ES2298154T3 - Metodo y sistema de extraccion, de analisis y de medicion sobre constituyentes arrastrados por un fluido. - Google Patents

Metodo y sistema de extraccion, de analisis y de medicion sobre constituyentes arrastrados por un fluido. Download PDF

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Abstract

Sistema de extracción, de análisis y de medición sobre constituyentes arrastrados por un fluido de pozo en el curso de operaciones de perforación, caracterizado porque comprende en combinación: * medios de toma (4) de un volumen determinado del fluido, * medios de extracción (3) en forma de vapor de dichos constituyentes contenidos en el volumen de fluido que comprende un espacio en presión negativa, * un conducto (14) de transporte de los vapores, cuyo primer extremo se comunica con el espacio, estando conectado el segundo extremo a una bomba de presión negativa (21), * medios de muestreo (27) colocados en la proximidad del segundo extremo que comprenden un bucle de muestreo (53) que permite la toma de una cantidad determinada de los vapores que circulan en dicho conducto, * medios de distribución (50) que inyectan la cantidad en medios de análisis y de medición (31), y * medios de control de la temperatura (33) de dichos medios de muestreo con el fin de evitar cualquier condensación de la cantidad de vapores.

Description

Método y sistema de extracción, de análisis y de medición sobre constituyentes arrastrados por un fluido.
La presente invención se refiere a un método y a un sistema para el análisis de constituyentes líquidos o gaseosos contenidos en un fluido de perforación. Por constituyentes, se designan aquí hidrocarburos, por ejemplo de C1 a C8 que incluyen benceno, tolueno, xileno o gases tales como H2S, CO2, Os, H2, N2. estos constituyentes proceden de la operación de perforación a través de capas de terreno, operación que tiene como efecto romper la roca liberando los gases o los fluidos contenidos en los poros de la roca. La perforación se realiza convencionalmente con una circulación de un fluido, llamado de perforación, que tiene, entre otras, la función de limpiar la herramienta de perforación y de elevar los restos de roca a la superficie del suelo. Los constituyentes en cuestión se levan, por lo tanto, igualmente por arrastre hacia la superficie por medio de este vector. Está claro que teniendo en cuenta el caudal de fluido de perforación comparado con la velocidad de destrucción de la roca, la cantidad volúmica de dichos constituyentes es siempre relativamente pequeña comparada con el volumen de barro.
Se conocen instalaciones que permiten efectuar mediciones cualitativas y cuantitativas sobre gases de C1 a C5 contenidos en un fluido de perforación, mediciones (o diagrafías) que permiten identificar las zonas geológicas perforadas por razones de seguridad de la perforación y/o del personal. El documento FR 2646508 describe un procedimiento y un aparato para tomar en continuo muestras gaseosas contenidas en un líquido cargado de sólidos, principalmente un fluido de perforación. En este documento, no si modo de desgasificación, ni su modo de transporte permiten extraer y transportar los eventuales hidrocarburos presentes en forma líquida en el barro de retorno a la superficie del suelo.
El documento US 5663492 describe un dispositivo y un método para el análisis en continuo y/o la modificación de las características de presión de vapor de un flujo de hidrocarburo líquido, que comprende una separación de gas y líquido, medios de entrada del flujo líquido, medios de salida de líquido para el mantenimiento del nivel de líquido en la cámara de separación, medios de control de la temperatura, medios de salida del gas, medios de control de la presión y medios de análisis metrológico de los diferentes flujos.
El documento US 5693538 describe un sistema y un método para la supervisión de las especies volátiles en los líquidos, en las que el líquido está inyectado en una cámara de vaporización.
El documento US 5499531 describe un sistema y un método de determinación de los constituyentes volátiles y de presión de vapor de líquidos de composición desconocida que comprenden medios de separación de gas y líquido, medios de medición de la composición gaseosa por cromatografía y medios de cálculo que permiten la modelación de la composición del líquido.
