ITMI960111A1 - Dispositivo per la misura della permeabilita' di frammenti di roccia - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un dispositivo utilizzato per la misura diretta della permeabilità di frammenti di roccia provenienti direttamente dalla perforazione di un pozzo petrolifero e comunemente chiamati cuttings, costituito da un corpo cilindrico cavo (c) che presenta un foro di entrata del fluido (i), un filetto di chiusura (h) e guarnizione di tenuta idraulica (g) in cui viene alloggiato il disco portacampioni (d) che appoggia sulla tenuta (g) ed è sormontato da un setto poroso in acciaio sinterizzato (e) su cui, a sua volta, si colloca un tappo di chiusura (f) con un foro di uscita del fluido (i') e dotato anch'esso di filetto (h') per potersi chiudere sul corpo (c).

Si può così ottenere, direttamente in cantiere, la misura della permeabilità anche su tutta la lunghezza del pozzo.

Il disco portacampioni (d) è mostrato in Figura 1 e costituisce un ulteriore oggetto della presente invenzione.

La determinazione della permeabilità delle rocce interessate alla attività di perforazione e produzione costituisce parte essenziale delle attività di "Formation Evaluation" in ogni Compagnia Petrolifera.

Tra le misure che si effettuano in laboratorio sui campioni di roccia prelevati da carote per la caratterizzazione petrofisica, fondamentale è la determinazione della permeabilità; infatti tale proprietà di trasporto, definisce la capacità di un materiale (ad esempio una roccia) di poter essere attraversato da uno o più fluidi (ad esempio acqua, gas od olio).

Attualmente è possibile effettuare la misura diretta della permeabilità solamente sui campioni di roccia prelevati da carota; i limiti fondamentali di questa metodica quali i tempi (lunghi in quanto connessi al prelievo delle carote, spedizione ed analisi in laboratorio dei campioni) ed i costi (legati soprattutto al prelievo delle carote stesse e sostenibili solamente per i campioni provenienti dalle zone produttive (le cosiddette "pay zones"), e non certamente per tutta la lunghezza del pozzo), fanno sì che i valori di permeabilità siano disponibili solamente negli intervalli carotati e molto tempo dopo le operazioni di perforazione.

Per ovviare a queste pesanti limitazioni, al fine di ottenere indicazioni sulla permeabilità delle formazioni rocciose, sono state sviluppate parecchie correlazioni semiempiriche tra la permeabilità ed altre proprietà petrofisiche, quali la porosità, il contenuto d'argilla, la velocità delle onde acustiche, le misure elettriche, ecc... determinabili tramite sonde calate nel pozzo (logs); tale determinazione indiretta della permeabilità, anche se necessita di pesanti operazioni di calibrazione legate al tipo di litologia interessata, è attualmente l’unico metodo disponibile in quelle parti del pozzo in cui non è stato possibile prelevare le carote ma, essendo talvolta priva di un chiaro significato fisico è, in ogni caso, lontana dall'essere attendibile come lo è invece una misura diretta.

Ora la Richiedente, ha sviluppato un'apparecchiatura che, determinando la permeabilità su cuttings in modo diretto, fornisce fondamentali informazioni sulla natura degli strati di roccia che si stanno attraversando durante la perforazione consentendo quindi, se necessario, interventi tempestivi.

Costituisce pertanto oggetto della presente invenzione un dispositivo utilizzato per la misura diretta della permeabilità di frammenti di roccia provenienti direttamente dalla perforazione di un pozzo petrolifero, costituito da un corpo cilindrico cavo (c) che presenta un foro di entrata del fluido (i), un filetto di chiusura (h) e guarnizione di tenuta idraulica (g) in cui viene alloggiato il disco portacampioni (d) che appoggia sulla tenuta (g) ed è sormontato da un setto poroso in acciaio sinterizzato (e) su cui, a sua volta, si colloca un tappo di chiusura (f) con un foro di uscita del fluido (i') e dotato anch'esso di filetto (h') per potersi chiudere sul corpo (c).

Scopo infatti della presente invenzione è di ottenere, direttamente in cantiere, la misura della permeabilità anche su tutta la lunghezza del pozzo.

