MÉTODOS Y DISPOSITIVOS PARA ANALIZAR Y CONTROLAR LA PROPAGACIÓN DE ONDAS EN UN POZO DE SONDEO GENERADAS POR UN
GOLPE DE ARIETE
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION La presente invención se refiere a métodos para analizar los efectos de las propiedades de pozos de sondeo, formaciones, fluidos y completaciones sobre la propagación de ondas generadas por el golpe de ariete. En otro aspecto, la presente invención se refiere a métodos y dispositivos para mitigar el efecto del golpe de ariete sobre el equipo de completación de pozos de sondeo y en inyectores. La invención también puede utilizarse para determinar las propiedades y los cambios en propiedades de la completación y formación. El golpe de ariete (o más generalmente, golpe de fluido) es un incremento súbito de la presión u onda generada por la energía cinética de un fluido en movimiento cuando es forzado a detenerse o cambia repentinamente de dirección. Por ejemplo, si una válvula se cierra repentinamente en un extremo de un sistema de tuberías, se propaga una onda de golpe de ariete en la tubería. En un pozo de producción o en un pozo que es perforado, un golpe de ariete puede producirse si un bloqueador de explosión (BOP) se activa en respuesta a un influjo detectado de gas o fluido en un pozo de sondeo. Un golpe de ariete también puede generarse durante un cierre común de un pozo. Véase, por ejemplo, SPE 00064297. La presión transitoria asociada con un golpe de ariete puede provocar falla del pozo de sondeo y/o falla del equipo electromecánico y eléctrico, electrónico sensible en un pozo. Para propósitos de la presente invención, se refiere a un "sistema de pozo de sondeo" que incluye el pozo de sondeo y todos los dispositivos unidos al pozo de sondeo. US5220504 para Holzhausen et al., describe un método para determinar las propiedades de la formación tal como la permeabilidad al establecer oscilaciones de presión en un pozo de sondeo. El análisis se basa en modelado de la tierra como un medio homogéneo (con fracturas posibles en el mismo) que rodean un pozo de sondeo lleno de fluido. La metodología es de poco uso en un pozo de sondeo de producción real el cual puede incluir tubería de producción, tubería de revestimiento de tamaños diferentes, cemento, perforaciones, obturadores y filtro de arena. La presente invención se dirige hacia el análisis de pozos de sondeo de producción real que pueden tener variaciones radiales y verticales. Una modalidad de la invención es un método para determinar una propiedad de una formación terrestre. Un golpe de fluido se genera en un pozo de sondeo en la formación terrestre, el golpe de fluido produce un impulso de presión en el fluido. Una medida indicativa de la presión de fluido se hace por lo menos en una ubicación en el pozo de sondeo. Un valor de la propiedad de formación se estima utilizando la medida. Generar el golpe de fluido puede hacerse al abrir un dispositivo de control de flujo en el sistema de pozo de sondeo y/o al cerrar un dispositivo de control de flujo en el sistema de pozo de sondeo. El impulso de presión se propaga en el pozo de sondeo con una velocidad determinada por lo menos en parte por una velocidad de corte de la formación. Al estimar la propiedad de la formación puede hacerse al definir un modelo de pozo de sondeo y la formación terrestre, el modelo incluye una pluralidad de capas con al menos una de la pluralidad de capas incluyendo estratificado radial. Estimar la propiedad de la formación puede incluir, además, simular un resultado del modelo y comparar el resultado simulado con la medida. Simular el resultado del modelo incluye utilizar coeficientes de transmisión y reflexión en límites de capas. La propiedad de estimación puede incluir porosidad de la formación, permeabilidad de la formación y daño en la formación. El método también puede incluir repetir la generación del golpe de ariete en un momento posterior y determinar un cambio en el valor de la propiedad. Otra modalidad de la invención es un método para desarrollar un yacimiento en una formación terrestre. El método incluye definir un modelo de la formación terrestre