El documento EP 0370548 describe un sistema y un método para el análisis cuantitativo de gases producidos por un pozo perforado, en los que la etapa de captura de los gases liberados comprende la bajada de la presión en el interior del tubo fuente hasta un valor inferior al tubo fuente, y los gases liberados y los gases extraídos son analizados en conjunto al nivel de los medios de análisis de gases.
La presente invención tiene por objeto aplicar las condiciones necesarias: para la extracción de constituyentes gaseosos o líquidos contenidos en un fluido de perforación, para transportar estos constituyentes en una forma gaseosa, y para efectuar análisis y mediciones sobre estos constituyentes. Para efectuar análisis correctos, que permitan determinar mejor la naturaleza y la composición de los terrenos atravesados por una perforación, los constituyentes no deben condensarse en los elementos del sistema y el tiempo de tránsito de estos constituyentes entre el punto de extracción y el punto de medición debe ser aceptable para permitir una supervisión de la operación de perforación.
Así, la presente invención se refiere a un sistema de extracción, de análisis y de medición sobre constituyentes arrastrados por un fluido de pozo en el curso de operaciones de perforación. El sistema comprende, en combinación:
medios de toma de un volumen determinado del fluido,
medios de extracción en forma de vapor de los constituyentes contenidos en el volumen de fluido que comprende un espacio en presión negativa,
un conducto de transporte de los vapores, cuyo primer extremo se comunica con el espacio, estando conectado el segundo extremo a una bomba de presión negativa,
medios de muestreo colocados en la proximidad del segundo extremo que comprenden un bucle de muestreo que permite la toma de una cantidad determinada de los vapores que circulan en dicho conducto,
medios de distribución que inyectan la cantidad en medios de análisis y de medición, y
medios de control de la temperatura de los medios de muestreo con el fin de evitar cualquier condensación de la cantidad de vapores.
El espacio que contiene el fluido de perforación puede ser estanco frente al ambiente exterior.
El espacio puede comprender un orificio de entrada de un gas auxiliar, por ejemplo aire o nitrógeno.
Los medios de extracción pueden comprender medios de calefacción de dicho volumen de fluido tomado.
El bucle de muestreo puede estar montado directamente en paralelo sobre la línea de transporte.
Los medios de toma del fluido de perforación pueden comprender una bomba de aspiración y/o una bomba de retorno.
El espacio puede estar a una presión absoluta comprendida entre 10 y 100 mb y la aspiración de la bomba a presión negativa puede estar comprendida entre 1 y 10 mb.
La invención se refiere igualmente a un método de extracción, de análisis y de medición sobre constituyentes arrastrados por un fluido de pozo en el curso de la operación de perforación, en el que se realizan las etapas siguientes:
se toma un volumen de fluido de perforación para colocarlo en un espacio que forma parte de medios de extracción de los constituyentes en forma de vapor,
se aplica una presión negativa en el espacio por medio de un conducto que conecta los medios de análisis y de medición a los medios de extracción,
se toma en la proximidad de los medios de análisis y de medición una cantidad determinada de vapores que circulan en el conducto,
se inyecta la cantidad de vapores en los medios de análisis y de medición,
se deduce la naturaleza y/o la cantidad de los constituyentes que han sido vaporizados en los medios de extracción.
Según el método, se pueden ajustar las condiciones de presión negativa y/o de temperatura para la extracción en forma de vapor en función de los parámetros de perforación, por ejemplo naturaleza del fluido, caudal, temperatura ambiente, tiempo de tránsito en el conducto.
Se puede regular un caudal de entrada de gas auxiliar en el espacio.
Se puede aplicar una presión negativa comprendida entre 10 y 100 mb absolutos en el espacio de extracción.
La presente invención se comprenderá mejor y sus ventajas aparecerán más claramente a partir de la lectura de la descripción que sigue de un ejemplo de realización, no limitativo, ilustrado por las figuras anexas, entre las cuales:
La figura 1 representa un esquema de conjunto del sistema según la invención.
Las figuras 2a y 2b muestran el dispositivo de muestreo, según la técnica anterior, para efectuar el análisis y la medición de los constituyentes en una cromatografía.