Il disco portacampioni (d) utilizzato dalla Richiedente per eseguire la misura di permeabilità attraverso i frammenti di roccia, è mostrato in Figura 1 e costituisce un ulteriore oggetto della presente invenzione.

Esso è costituito da una resina (b), inizialmente posta in uno stampo circolare allo stato liquido, in cui si inglobano i cuttings (a); il disco, dopo l'indurimento della resina, viene lavorato alla mola in modo che abbia facce piane e parallele da cui fuoriescono due superfici libere di ciascun cutting inglobato .

Particolare cura è stata posta nella scelta della resina (b), la quale deve possedere le seguenti proprietà:

- non invasiva anche per cuttings ad elevata permeabilità;

- non tossica al fine di un utilizzo in cantiere;

- facile da preparare e con alto grado di omogeneità;

indurimento con tempo di presa ridotto, a pressione atmosferica e senza sviluppo eccessivo di calore che potrebbe alterare la stato dei cuttings;

- buona rigidità dopo la presa;

- facile da lavorare per taglio o molatura;

- otticamente opaca per consentire la determinazione delle superfici di roccia libere.

In particolare la resina (b) è scelta fra resine di tipo epossidico, poliuretanico o acrilico.

In Figura 8 è riportata una fotografia del disco portacampioni (d) realizzata al microscopio elettronico (SEM) in cui si evidenzia come la resina (b) non penetri all'interno della matrice porosa del cutting (a) anche nel caso di campioni ad elevata permeabilità (la fotografia in questione si riferisce ad un'arenaria di 530 millidarcy (mD).

La Figura 2 mostra, in sezione, il dispositivo oggetto della presente invenzione: esso è costituito da un corpo cilindrico cavo (c) che presenta un foro di entrata del fluido (i), un filetto di chiusura (h) e guarnizione di tenuta idraulica (g) in cui viene alloggiato il disco portacampioni (d) che appoggia sulla tenuta (g) ed è sormontato da un setto poroso in acciaio sinterizzato (e) su cui, a sua volta, si colloca un tappo di chiusura (f) con un foro di uscita del fluido (i') e dotato anch'esso di filetto (h') per potersi chiudere sul corpo (c).

In particolare il setto poroso (e) ha la funzione di evitare la flessione ed eventuale rottura del disco portacampioni (d).

In Figura 3 è riportato, a fini semplicemente esemplificativi e senza che l'invenzione debba per ciò intendersi limitata, lo schema del circuito idraulico utilizzato per la misura: esso è costituito da una pompa (a) che garantisce un differenziale di pressione sulle due facce del disco (d), misurato tramite il manometro (β), mentre la portata del fluido impiegato per la misura viene rilevata dal flussometro (γ).

Per condurre gli esperimenti si opera come segue: si prepara il disco portacampioni (d) come sopra detto e, dopo lavorazione alla mola, si procede al calcolo dell'area delle superfici di cuttings libere dalla resina sulle due facce del disco stesso utilizzando carta millimetrata trasparente oppure mediante telecamera e software dedicato per il riconoscimento di immagini in modo da consentire il calcolo della sezione passante per il flusso in modo semiautomatico.

Il disco (d) viene poi inserito all'interno del dispositivo di misura, oggetto della presente invenzione, che consente il passaggio del fluido di interesse attraverso i cuttings inglobati in esso; imponendo con la pompa (a) differenziali di pressione tra le due facce del disco, si misurano, mediante il flussimetro (γ), le portate del fluido corrispondenti e detti valori, inseriti nell'equazione di Darcy, permettono di determinare la permeabilità idraulica (metodo stazionario).

Allo stesso modo è anche possibile realizzare una prova di flusso non stazionario, imponendo, sempre tramite la pompa (a), un differenziale di pressione tra le due facce del disco (d) e misurando il tempo necessario per raggiungere l'equilibrio.

Il dispositivo oggetto della presente invenzione utilizza, quindi, detti dischi di resina, consentendo così di condurre sui cuttings la misura diretta di permeabilità così come avviene oggi sui campioni prelevati da carota.

La Richiedente, senza peraltro limitare il contenuto della presente invenzione, ha realizzato dispositivi con corpo sia in acciaio che in plexiglas su cui sono state realizzate una serie di misure che hanno dimostrato la fattibilità del metodo.