y un pozo de sondeo en el mismo. El modelo incluye una pluralidad de capas, por lo menos una de las capas incluye estratificado radial. La respuesta del modelo a un ariete de fluido se simula y el resultado se utiliza para determinar un parámetro de una sarta de completación en el pozo de sondeo y/o un parámetro de operación de un dispositivo de control de flujo en el pozo de sondeo. Al utilizar el resultado del modelo puede incluir identificar una presión máxima de un fluido en el pozo de sondeo y donde el parámetro de operación del dispositivo de control de flujo puede incluir una proporción de operación del dispositivo de control de flujo. El dispositivo de control de flujo puede estar en una ubicación en la superficie, una ubicación en el fondo de la perforación, y/o una ubicación en el fondo de la perforación en un pozo de sondeo lateral . Determinar el parámetro de la sarta de completación puede incluir seleccionar un diámetro de pozo de sondeo, seleccionar una forma de pozo de sondeo, seleccionar un material de la tubería de revestimiento, seleccionar un material de una tubería; seleccionar una propiedad de un cemento, seleccionar una propiedad de un fluido en el pozo de sondeo, y/o seleccionar una propiedad de un acoplamiento entre dos secciones de la tubería de revestimiento. Determinar el parámetro de una sarta de completación de tubería de revestimiento puede incluir determinar un parámetro de una sección reflectora de ondas, una sección atenuadora de ondas, un tamaño de una perforación, una forma de una perforación, y/o una colocación de una perforación. Determinar un parámetro de una sarta de completación puede incluir determinar un parámetro de un [ tamiz y/o un filtro de grava. Determinar un parámetro de una sarta de completación puede incluir determinar una dimensión ¡ de un cambio de diámetro, una distancia de intervalo entre cambios de diámetro, y el número de cambios de diámetro. ¡ Otra modalidad de la invención es un medio que se puede leer por computadora para su utilización con un método para determinar una propiedad de una formación terrestre. El método incluye generar un golpe de fluido en un pozo de sondeo en la formación terrestre, el golpe de fluido genera un impulso de presión en el fluido. El método, además, incluye hacer una medida indicativa de una presión de fluido por lo menos en una ubicación en el pozo de sondeo. El medio incluye instrucciones que permiten a un procesador estimar un
valor de la propiedad de la formación utilizando la medida. i*1 El medio puede incluir una ROM, una EPROM, una EAROM, una ¡I
memoria flash, y/o un disco óptico. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS '
Para un entendimiento detallado de la presente ,' 11 invención, deben hacerse referencias a la siguiente i 'I descripción detallada de la modalidad preferida, tomada junto \ con los dibujos anexos, en los cuales elementos similares se ; les ha dado números similares y en donde: La Figura 1 ilustra un golpe de ariete simple y ' ondas de golpe de ariete en la parte superior, parte media y ¡ parte inferior; La Figura 2a ilustra un pozo de sondeo simple en una formación homogéneo; La Figura 2b ilustra ondas simuladas de golpe de ariete en la parte superior, parte media y parte inferior del pozo de sondeo de la Figura 2a; La Figura 3 muestra una función de tiempo de escalón como la fuente de simulación de golpe de ariete; La Figura 4a muestra estratificado radial en un pozo de sondeo; La Figura 4b muestra un pozo de sondeo con diámetros irregulares en una formación homogénea; La Figura 4c muestra un pozo de sondeo en una formación terrestre estratificado horizontalmente; La Figura 5a muestra una onda de golpe de ariete en un pozo de sondeo con una formación terrestre estratificado; La Figura 5b muestra el campo de presión simulado en la parte superior, parte media y parte inferior del pozo de sondeo de la Figura 5a; Las Figuras 6a y 6b muestran curvas de dispersión y
