BR112018009533B1 - Método e sistema para determinação da eficiência em tempo real da extração de gás a partir do fluido de perfuração em superfície - Google Patents
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Abstract
APARELHO E MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO DA EFICIÊNCIA EM TEMPO REAL DA EXTRAÇÃO DE GÁS A PARTIR DO FLUIDO DE PERFURAÇÃO EM SUPERFÍCIE. Em um aspecto, é divulgado um método para determinação da quantidade de gás selecionado extraído de um fluido de perfuração durante a perfuração de um poço de exploração e da quantidade total de gás presente nesse fluido, e que, em uma modalidade pode incluir: o fluxo do fluido de perfuração através de um coletor de gás a uma vazão constante; extração do gás selecionado liberado a partir do fluido de perfuração que flui através do coletor de gás e determinação, a partir disto, da quantidade do gás extraído do fluido de perfuração; aprisionamento de um volume constante do fluido de perfuração no coletor de gás; extração do gás selecionado liberado a partir do volume constante e determinação, a partir disto, da quantidade total do gás selecionado presente na perfuração durante a perfuração do poço de exploração. O método inclui ainda a determinação da eficiência do processo de extração de gás a partir da quantidade do gás selecionado extraído do fluido que flui através do coletor de gás e da quantidade total do gás no volume constante.
Description
[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente US N° 14/939107, depositado em 12 de novembro de 2015, que é incorporado neste documento por referência em sua totalidade.
[0002] Esta divulgação refere-se, de um modo geral, à extração de hidrocarbonetos e outros elementos a partir do fluido de perfuração fornecido para dentro de um poço de exploração, com fluido de perfuração retornando à superfície ou fazendo uma recirculação a partir do poço de exploração durante a perfuração do poço de exploração.
[0003] Os poços de exploração (também referidos neste documento como “poços") são perfurados em formações subsuperficiais para a produção de hidrocarbonetos (petróleo e gás) aprisionados em zonas de diferentes profundidades. Esses poços são perfurados usando uma coluna de perfuração que inclui um conjunto de perfuração (comumente chamado de “conjunto de fundo de poço” ou “BHA”) no fundo de um tubo de perfuração. A broca de perfuração é acoplada no fundo do conjunto de perfuração. Para perfurar um poço, a coluna de perfuração é conduzida para dentro do poço. A broca de perfuração é girada ao girar a coluna de perfuração a partir da superfície e/ou por um motor de fundo colocado no conjunto de perfuração para desintegrar a rocha na formação subsuperficial. Um fluido de perfuração (comumente referido como "lama") é fornecido sob pressão a partir da superfície para dentro da coluna de perfuração, cujo fluido descarrega-se no fundo da broca de perfuração e retorna à superfície através do espaçamento entre a coluna de perfuração e o poço (referido como o "espaço anular"). O líquido que retorna (também referido neste documento como o "fluido de retorno") contém os fragmentos da rocha desintegrada pela broca de perfuração, comumente referidos como os "cascalhos". Ao perfurar através de uma zona de formação contendo gás (por exemplo, C1-C9, IC4, IC5, metilcicloexano, benzeno, tolueno, CO2, Ar, etc.), condensação e óleo, tais elementos são liberados a partir da zona penetrada no poço de exploração sendo perfurado. Estes elementos liberados são então transportados para a superfície no fluido de perfuração que retorna à superfície. Um gás adicional pode ser liberado na lama a partir do óleo ou condensação devido à mudança das condições de PVT (pressão, volume, temperatura) a partir da subsuperfície à superfície. A quantidade de gás liberado, não ligado ou preso entre os cascalhos, depende da porosidade, da permeabilidade e da saturação de hidrocarbonetos da formação.