Las figuras 3a y 3b muestran el dispositivo de muestreo, según la invención, para efectuar el análisis y la medición de los constituyentes en una cromatografía en las condiciones presentes.
En la figura 1, la referencia 1 designa un canal por el que circula el fluido de perforación 2 de retorno desde el fondo del pozo por circulación en el anillo definido por la guarnición de perforación y el pozo perforado. Este canal 1 conduce el fluido de perforación desde la cabeza del pozo hasta la instalación de la superficie para el tratamiento y la separación de los sólidos. Los medios de extracción 3 de los constituyentes a analizar comprenden con preferencia una bomba 4, cuya aspiración 5 se sumerge en el fluido de perforación y cuyo retorno desemboca en un recipiente 6, cuyo volumen permite guardar en tampón un volumen de fluido determinado durante un tiempo dado, cuyo tiempo es función de este volumen y del caudal de la bomba 4. El volumen de fluido contenido en el recipiente 6 está sometido a una agitación para favorecer la extracción por desgasificación y evaporación. Esta agitación puede ser mecánica, por ejemplo, por el medio de agitación giratorio 7 o medios de ultrasonido.
Para obtener las condiciones de extracción deseadas, unos medios de calefacción 8 pueden comprender un tubo calefactor 9 en el interior del recipiente 6, una alimentación eléctrica 10 y una línea de control y de regulación 11. Se pueden utilizar otros medios de calefacción del volumen de fluido en el recipiente, por ejemplo por el exterior o una doble pared de calefacción. El recipiente comprende igualmente una evaluación del barro 12 para el retorno al canal del caudal de fluido tomado por la bomba. Es aconsejable colocar una bomba 13 sobre esta línea de retorno para controlar mejor el caudal de circulación del fluido de perforación en tránsito al recipiente 6.
Un conducto 14 conecta los medios de extracción 3 a los medios de análisis y de medición 20. La longitud de este conducto puede estar comprendida entre 50 y 200 m, puesto que los medios de medición 20 están colocados en una cabina (simbolizado por el cuadro 15) colocada a una distancia suficiente de la cabeza del pozo para estar en una zona asegurada. En el extremo de este conducto, una bomba de vacío 21 crea una presión negativa que puede alcanzar algunos milibares (por ejemplo entre 1 y 10 mb). Teniendo en cuenta las pérdidas de carga y el caudal de gas en circulación, la presión negativa en la entrada 22 del conducto puede variar, por ejemplo, entre 10 y 100 mb. Unos medios de control de la presión negativa 60 pueden estar colocados en la proximidad del extremo de la línea 14, en el lado de los medios de extracción 3. Estos medios pueden ser una válvula, una tobera, o cualquier otro medio que pueda hacer variar la presión negativa en la línea y/o en el recipiente 6. El diámetro interior del conducto de transporte 14 está comprendido entre 5 y 15 mm, con preferencia aproximadamente 10 mm. El material del tubo interior está seleccionado para ser impermeable a los hidrocarburos, como por ejemplo los tubos de alimentación de carburante. Para evitar la condensación de los gases transportados, en ciertas situaciones extremas, puede ser indispensable calentar al menos una porción del conducto, por ejemplo por un cordón calefactor 23.
El recipiente 6 comprende una entrada 24 de un gas, aire o gas inerte, controlada por una válvula 25 que permite regular el caudal de entrada de gas. Esta válvula puede ser controlada con la ayuda de una línea 26.