Q de pozos de sondeo con medios porosos multiestratificados ; La Figura 7a muestra un diagrama vertical esquemático de un pozo que incluye tubería, obturador, tubería de revestimiento y un intervalo perforado; La Figura 7b muestra una sección horizontal de un pozo de la Figura 7a a profundidades diferentes; La Figura 7c muestra el campo de presión del pozo de la Figura 7a en un golpe de ariete; Las Figuras 8a- 8c muestran comparaciones de datos de presión simulada con datos de campo medido en la parte superior, parte media y parte inferior del pozo; La Figura 9a ilustra esquemáticamente un sistema de completación ejemplar donde el golpe de ariete se propaga con pérdida de energía limitada y dispersión de onda; Las Figuras 9b y 9c son gráficas que ilustran formas de onda en ubicaciones seleccionadas a lo largo del sistema de completación de la Figura 9a; La Figura 10a ilustra esquemáticamente un sistema de completación ejemplar que utiliza un reflector de ondas de acuerdo con una modalidad de la presente invención que reduce la energía en ondas que se propagan a lo largo del sistema de completación; Las Figuras 10b y 10c son gráficas que ilustran formas de onda en ubicaciones seleccionadas a lo largo del sistema de completación de la Figura 10a; La Figura lia ilustra esquemáticamente un sistema de completación ejemplar que utiliza un atenuador de ondas de acuerdo con una modalidad de la presente invención que reduce la energía en ondas que se propagan a lo largo del sistema de completación;
Las Figuras llb y 11c son gráficas que ilustran formas de onda en ubicaciones seleccionadas a lo largo del sistema de completación de la Figura lia; La Figura 12a ilustra esquemáticamente un sistema de completación ejemplar que utiliza un absorbedor de ondas de acuerdo con una modalidad de la presente invención que reduce la energía en ondas que se propagan a lo largo del sistema de completación; Las Figuras 12b, 12c y 12d son gráficas que ilustran formas de onda en ubicaciones seleccionadas a lo largo del sistema de completación de la Figura 12a; La Figura 13a ilustra esquemáticamente un sistema de completación ejemplar que utiliza un atenuador de acuerdo con una modalidad de la presente invención que reduce la energía en ondas que se propagan a lo largo del sistema de completación; Las Figuras 13b y 13c son gráficas que ilustran formas de onda en ubicaciones seleccionadas a lo largo del sistema de completación de la Figura 13a; La Figura 14 muestra un dispositivo de control de. flujo en un pozo de sondeo lateral; La Figura 15a muestra medidas de presión simulada para un agujero revestido con 200 rn de tubería de revestimiento más pequeña bajo el mismo; La Figura 15b muestra medidas de presión simulada para un agujero revestido con 200 m de agujero no revestido con 0.5 mD de permeabilidad por debajo; La Figura 15c muestra medidas de presión simulada para un agujero revestido con 200 m de agujero no revestido con 5 mD de permeabilidad por debajo; La Figura 15d muestra medidas de presión simulada para un agujero revestido con 200 m de agujero no revestido con 500 mD de permeabilidad por debajo; La Figura 15e muestra medidas de presión simulada para un agujero revestido con 200 m de agujero no revestido dañado con 30 D de permeabilidad y 10 cm de agujero dañado con 20mD de permeabilidad por debajo; y La Figura 15f muestra medidas de presión simulada para un agujero revestido con 200 m de agujero no revestido dañado con 300 mD de permeabilidad y 1 cm de agujero dañado con 20 mD de permeabilidad por debajo. La presente invención se basa en análisis de señales de golpe de ariete que se propagan en un pozo de sondeo. Suponer que el agua que se está inyectando en un pozo de sondeo con una velocidad de flujo V0. Si una válvula se cierra repentinamente en la boca del pozo, entonces una onda de presión se genera y se propaga hacia abajo. La Figura 1 demuestra una onda de golpe de ariete simple en un pozo de sondeo. La amplitud de la onda de presión puede determinarse por la relación aproximada AP = cPoV0 (1)