[0004] À medida que o fluido de perfuração retorna à superfície, os cascalhos são removidos do fluido de retorno. Os gases no fluido de retorno são extraídos para determinar a quantidade de tais gases presentes no fluido de retorno. Determinar continuamente a quantidade de gases e outros elementos presentes no fluido de retorno que flui de modo contínuo durante a perfuração é frequentemente denominado como "perfilagem de lama". Tipicamente, para determinar tais quantidades, o fluido de perfuração é passado através de um coletor de gás. O ar é fornecido ao fluido no coletor de gás e o fluido é continuamente agitado com um agitador mecânico. Este processo separa o gás aprisionado em fluido de perfuração que flui através do coletor de gás. O gás separado é bombeado para fora do coletor de gás por uma unidade pneumática e fornecido para um dispositivo de medição de gás ou unidade, como um espectrômetro de massa e/ou um cromatógrafo de gás, que determina a quantidade (quantidade) de gás presente por unidade de volume no fluido de perfuração recebeu a partir do poço de exploração durante a perfuração do poço de exploração. Os hidrocarbonetos e sua quantidade liberada a partir da formação no fluido de perfuração de retorno são particularmente relevantes. Esta informação de extração de gás, quando correlacionada com a profundidade da perfuração, é usada pelos operadores para uma variedade de propósitos, incluindo o controle dos parâmetros de perfuração. Dependendo do tipo de fluido de perfuração (à base de água, à base de óleo, sintético), a quantidade de hidrocarbonetos no fluido de perfuração que retorna à superfície pode variar e diferentes componentes de hidrocarbonetos podem ter uma solubilidade diferente no fluido de perfuração usado. Essas medições de extração de gás também podem ser usadas para determinar características, como contato gás/óleo e contato óleo/água. Portanto, há uma necessidade na indústria do petróleo de ter medições confiáveis de componentes de hidrocarbonetos no fluido de perfuração que retorna do poço de exploração. Há também a necessidade de identificar não apenas as razões relativas de diferentes hidrocarbonetos (por exemplo, C1 a C9), mas também a quantidade total de gás na lama de perfuração. Para alcançar isso, é necessário determinar a eficiência de extração de gás do coletor de gás para cada um destes hidrocarbonetos. Essa eficiência de extração de gás precisa ser determinada periodicamente durante a perfuração do poço para a determinação precisa do teor de hidrocarboneto no fluido de retorno.
[0005] A presente divulgação fornece um sistema e métodos para determinar o gás presente em um fluido de perfuração de fluxo contínuo recebido a partir de um poço de exploração e a eficiência de extração de gás desse sistema.
[0006] Em um aspecto, é divulgado um método para determinação da quantidade de gás selecionado extraído de um fluido de perfuração durante a perfuração de um poço de exploração e da quantidade total de gás presente nesse fluido, e que, em uma modalidade pode incluir: o fluxo do fluido de perfuração através de um coletor de gás a uma vazão constante; extração do gás selecionado liberado a partir do fluido de perfuração que flui através do coletor de gás e determinação, a partir disto, da quantidade do gás extraído do fluido de perfuração; aprisionamento de um volume constante do fluido de perfuração no coletor de gás; extração do gás selecionado liberado a partir do volume constante e determinação, a partir disto, da quantidade total do gás selecionado presente na perfuração durante a perfuração do poço de exploração. O método inclui ainda a determinação da eficiência do processo de extração de gás a partir da quantidade do gás selecionado extraído do fluido que flui através do coletor de gás e da quantidade total do gás no volume constante.
[0007] Em outro aspecto, um sistema para determinar a quantidade de um gás selecionado extraído a partir de um fluido de perfuração durante a perfuração do poço de exploração e para determinar a quantidade total de gás presente no fluido de perfuração é divulgado. O sistema, em uma modalidade não limitativa, pode incluir: uma unidade de coletor de gás para fluir o fluido de perfuração através da unidade de coletor de gás, em que a unidade de coletor de gás inclui uma válvula de fluxo de entrada para controlar o fluxo do fluido de perfuração na unidade de coletor de gás, e uma válvula de fluxo de saída para controlar o fluxo de saída do fluido de perfuração a partir da unidade de coletor de gás; um dispositivo de extração de gás para extrair um gás selecionado a partir da unidade de coletor de gás; um dispositivo de medição de gás para receber o gás selecionado extraído pelo dispositivo de extração de gás e determinar a partir do mesmo a quantidade do gás selecionado extraído a partir do fluido que flui através da unidade de coletor de gás, determinando a quantidade total do gás selecionado no fluido de perfuração a partir de um volume constante do fluido de perfuração na unidade de coletor de gás.
