda de ensayo (106, 600, 800) para analizar un fluido que comprende:

una primera parte interior cónica (306, 606) ; un dispositivo de posicionamiento axial (304, 708, 808) posicionado a lo largo del eje de la celda de ensayo; un primer tapón cónico (302, 602, 702, 802) acoplado al dispositivo de posicionamiento axial; en la que el primer tapón cónico es móvil dentro y fuera de la primera parte interior cónica a lo largo del eje de la celda de ensayo;

una entrada de fluido (312) en una primera localización en la celda de ensayo; una salida de fluido (314) en una segunda localización en la celda de ensayo, estando la celda de ensayo caracterizada por una escobilla (316, 710) acoplada al dispositivo de posicionamiento axial.

2. Una celda de ensayo de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una bomba de desplazamiento positivo (110, 112) , en donde la bomba de desplazamiento positivo contra el flujo de fluido a través de la celda de ensayo.

3. Una celda de ensayo de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente:

un segundo tapón cónico (704, 804) acoplado al dispositivo de posicionamiento axial; en la que el segundo tapón cónico (704, 804) es móvil hacia dentro y hacia fuera de una segunda parte interior cónica a lo largo del eje de la celda de ensayo.

4. Una celda de ensayo de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende adicionalmente:

un tercer tapón cónico acoplado al dispositivo de posicionamiento axial; en la que el tercer tapón cónico es móvil hacia dentro y hacia fuera de una tercera parte interior cónica a lo largo del eje de la celda de ensayo.

5. Una celda de ensayo de acuerdo con la reivindicación 4, en la que cada uno del primer tapón cónico, el segundo tapón cónico y el tercer tapón cónico se pueden mover independientemente por medio del dispositivo de posicionamiento axial.

6. Una celda de ensayo de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente:

un sistema mezclador de ensayo piloto (102) para añadir y mezclar materiales LCM al fluido; y un sistema de agotamiento de LCM (104) acoplado al sistema mezclador piloto, en donde la celda de ensayo está acoplada al sistema de agotamiento de LCM.

7. Una celda de ensayo de acuerdo con la reivindicación 6, en la que la mezcladora de ensayo piloto comprende:

una cubeta de mezcla (202) ; una bomba de suministro de lodos (204) que se puede acoplar de forma desmontable a la cubeta de mezcla;

una unidad de almacenamiento de producto (206, 208, 210) que se puede acoplar de forma desmontable a la cubeta de mezcla; y un dispositivo de cierre (212) que se puede conectar de forma desmontable a la cubeta de mezcla.

8. Una celda de ensayo de acuerdo con la reivindicación 6, en la que el sistema de agotamiento de LCM comprende:

un filtro (114) para retirar materiales LCM; y un recipiente de residuos (116) acoplado al filtro.

9. Un uso de una celda de ensayo de acuerdo con la reivindicación 1 para determinar un intervalo de funcionamiento 55 óptimo para un fluido, que comprende: crear un hueco entre el primer tapón cónico y la primera parte cónica en la celda de ensayo; hacer fluir el fluido a través del hueco, determinar la eficacia de sellado del fluido mientras se cambia la anchura de hueco; y identificar un intervalo de anchuras de hueco de funcionamiento óptimo para el fluido.

10. Un uso de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la eficacia de sellado del fluido se determina basándose en factores seleccionados entre el grupo que consiste en velocidad de sellado y pérdida total de fluido en un periodo de tiempo fijo.

11. Un uso de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el fluido es un fluido de barrenado.

12. Un uso de una celda de ensayo de acuerdo con la reivindicación 1 para medir la reología de un primer fluido que comprende:

hacer pasar el primer fluido a través de un hueco formado entre el primer tapón cónico y la primera parte cónica de la celda de ensayo; medir una bajada de presión a lo largo del hueco; usar la medición de la bajada de presión para determinar una tensión de corte; medir el caudal del primer fluido a través del hueco; usar la medición del caudal y la geometría de flujo para determinar una velocidad de corte promedio; predecir los parámetros del modelo reológico del primer fluido usando la tensión de corte y la velocidad de corte promedio.

13. Un uso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que los parámetros del modelo reológico se seleccionan entre el grupo que consiste en: viscosidad plástica, límite elástico del modelo Bingham y parámetros del modelo Herschel-Bulkley.

14. Un uso de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende adicionalmente:

hacer pasar un segundo fluido a través del hueco formado entre el primer tapón cónico y la primera parte cónica de la celda de ensayo; medir una bajada de presión a lo largo del hueco; usar la medición de la bajada de presión para determinar una tensión de corte; medir el caudal del segundo fluido a través del hueco; usar la medición del caudal para determinar una velocidad de corte promedio; predecir un modelo reológico del segundo fluido usando la tensión de corte y la velocidad de corte promedio; y comparar el modelo reológico del primer fluido y del segundo fluido.

15. Un uso de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el primer fluido es un fluido cargado con LCM y el segundo fluido es un fluido libre de partículas LCM.

16. Un uso de una celda de ensayo de acuerdo con la reivindicación 1 para optimizar la eficacia de sellado, que comprende:

crear un hueco entre el primer tapón cónico y la primera parte cónica en la celda de ensayo; en el que la anchura de hueco simula una anchura de fractura; hacer fluir un primer fluido a través del hueco; determinar la eficacia de sellado del primer fluido de barrenado; mover el dispositivo de posicionamiento axial para mover la escobilla para limpiar el hueco; hacer fluir un segundo fluido a través del hueco; determinar la eficacia de sellado del segundo fluido; y determinar cuál entre el primer fluido y el segundo fluido es más eficaz en el sellado del hueco.

17. Un uso de acuerdo con la reivindicación 16, en el que la determinación de la eficacia de sellado comprende identificar el volumen de un fluido necesario para sellar el hueco.

18. Un uso de una celda de ensayo de acuerdo con la reivindicación 1 para optimizar la eficacia de sellado que comprende:

crear un hueco entre el primer tapón cónico y la primera parte cónica en la celda de ensayo; en el que la anchura de hueco simula una anchura de fractura; hacer fluir un primer fluido a través del hueco; determinar la eficacia de sellado del primer fluido; hacer fluir un segundo fluido a través del hueco; determinar la eficacia de sellado de una mezcla del primer fluido y del segundo fluido; determinar si el segundo fluido ha potenciado la eficacia de sellado del primer fluido.