donde p0 es la densidad del fluido en el pozo de sondeo, y c es la velocidad de propagación de la onda. Se discutirá como determinar la velocidad c bajo diferentes condiciones de pozo de sondeo. Cuando la onda alcanza la parte inferior del pozo de sondeo, se refleja, se propaga hacia arriba, y después rebota desde la parte superior del pozo de sondeo nuevamente. Este fenómeno se llama golpe de ariete y se estudia en el área de suministros de agua. Idealmente, este procedimiento de arriba hacia abajo se repite siempre con una frecuencia de vibración
/ = — (2) J AL Aquí, L es el margen de profundidad del pozo de sondeo. En el mundo real, sin embargo, la onda decaerá lentamente debido a la atenuación provocada por las rocas porosas circundantes y otros factores. La frecuencia de vibración y la curva de declinación junto con otras características observables a partir de las ondas de golpe de ariete pueden utilizarse para investigar las propiedades porosas de las rocas porosas circundantes. La velocidad de la ecuación (2) corresponderá con la velocidad del golpe de ariete y es diferente de la velocidad de onda de compresión en la ecuación (1) . La frecuencia aquí se refiere a la proporción de repetición del golpe de ariete y es diferente de la frecuencia de la onda de choque que comprende el golpe de ariete. Con referencia a la Figura 1, una serie de tomas de pantalla de un impulso 101, 103, 105, 107, 109 de golpe de ariete ejemplar en un pozo de sondeo 100 se muestran. El impulso se muestra comenzando en la parte superior del pozo de sondeo como 101, cerca de la parte media del pozo de sondeo como 103, y justo antes de alcanzar la parte inferior del pozo de sondeo como 105, después de la reflexión de la parte inferior del pozo de sondeo y cerca de la parte media del pozo de sondeo como 107, justo antes de alcanzar la parte superior del pozo de sondeo como 109. Siguiendo esto, el impulso experimenta otra reflexión en la parte superior del pozo de sondeo y se muestra a la mitad del pozo de sondeo como 110. Las flechas en la figura indican la dirección en la cual el impulso de golpe de ariete se está propagando. También se muestra en la Figura 1 representaciones 111, 113 y 115 en serie de tiempos ejemplares que pueden medirse en ubicaciones cerca de la parte superior, cerca de la parte media y cerca de la parte inferior del pozo de sondeo respectivamente. El impulso para el ejemplo es una función de escalón tal como se muestra en la Figura 3. Los coeficientes de reflexión en la parte superior y en la parte inferior del pozo de sondeo son una función de los contrastes de impedancia en esas ubicaciones. La Figura 2a muestra un pozo de sondeo 143 ejemplar en una formación 141 terrestre homogénea. Para el pozo de sondeo lleno de fluido simple mostrado en la Figura 2a, de acuerdo con la ecuación (2), se conoce que la frecuencia de la onda de golpe de ariete es muy baja. Por ejemplo, si L =500 m, c =1500 m/s (límite superior del pozo de sondeo lleno de agua), entonces, de acuerdo con la ecuación 2, / =0.75 Hz . En la presente invención, se utilizan ondas tubulares de baja frecuencia para simular el golpe de ariete. Para una onda tubular de baja frecuencia, se puede aproximar como un problema de 1-D. White (1983) derivó fórmulas calculando velocidades de ondas tubulares de baja frecuencia en diferentes casos. Para un pozo de sondeo en una formación elástica no permeable, la velocidad de las ondas tubulares es
donde B = / 2 es el coeficiente de volumen de fluido, µ = p?Xs es un coeficiente de corte de la formación, p es la densidad de la formación, Vs es una velocidad de corte de la formación, p¡ es la densidad de fluido y V es la velocidad de fluido (la velocidad de las ondas de compresión en el fluido) . Para un pozo de sondeo en una formación porosa permeable, la velocidad de onda tubular compleja es: Z ?a K0 ( iorna) Aquí, m = f?