En serie sobre el conducto 14, unos medios de muestreo 27 sobre el flujo de gas transportado toman cierta cantidad de gas según un ritmo que depende principalmente del ciclo de medición. El dispositivo de muestreo está controlado por la línea 28. Los medios de muestreo 27 comprenden: un bucle llamado "de cromatografía", en el que se toma un volumen de gas desde el conducto 14, desde las válvulas o distribuidores para efectuar esta toma, luego para hacer penetrar este volumen de gas impulsándolo por un fluido inerte. Estos diferentes constituyentes se detallan más precisamente con la ayuda de las figuras 3a y 3b. La figura 1 muestra de forma esquemática: el conducto de inyección 29 de un gas vector destinado al desplazamiento de la muestra de gas tomado en el conducto 14 por los medios de muestreo 27, el conducto de llegada 30 de este volumen hasta el analizador 31, por ejemplo un aparato de cromatografía. Las mediciones efectuadas por el aparato 31 son enviadas por medio de una interfaz electrónica a una unidad central de ordenador que trata estas medidas para suministrar, por ejemplo un registro que proporciona la naturaleza y las cantidades de los constituyentes elevados con el fluido de perforación, en función de la profundidad de la perforación.
Al menos una zona de los medios de muestreo 27 y una porción del conducto 30 pueden ser calentados por medio de calefacción 33, esto con el fin de evitar cualquier condensación antes o durante la medición. Además, se pueden colocar sobre este conducto 30 unos medios de eliminación 34, o al menos de disminución del contenido de vapor de agua del flujo de gas en circulación.
Las figuras 2a y 2b describen una válvula de muestreo 40 convencional según la técnica anterior, figura que permite apreciar mejor las mejoras importantes de la presente invención. En la figura 2a, la línea 41 está en comunicación con un desgasificador atmosférico (no representado), siendo desplazados los gases tomados sobre el fluido en la línea 41 gracias a una circulación de aire. La válvula 42, una vez cerrada o parcialmente cerrada, deriva el efluente de manera que atraviesa la válvula 40 por las vías D y C para pasar a continuación al bucle de muestreo 43, antes de atravesar de nuevo la válvula por las vías F y E para conexión con la línea principal 41. La vía A está conectada a una alimentación de un gas vector (aire, helio, hidrógeno o nitrógeno). La vía B está conectada con el analizador cromatográfico. La figura 2b muestra el circuito en posición de análisis. La posición del cuerpo de la válvula 40 ha sido cambiada de manera que el gas vector en A se comunica con la vía F para desplazar el efluente atrapado en el bucle 43 hacia el analizador en B pasando por la vía C. Una derivación de la línea 41 pasa por las vías D y E. El volumen de has enviado al analizador es aproximadamente de algunas decenas de microlitros (10-6 l) bajo una presión muy próxima a la presión atmosférica.
La figura 3a muestra una válvula de muestreo 50, que puede ser similar a la válvula 40 de la técnica anterior. La línea 51 está en presión negativa, luego es conectada a una bomba de vacío. Un bucle de muestreo 53 puede ser conectado a la línea y a la válvula 50 de la misma manera que en la técnica anterior, pero, demás, unos conductos 55 y 54 se comunican directamente con la línea de vacío parcial 51. Unas válvulas 56 y 57 controladas abres o cierran estas comunicaciones. El bucle de muestreo 53 es de un volumen bastante más importante que el de la técnica anterior, puesto que el volumen del efluente de pequeño a la presión absoluta. En la realización descrita aquí, el volumen del bucle 53 es aproximadamente 1000 \mul. En la figura 3a, la válvula 50 está en posición de muestreo, el efluente aspirado por la bomba de vacío atraviesa el bucle 53 gracias a las derivaciones directas 55 y 54, estando las válvulas 56 y 57 abiertas. La válvula 52 puede estar más o menos cerrada, en función de la pérdida de carga que puede ser necesario crear. Accesoriamente, la derivación que pasa por C, D, F y E está siempre operativa. Así, seleccionando un diámetro interior suficiente para las líneas 55 y 54, se reducen al mínimo las pérdidas de cargas importantes en la válvula debida al vacío parcial necesario en la presente invención. La figura 3b muestra los circuitos en posición de análisis. Las válvulas 56 y 57 están cerradas, la válvula de muestreo distribuye el gas vector de la vía A a la vía F para empujar el efluente contenido en el bucle 53 hacia el analizador cromatográfico en B. Con preferencia, la válvula 52 está suficientemente abierta para que la presión negativa no sea limitada por las pérdidas de carga en los circuitos D y E. El efluente contenido en el bucle es parcialmente comprimido por el gas vector, lo que impone un control de la temperatura de todos los circuitos, bucle y válvulas, para evitar la condensación de los constituyentes del efluente. Un sistema de calefacción 58 mantiene una temperatura suficiente, por ejemplo de aproximadamente
200ºC.