[0008] Os exemplos das características mais importantes de um sistema e métodos foram resumidos de forma bastante ampla para que a descrição detalhada que se segue possa ser melhor compreendida, e para que as contribuições para a técnica possam ser apreciadas. Existem, é claro, características adicionais que serão descritas a seguir e que irão formar parte das reivindicações.
[0009] Para uma compreensão detalhada do aparelho e métodos descritos neste documento, deve ser feita referência as figuras anexas e à sua descrição detalhada, em que os elementos semelhantes geralmente recebem os mesmos números e em que:
[00010] A FIG. 1 mostra um diagrama de linha de um sistema de registo de superfície não limitativo de acordo com uma modalidade da presente divulgação para determinar o gás extraído a partir de um fluido de perfuração em fluxo contínuo durante a perfuração de um poço de exploração e a eficiência de extração de gás desse sistema.
[00011] Em geral, a divulgação fornece um sistema e métodos para; (1) calcular ou determinar a quantidade de vários gases (gases selecionados) e outros elementos em uma amostra de fluxo contínuo extraída a partir do fluido de perfuração fornecido a um poço de exploração e/ou o fluido de perfuração que retorna do poço e (2) determinar a eficiência de tal processo de extração. A FIG. 1 é um diagrama esquemático de um sistema de gás 100 que extrai gases (incluindo, mas não se limitando a, C1-C9, CO2, Ar) e outros elementos a partir de um fluido de perfuração de fluxo contínuo fornecido ao poço de exploração a partir da superfície e o fluido de perfuração que retorna do poço e determina a quantidade de gás presente em um tal fluido e a eficiência de tal processo de extração em tempo real. Como é bem conhecido na indústria do petróleo, os poços de exploração perfurados são transportados por uma coluna de perfuração (não mostrada) em um poço de exploração, como o poço de exploração 101, cuja coluna de perfuração inclui um tubo de perfuração, um conjunto de perfuração contendo uma variedade de sensores conectados ao fundo do tubo de perfuração e uma broca de perfuração acoplada ao fundo do conjunto de perfuração. Um fluido de perfuração 110 de um poço de exploração 105 é fornecido sob pressão na coluna de perfuração a partir da superfície enquanto a broca de perfuração é girada para cortar a rocha de formação. O fluido de perfuração 110 descarrega-se no fundo da broca. O fluido 110 retorna à superfície através do espaço anular entre a coluna de perfuração e o poço de exploração, transportando com ele os fragmentos de rocha de formação 114 (referidos como “cascalhos”) cortados pela broca de perfuração. O fluido de retorno 115 inclui o fluido de perfuração 110 e os cascalhos 114.