/ ( KB) , K es la permeabilidad de la formación, f es la porosidad, a el radio del pozo de sondeo, ? viscosidad. K0 y Kx son la función modificada de Bessel de los órdenes 0 y 1, respectivamente. Se debe observar que en un medio isotrópico transversalmente, la velocidad V que determina la velocidad del golpe de ariete es la velocidad de onda de corte para una onda de corte horizontalmente polarizada que viaja horizontalmente (perpendicular al eje simétrico) . Se muestra en la Figura 2b ondas de golpe de ariete simuladas registradas en la parte superior 151, parte media 153 y parte inferior 155 del pozo de sondeo. En lo siguiente se discute como modelar las ondas de golpe de ariete en pozos de sondeos complicados o irregulares. Para esto, se basa en la técnica anterior extensiva sobre el modelado de las ondas tubulares en geometrías más simples. Algunos de los resultados existentes del modelaje de onda tubular se adaptan para el modelado del golpe de ariete en pozos de sondeos complicados. Se muestra en la Figura 4a un pozo de sondeo 161 con capas concéntricas radiales denotadas por 163 y 165. La Figura 4b muestra un pozo de sondeo 175 que tiene un radio irregular en una formación 173 terrestre homogéneo. La Figura 4c muestra un pozo de sondeo en una formación terrestre estratificado con capas 177, 179, 181, 183. Las irregularidades incluyeron cambios de diámetro de pozo de sondeo y cambios de la propiedad de la formación. Similar al caso simple del pozo de sondeo, para propósito de ilustración, aquí también se tratan ondas de golpe de ariete en pozos de sondeos complicados como ondas tubulares de baja frecuencia 1-D con una función de fuente de escalón. En este problema de propagación de onda 1-D, el pozo de sondeo se divide en capas horizontales en profundidades donde los cambios de propiedad de medios y/o los cambios de geometría de pozo de sondeo ocurren. Los coeficientes de reflexión y transmisión en un caso de doble capa se dan por:
R = a^ ~ a k t (5) ,?, + a2k2 T = 2°lki . (6) a^ + a2k2 Aquí, los números fluctuantes k? = ?/ci y k2 = ?/c2, radios ax y a2 corresponden con las capas superior e inferior. Si no existe ningún estratificado radial en una capa horizontal, la ecuación (3), (4) u otros métodos numéricos pueden utilizarse para calcular las velocidades de onda tubulares cx y c2. Las Figuras 5a y 5b muestran un ejemplo de un golpe de ariete en un pozo de sondeo complicado . La velocidad de onda tubular en 203 es de 1400 m/s mientras la velocidad de onda tubular en 205 y 209 es de 1380 m/s. Existe una capa 207 permeable de 10 m de espesor cerca de la parte inferior. 211, 213 y 215 muestran simulaciones de presión en la parte superior, la parte media y la parte inferior del pozo de sondeo. Comparadas con la Figura 5b a la Figura 2, la declinación de amplitud es más rápida y la forma de onda muestra algunas distorsiones. Aquí se aplica el método de coeficientes generalizados R/T para estudiar las relaciones de dispersión de las ondas tubulares, o modos normales, en pozos de sondeo llenos de fluido mostrados en la Figura 4a. Las capas radiales pueden ser cualquier combinación de medios líquidos, sólidos no permeables y porosos permeables. La resolución de la relación de dispersión proporcionará la velocidad y atenuación para un modo normal de interés. Tres tipos de medios, fluido, sólido no permeable y sólido poroso permeable se involucran en este problema. Por lo tanto, se necesita tratar con condiciones de límite líquido-sólido, líquido-poroso, sólido-sólido, sólido-poroso, sólido-líquido, poroso-líquido, poroso-poroso y poroso-sólido. Dejar que u<]> sea el vector de tensión de un desplazamiento para la capa javo en dirección radial, la cual se representa por u U) =E < ,U) +E(/V? (7)
donde E± son las soluciones generales de las ecuaciones de ondas y C son ios coeficientes desconocidos que se determinan por el método de coeficientes generalizados R/T para condiciones límite dadas. Los signos ' + ' y - ' se refieren a las ondas saliente y entrante, respectivamente. La longitud de u es 2 para líquido, 4 para sólido no permeable y 6 para sólido poroso permeable. Los coeficientes de reflexión y transmisión en el límite r =r(:?) pueden expresarse como
R(? t? T ) R? = [EÍJ) E 0+0 ]"'[- E[J) E°" +1)1 (8) L"+
Los coeficientes generalizados de reflexión y transmisión, R _ Y T^- , se definen a través de
y pueden obtenerse a part ir de las relaciones de iteración
con la condición inicial
R£+l)=0. (11) La ecuación (11) quiere decir que solamente existen ondas salientes en la capa N+l más hacia el exterior. Los modos normales son las soluciones no triviales de la ecuación de onda libre de fuente bajo condiciones de límite dadas. El requerimiento de una solución no trivial lleva a la relación de dispersión