Para verificar el sistema según la invención, se han efectuado las medidas siguientes en una maqueta que comprende una línea de 100 m o 200 mm que tiene un diámetro interior de 10 mm. Una válvula de control del caudal de aire que entra está montada sobre un primer extremo de esta línea. La presión Pe se mide en este extremo. La presión Ps es medida en el otro extremo, el cual está prolongado por un tubo de 6 mm de diámetro interior sobre 5,7 m para ser conectado a una bomba de vacío donde se mide igualmente la presión Pppe.
En función del caudal de aire (medido a la presión atmosférica y a la temperatura ambiente), los valores de las presiones absolutas se dan en la Tabla siguiente:
1
Está claro que el sistema según la invención permite aplicar una presión absoluta de algunas decenas de milibares al nivel de los medios de extracción, lo que es generalmente suficiente para hidrocarburos "pesados" de C5-C8. Se recuerda aquí el bucle de muestreo de la presente invención está concebido y dispuesto sobre la línea de transporte para no ocasionar pérdida de carga sensible sobre la línea.
Para que el sistema sea operativo, es necesario que el tiempo de tránsito de los constituyentes no excedas aproximadamente 120 segundos. Para evaluar el tiempo de tránsito, se inyecta una mezcla gaseosa determinada en el extremo de la línea y se detecta la aparición de esta mezcla con un espectrógrafo de masa conectado en el otro extremo. Los valores siguientes han sido obtenidos con una línea de transporte de 100 m de largo y 10 mm de diámetro:
2
Estas medidas permiten validar un módulo de optimización del funcionamiento que tiene en cuenta el volumen de gas extraído, comprendido el vapor de agua, en función de las condiciones de P y T que reina en los medios de extracción. Si el volumen de gas aspirado no es suficiente para obtener un tiempo de tránsito aceptable, se podría o bien calentar el fluido por el electrodo 8 (figura 1) para obtener más vapor, o bien admitir un gas suplementario controlando la apertura de la válvula 25 y el caudal entrante. Para obtener una cuantificación representativa del contenido de los constituyentes arrastrados por el fluido de perforación, se funcionará con preferencia sin aporte de gas externo por el conducto 24 (figura 1). No obstante, es posible funcionar con un aporte externo de gas, aire o nitrógeno, en la medida en que es posible una calibración del sistema de medición.
Las condiciones de extracción de los constituyentes de C1-C8, de transporte y de análisis, son variables y dependen de la naturaleza del fluido de perforación, de la naturaleza de los terrenos atravesados por la perforación, de la velocidad de circulación del fluido de perforación, de la temperatura del fluido y del aire ambiente. Además, el sistema según la invención presenta la ventana de admitir una gran flexibilidad de regulación, cualquiera que sean las condiciones de P y T en la extracción, las condiciones del caudal y de la presión para permitir el tránsito y la inyección de una muestra en el analizador cromatográfico.
Para completar los resultados en la maqueta descrita anteriormente, se realizaron mediciones de las presiones y de los tiempos de tránsito con la incorporación del bucle de muestreo, tal como se ha descrito anteriormente. Se midió, además, la pérdida de carga dp en los bornes de la válvula 52 (figuras 3a o 3b), es decir, en los bornes del bucle de muestreo 53 en las condiciones más desfavorables, es decir, con las válvulas 56 y 57 cerradas.
3
Estas mediciones muestran los reglajes de la pérdida de carga creada por la válvula 52 con el fin de que el bucle de muestreo reciba un caudal desviado desde la línea principal, sin que se perturbe el equilibrio entre caudal/presión en cada barrido de la toma de muestras. Se ha verificado que las muestras tomadas eran bien representativas del efluente transportado por la línea principal. Está claro que la válvula 52 puede ser controlada, si es necesario.