[00012] Ainda se referindo à FIG. 1, uma bomba 117 extrai o fluido de amostragem 115a a partir do fluido de retorno 115 e bombeia o fluido de amostragem 115a através da linha 121 em uma unidade de coletor de gás ou dispositivo 120 (também referido neste documento como "coletor de gás"). Um dispositivo de controle de fluxo 130, como uma válvula controlada remotamente, é fornecido para controlar a quantidade de fluido 115a bombeado para a unidade de coletor de gás 120. A unidade de coletor de gás 120 inclui uma câmara 122 tendo uma entrada de fluido 129 e uma saída de fluido 127, um agitador de fluido 124 dentro da câmara 122, que pode ser um agitador mecânico, e uma entrada 126 para introduzir ou fornecer ar 128 para a câmara 122. Uma linha de saída de fluxo 142 conectada à saída 127 e tendo um dispositivo de controle de fluxo 140, como uma válvula controlada remotamente, é fornecida para descarregar o líquido 150 a partir da unidade de coletor de gás 120 para o tanque de lama 105. Um aquecedor 148 pode ser fornecido na linha de fluxo 121 para aquecer o fluido 115a a uma temperatura presselecionada antes de fornecer tal fluido para a unidade de coletor de gás 120. Qualquer gás na cabeça da câmara 122 pode ser extraído por uma unidade de vácuo, tal como um dispositivo pneumático 170 e fornecido a uma unidade de medição de gás ou dispositivo 180 para determinar a quantidade de gás extraído.
[00013] O sistema 100 é adequado tanto para extração de gases do fluido de perfuração 115a fornecido ao poço de exploração quanto para o fluido de perfuração que retorna do poço de exploração 101, medindo a quantidade de gás extraído e para determinar a eficiência do processo de extração durante a perfuração do poço de exploração. A eficiência do gás extraído a partir do fluido de perfuração 115a durante a perfuração do poço de exploração 101 pode ser definida como a quantidade de gás extraído a partir de um fluido que flui continuamente 115a dividida pela quantidade total de gás presente em um volume fixo ou constante do fluido de perfuração. Apesar de a FIG. 1 mostrar que o fluido 115a é amostrado a partir do fluido de retorno 115, o aparelho e os métodos fornecidos neste documento são igualmente aplicáveis ao fluido 110 fornecido no poço de exploração. Para o fluido de perfuração fornecido ao poço de exploração, a amostra é retirada a partir do fluido 110 em vez de a partir do fluido de retorno 115. Um método de extrair gases a partir do fluido 115a e determinar a eficiência de tal processo de extração é descrito abaixo. Nesse método, a quantidade de gases extraídos é calculada ou determinada a partir do fluido que fluido de fluxo contínuo 115a usando a unidade de coletor de gás 120, enquanto a quantidade total de tais gases presentes no fluido de perfuração 115a é calculada ou determinada a partir de uma amostra de volume constante do fluido 115a usando a unidade de coletor de gás 120. O processo de extrair o gás a partir do fluido de perfuração 115a e determinar a quantidade de um gás específico (ou selecionado) em tal fluido pode ser referido como o "processo dinâmico" enquanto o processo para determinar a quantidade total de tal gás selecionado presente no fluido de perfuração 115a a partir de um volume constante pode ser referido como um "processo estático". O processo estático pode ser conduzido periodicamente durante a perfuração de um determinado poço de exploração para garantir que a quantidade total de gás calculada corresponda ao fluido de perfuração que é fornecido ou retornado do poço de exploração, conforme o caso, para uma determinação precisa da eficiência da extração o processo de perfuração. A determinação periódica da quantidade total de gás será responsável por quaisquer alterações dos parâmetros operacionais, bem como mudanças na concentração de gás e características da lama ao longo do tempo. As quantidades calculadas do gás extraído e a quantidade total desse gás presente no fluido 115a estão correlacionadas com a profundidade do poço de exploração de onde esse fluido foi recebido. Esta correlação é baseada na taxa de fluxo do fluido de perfuração e os métodos para determinar essas profundidades são bem conhecidos na técnica. A quantidade de gás extraído e o gás total presente no fluido podem ser usados para determinar a extensão do fluxo de entrada de gás no poço de exploração a partir da formação a ser perfurada e a profundidade do poço de exploração no qual tal fluxo de entrada ocorreu.