l -Rll (?,k,m) = 0. (12)
La primera capa es el fluido y solamente existe la onda P. Por lo tanto, el coeficiente de reflexión generalizado R '_ en esta capa se reduce a un escalar. J '_ es una función de la frecuencia angular ?, el número de onda k, y el vector de parámetro del modelo de pozo de sondeo m. Se resuelve la ecuación (12) numéricamente. Para una ? real dada se busca el número de onda complejo k que es la raíz de la ecuación (12) . La parte real de k da la velocidad de fase c =?/k, y la parte imaginaria da Q-valor Q =0 . 5kr/kx . El número de onda complejo k se sustituye en las ecuaciones (5) y (6) o se utiliza en el método de matriz del propagador para el cálculo de los coeficientes de reflexión y transmisión en la simulación de onda de golpe de ariete. Las Figuras 6a y 6b muestran las curvas de dispersión para tres modelos porosos. Las curvas 221, 223 y 225 en la Figura 6a son las velocidades de fase para los modelos 1, 2 y 3 respectivamente, mientras las curvas 231, 233 y 235 son los factores de calidad Q para los tres* modelos. Los parámetros de modelo se dan en la Tabla 1. Puede observarse a partir de la Figura 6a que la curva de dispersión es muy sensible a la permeabilidad en el margen de baja frecuencia que sostiene las ondas del golpe de ariete. Se espera que el golpe de ariete sea útil para la prueba de pozos, especialmente la estimación de permeabilidad y porosidad. Específicamente, la geometría de la estratificación vertical normalmente se conoce, como son las velocidades de compresión y de corte. Una variedad de resultados sintéticos pueden generarse para un margen de porosidades y una consulta en la tabla realizada para estimar la permeabilidad. Tabla 1 : Parámetros de modelo de pozos de sondeo en medios porosos multiestratificados
En lo siguiente se examina un pozo completado que contiene tubería que tiene acceso a un solo intervalo perforado en la tierra. La Figura 7a es una sección vertical esquemática de la disposición que muestra la tubería, el obturador y una tubería de revestimiento que incluye un intervalo perforado. Secciones transversales horizontales que corresponden con los diferentes intervalos se muestran en la Figura 7b. El intervalo perforado se representa por 257. el intervalo que tiene la tubería se representa por 251. El intervalo que tiene el obturador se denota por 253 mientras el intervalo revestido se denota por 255. El golpe de ariete se simula al definir un modelo que tiene una pluralidad de capas horizontales donde una o más de las capas horizontales también pueden tener estratificado radial. Se debe observar' que, siguiendo la práctica común en la industria, los términos "horizontal" y "vertical" pueden ser en relación al pozo de sondeo mismo. Los ejemplos particulares mostrados en este documento se modelaron con el pozo de sondeo siendo perpendicular a las capas horizontales. Esto no se interpretará como una limitación en la invención y el método puede utilizarse con cierta modificación cuando el pozo de sondeo no sea perpendicular a las capas. Tal situación de estratificación inclinada puede simularse al agregar términos azimutales en el modelaje. La Figura 7c muestra la declinación de un golpe de ariete. La abscisa es el tiempo mientras la ordenada es la profundidad. 261 en la Figura 8a es una representación de dominio de tiempo de la señal simulada del golpe de ariete y las medidas de campo reales hechas en un pozo para el cual el modelo se muestra en la Figura 7a-7b. Debido al acuerdo excelente entre las señales simulada y medida, una curva sencilla es suficiente. Lo mismo es verdadero de la Figura 8b la cual muestra medidas 263 simuladas y actuales hechas en el mismo pozo de sondeo en la parte media del intervalo. La diferencia entre la presión simulada 267 y medida 265 es notable cerca de la parte inferior del intervalo en la Figura, 8c. Se debe observar que para el ejemplo mostrado, el golpe de ariete cerca de la parte inferior está en una orden de magnitud más pequeño que en la