Per le prove preliminari, sono stati realizzati dischi con cuttings di arenaria e di argilla inseriti poi nel dispositivo di misura e flussati con azoto gassoso; i risultati sono presentati nelle Figure 4, 5 e 6 rispettivamente per arenarie Doddington, Sprintwell e per argilla le cui curve mostrano il tempo (in ascissa ed espresso in ore:minuti:secondi) necessario per dissipare un differenziale di pressione di 3,5 bar (in ordinata) applicato tra le due facce di ciascun disco di cuttings .

In Figura 7 è invece riportato il grafico pressione (in ordinata ed espressa in bar) su portata (in ascissa ed espressa in cc/min) nel caso di flusso stazionario attraverso il disco contenente i cuttings di argilla.

Il passo successivo è stato quello di verificare se i valori di permeabilità misurati su cuttings tramite il dispositivo oggetto della presente invenzione, fossero coerenti con quelli misurati con il metodo tradizionale su carota.

Per questo si sono identificati 3 campioni di ceramica di permeabilità nota e certificata (1 mD, 5 mD e 50 mD) su cui si è eseguita la misura di permeabilità su carota secondo il metodo tradizionale; parallelamente, i campioni sono stati frantumati in modo da ottenere cuttings "sintetici" su cui eseguire la misura di permeabilità con il dispositivo oggetto della presente invenzione ottenendo valori che rientrano nell'errore sperimentale.

Infine, sono state eseguite prove su carote di arenaria provenienti da una roccia serbatoio di un pozzo petrolifero; su campioni prelevati da dette carote e caratterizzati da valori di permeabilità molto differenti (da decimi di mD fino a oltre 500 mD), si è misurata la permeabilità con metodo stazionario.

Successivamente, si sono prodotti per frantumazione cuttings "sintetici" e ne é stata misurata la permeabilità con il dispositivo oggetto della presente invenzione.

I valori di permeabilità ottenuti su cuttings sono risultati in buon accordo con quelli ottenuti su carota (Tabella 1).

In ultima analisi, quindi, il presente metodo integra e migliora, in maniera del tutto inaspettata, le applicazioni note ed é uno strumento industrialmente impiegabile per una campagna di misura in cantiere.

I costi legati alla misura di permeabilità risultano particolarmente modesti sia a causa della disponibilità dei cuttings durante la perforazione, sia in previsione dell'inserimento di tale metodica all'interno di un pacchetto di misure su cuttings in cantiere: misure acustiche, meccaniche e petrofisiche.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo utilizzato per la misura diretta della permeabilità di frammenti di roccia provenienti direttamente dalla perforazione di un pozzo petrolifero, costituito da un corpo cilindrico cavo (c) che presenta un foro di entrata del fluido (i), un filetto di chiusura (h) e guarnizione di tenuta idraulica (g) in cui viene alloggiato il disco portacampioni (d) che appoggia sulla tenuta (g) ed è sormontato da un setto poroso in acciaio sinterizzato (e) su cui, a sua volta, si colloca un tappo di chiusura (f) con un foro di uscita del fluido (i’) e dotato anch'esso di filetto (h') per potersi chiudere sul corpo (c).
2. 2. Dispositivo, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il materiale di cui è costituita il corpo (c) e il tappo (f) è acciaio o plexiglas.
3. 3. Dispositivo, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le guarnizioni utilizzate sono O-rings.
4. 4. Disco portacampioni costituito da una resina (b) in cui sono inglobati i cuttings (a), che presenta facce piane e parallele da cui fuoriescono due superfici libere di ciascun cutting inglobato.
5. 5. Disco portacampioni, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la resina (b) è scelta fra resine di tipo epossidico, poliuretanico o acrilico. 7. Metodo di misurazione diretta della permeabilità di frammenti di roccia provenienti direttamente dalla perforazione di un pozzo petrolifero, che impiega il dispositivo, di cui alla rivendicazione 1, una pompa (a) che garantisce un differenziale di pressione, un manometro (β) atto alla misura di detto differenziale sulle due facce del disco (d) e un flussimetro (y) che rileva la portata del fluido impiegato.