Claims (11)

  1. \global\parskip0.950000\baselineskip
    1. Sistema de extracción, de análisis y de medición sobre constituyentes arrastrados por un fluido de pozo en el curso de operaciones de perforación, caracterizado porque comprende en combinación:
    \bullet
    medios de toma (4) de un volumen determinado del fluido,
    \bullet
    medios de extracción (3) en forma de vapor de dichos constituyentes contenidos en el volumen de fluido que comprende un espacio en presión negativa,
    \bullet
    un conducto (14) de transporte de los vapores, cuyo primer extremo se comunica con el espacio, estando conectado el segundo extremo a una bomba de presión negativa (21),
    \bullet
    medios de muestreo (27) colocados en la proximidad del segundo extremo que comprenden un bucle de muestreo (53) que permite la toma de una cantidad determinada de los vapores que circulan en dicho conducto,
    \bullet
    medios de distribución (50) que inyectan la cantidad en medios de análisis y de medición (31), y
    \bullet
    medios de control de la temperatura (33) de dichos medios de muestreo con el fin de evitar cualquier condensación de la cantidad de vapores.
  2. 2. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho espacio que contiene el fluido de perforación puede ser estanco frente al ambiente exterior.
  3. 3. Sistema según la reivindicación 1, en el que dicho espacio puede comprender un orificio de entrada (24) de un gas auxiliar, por ejemplo aire o nitrógeno.
  4. 4. Sistema según una de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos medios de extracción comprenden medios de calefacción (8) de dicho volumen de fluido tomado.
  5. 5. Sistema según una de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho bucle de muestreo (53) puede estar montado directamente en paralelo sobre la línea de transporte (14).
  6. 6. Sistema según una de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos medios de toma de dicho fluido de perforación comprenden una bomba de aspiración (4) y/o una bomba de retorno (13).
  7. 7. Sistema según una de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho espacio está a una presión absoluta comprendida entre 10 y 100 mb y la aspiración de la bomba a presión negativa está comprendida entre 1 y 10 mb.
  8. 8. Método de extracción, de análisis y de medición sobre constituyentes arrastrados por un fluido de pozo en el curso de la operación de perforación, caracterizado porque se realizan las etapas siguientes:
    \bullet
    se toma un volumen de fluido de perforación para colocarlo en un espacio que forma parte de medios de extracción de los constituyentes en forma de vapor,
    \bullet
    se aplica una presión negativa en el espacio por medio de un conducto que conecta los medios de análisis y de medición a los medios de extracción,
    \bullet
    se toma en la proximidad de los medios de análisis y de medición una cantidad determinada de vapores que circulan en el conducto,
    \bullet
    se controla la temperatura de muestreo con el fin de evitar cualquier condensación de dicha cantidad de vapor,
    \bullet
    se inyecta dicha cantidad de vapores en los medios de análisis y de medición,
    \bullet
    se deduce la naturaleza y/o la cantidad de los constituyentes que han sido vaporizados en los medios de extracción.
  9. 9. Método según la reivindicación 8, en el que se ajustan las condiciones de presión negativa y/o de temperatura para la extracción en forma de vapor en función de los parámetros de perforación, por ejemplo naturaleza del fluido, caudal, temperatura ambiente, tiempo de tránsito en el conducto.
  10. 10. Método según la reivindicación 9, en el que se regula un caudal de entrada de gas auxiliar en dicho espacio.
  11. 11. Método según una de las reivindicaciones 8 a 10, en el que se aplica una presión negativa comprendida entre 10 y 100 mb absolutos en el espacio de extracción.
ES00962639T 1999-09-24 2000-09-14 Metodo y sistema de extraccion, de analisis y de medicion sobre constituyentes arrastrados por un fluido. Expired - Lifetime ES2298154T3 (es)

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FR9912032 1999-09-24

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