[00014] Ainda se referindo à FIG. 1, um método de extração de gás a partir do fluido de perfuração 115a pode incluir as seguintes etapas. Abrir as válvulas 130 e 140 e ligar a bomba 117 para fazer passar o fluido de perfuração 115a a uma taxa de fluxo constante através da unidade de coletor de gás 120. Abastecer o ar e ligar ou ativar o agitador 124. Neste ponto, o fluido de perfuração 115a está fluindo continuamente através da câmara de coleta 122 uma vez que tal fluido entra na câmara de coleta através da entrada 129 e descarrega-se a partir da câmara 122 através da saída 127 na mesma taxa. O agitador ajuda a remover o gás do fluido 115a que flui pela câmara 122. A unidade pneumática 170 continuamente extrai gás deixando o fluido 115a na cabeça da câmara 122 e passa para a unidade de medição de gás 180, que fornece medições a partir das quais a quantidade de gás extraída por unidade de volume de fluido 115a é calculada ou determinada. Portanto, no processo dinâmico, as válvulas 130 e 140 estão abertas, o fluido de perfuração 115a está passando continuamente através da unidade de coletor de gás 120 a uma taxa constante e a uma temperatura constante, se for fornecido um aquecedor. O agitador 124 faz com que o gás preso no fluido 115a que passa pela unidade de coletor de gás 120 seja liberado, o gás sendo extraído pela unidade pneumática 170 e fornecido para a unidade de medição 180 para medir a quantidade de gás no fluido de perfuração durante a perfuração do poço de exploração, ou seja, em tempo real. Antes de iniciar o processo estático, o agitador 124 é desligado até que leituras estáveis sejam obtidas a partir da unidade de medição 180 com o fluido de perfuração 115a ainda continuamente fluindo através da unidade de coletor de gás 120. É desejável esperar até que as medições da unidade de medição 180 sob operações contínuas com o agitador desligado estejam estáveis, como +/- 5% durante um período de tempo selecionado, por exemplo dois minutos. Esta etapa no método pode ser referida como um teste dinâmico com o agitador desligado. Para executar o teste estático, ou seja, calcular ou determinar a quantidade total de gás no fluido de perfuração 115a, a bomba 117 é desligada e as válvulas 130 e 140 são fechadas. Isso captura um volume fixo ou constante do fluido de perfuração 115a na câmara 122 da unidade de coletor de gás 120. O agitador 124 é ligado para liberar gás a partir desse volume constante para a câmara 122. A unidade pneumática 170 extrai o gás a partir da câmara 122 e fornece para a unidade de medição 180, que mede o gás extraído até que as leituras da unidade de medição 180 estejam a um valor base presselecionado ou predeterminado. O processo ou teste estático fornece a quantidade total de gás retido no fluido de perfuração de retorno 115a usando um volume constante do fluido de perfuração 115a. A quantidade total de gás presente no fluido de perfuração 115 pode ser prontamente extrapolada a partir do processo estático ou teste de medições. A válvula de entrada 130 e a válvula de saída 140 são então abertas, e a bomba 117 é iniciada para continuar a conduzir o teste dinâmico como descrito acima. O teste estático descrito acima é realizado periodicamente durante a perfuração do poço de exploração para levar em conta quaisquer alterações nas características da lama. Uma linha de base para os testes acima pode ser estabelecida quando não há formação de gás saindo da formação. Este teste pode ser feito após o sistema 100 ter sido calibrado. Como observado anteriormente, o processo descrito acima pode ser usado para o fluido de amostra retirado a partir do fluido 110.
[00015] A divulgação acima é direcionada para as determinadas modalidades exemplificativas não limitativas. Várias modificações serão evidentes para os versados na técnica. Pretende-se que todas tais modificações dentro do escopo das reivindicações anexas sejam englobadas pela divulgação anterior. As palavras "compreende" e "compreender", tal como usadas nas reivindicações, devem ser interpretadas como significando "incluindo, mas não limitado a". Além disso, o resumo não deve ser usado para limitar o escopo das reivindicações.
Claims (12)
1. Método de determinação uma quantidade de um gás selecionado extraído de um fluido de perfuração (110) durante a perfuração de um poço de exploração (101) e da quantidade total do gás selecionado presente no fluido de perfuração (110), o método compreendendo: fluir o fluido de perfuração (110) através de um coletor de gás (120) a uma vazão constante; e extrair para um dispositivo de medição (180), através de um dispositivo de extração de gás (170) disposto entre o coletor de gás (120) e o dispositivo de medição (180), o gás selecionado liberado a partir do fluido de perfuração (110) que flui através do coletor de gás (120) e determinação, a partir disto, da quantidade do gás extraído sendo liberado do fluido de perfuração (110) através de um agitador (124) do coletor de gás (120); o método caracterizado pelo fato de: determinar uma estabilidade das medições de gás durante um período de tempo selecionado sob operações de fluxo contínuo com o agitador (124) desligado; aprisionar um volume constante do fluido de perfuração (110) no coletor de gás (120); e extrair para o dispositivo de medição (180), através do dispositivo de extração de gás (170) com o agitador (124) ligado, o gás selecionado liberado do volume constante e determinar, a partir disto, a quantidade total do gás selecionado presente no volume constante do fluido de perfuração (110).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a determinação da eficiência da extração do gás selecionado a partir da quantidade determinada do gás selecionado extraído do fluido de perfuração (110) que flui através do coletor de gás (120) e da quantidade total do gás selecionado determinada a partir do volume constante do fluido de perfuração no coletor de gás (120).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que fluir o fluido de perfuração (110) através de um coletor de gás (120) e o volume constante do fluido de perfuração (110) no coletor de gás (120) é um dentre: fluido de perfuração (110) fornecido para o poço de exploração (101) durante a perfuração do poço de exploração (101); e fluido de perfuração (110) recebido do poço de exploração (101) durante a perfuração do poço de exploração (101).
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que fluir o fluido de perfuração (110) através do coletor de gás (120) a uma taxa de fluxo constante compreende extrair uma porção do fluido de perfuração (110) fornecido ou recebido do poço de exploração (101) por uma bomba com o coletor de gás (120) aberto.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aprisionamento de um volume constante do fluido de perfuração (110) no coletor de gás (120) compreende o fornecimento do fluido de perfuração (110) ao coletor de gás (120) e fechamento do coletor de gás (120).
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende o aquecimento do fluido de perfuração (110) antes de esse fluido ser fornecido ao coletor de gás (120).
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: agitação do fluido de perfuração (110) fluindo através do coletor de gás (120) para liberar o gás selecionado a partir do fluido de perfuração (110) fluindo através do coletor de gás (120).
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinação da quantidade do gás selecionado extraído do fluido de perfuração (110) que flui através do coletor de gás (120) e da quantidade total do gás selecionado presente no volume constante de fluido de perfuração (110) são determinadas usando um ou mais coletores de gás (120).
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: determinação periódica da quantidade total do gás selecionado presente no volume constante de fluido de perfuração (110) durante a perfuração do poço de exploração (101) para levar em conta as características de formação associadas à quantidade total do gás selecionado.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a correlação de pelo menos um dentre: a quantidade de gás selecionado extraído do fluido de perfuração (110) fluindo através do coletor de gás (120) e a quantidade total do gás selecionado presente no volume constante de fluido de perfuração (110) a uma profundidade do furo de poço.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a determinação, a partir de um dentre a quantidade do gás selecionado extraído do fluido de perfuração (110) fluindo através do coletor de gás (120) e a quantidade total do gás selecionado presente no volume constante de fluido de perfuração (110), de uma característica de formação através da qual o poço de exploração (101) está sendo perfurado.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a determinação, a partir de um dentre a quantidade do gás selecionado extraído do fluido de perfuração (110) que flui através do coletor de gás (120) e a quantidade total do gás selecionado no volume constante de fluido de perfuração (110), uma presença do influxo do gás selecionado no poço de exploração (101) e uma profundidade correspondente do poço de exploração (101).
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