parte superior del pozo. La diferencia surge principalmente debido a una mala correlación en las frecuencias muy bajas. En una modalidad alternativa de la invención, la mala correlación de baja frecuencia puede corregirse. Con referencia ahora a las Figuras 9-14, se muestran aplicaciones ilustrativas del método descrito en lo anterior . La Figura 9a ilustra esquemáticamente el efecto de transmisión de un golpe de ariete a lo largo de un pozo 300 de una sola perforación donde una tubería de revestimiento 302 de acero de diámetro sustancialmente constante se ha instalado y se ha cementado a través del mismo. Una válvula u otro limitador 304 de flujo, cuando se acciona, generan una onda 306 que se propaga desde una primera ubicación 308 hasta una segunda ubicación 310 más abajo en el pozo 300. Las características de la propagación de onda son una función de los diversos parámetros que incluyen las dimensiones del pozo de sondeo (por ejemplo, el tamaño del agujero) , la formación y material de la tubería del pozo de sondeo, las propiedades del cemento, las propiedades del fluido, y las propiedades del acoplamiento. Las Figuras 9b y 9c ilustran formas de onda, ejemplares o con formaciones 312 y 314 en la primera ubicación 308 y 310, respectivamente. Como puede observarse, existe relativamente poco cambio en la amplitud de la onda para las formas 312 y 314 de onda, que indican que la energía. transmitida por las ondas encontró relativamente poca pérdida de propagación. De este modo, en esta disposición de completación, la tubería de revestimiento 302, que está libre de secciones o características que atenúan, reflejan o absorben energía, permite la transmisión de ondas con baja atenuación y baja dispersión. De este modo, estas ondas 306 tienen energía relativamente elevada y un arribo impulsivo en la segunda ubicación 310. Una razón común de porqué una válvula en la superficie puede cerrarse repentinamente es si existe una indicación de un cambio de presión repentino en el pozo de sondeo. Esto puede ser provocado, por ejemplo, por un influjo repentino de gas. La válvula puede ser parte de un obturador de explosión (BOP) el cual se cierra rápidamente para evitar una explosión catastrófica del pozo. El sentido común convencional ha sido que el BOP debe ser operado tan rápido como sea posible. La presente invención hace posible analizar el efecto de tal operación repentina del BOP en términos de ondas de presión dentro del pozo de sondeo. En algunos casos, la presión debido al golpe de ariete puede exceder la resistencia del pozo de sondeo en ciertos intervalos. Con la presente invención, es posible simular un cierre no tan rápido del BOP: en lugar de una función de escalón, una función de rampa puede utilizarse y la operación de BOP entonces puede hacerse con la resistencia de la formación tomada en consideración. Lo mismo aplica a la apertura de un dispositivo de control de flujo, el cual puede tener el mismo cambio en la energía cinética que se involucra en el cierre de un dispositivo de control de flujo. Se debe observar que la electrónica situada en el fondo de la perforación, el equipo eléctrico y el equipo electromecánico pueden ser de igual forma susceptibles a daño de la presión excesiva y la presente invención hace posible proporcionar una medida de protección. La Figura 10a ilustra esquemáticamente una disposición de completación donde una sarta 400 tubular incluye una sección 402 reflectora de ondas adaptada para reflejar ondas que viajan a través de la sarta 400. Para controlar a las ondas 404 que se propagan a través de la sarta 400, la sección 402 reflectora de ondas tiene un diámetro reducido que genera una reflexión 416 de onda, la cual reduce, por consiguiente, la energía transmitida hacia el pozo de sondeo bajo la sección 402 reflectora de ondas. Se debe apreciar que la configuración dé la sección 402 reflectora de ondas, tal como la forma (por ejemplo, reducción escalonada, reducción graduada, etc.), dimensión, formación del material, puede seleccionarse para controlar las características de la onda 416 reflejada. Las Figuras 10b y 10c ilustran formas 408 y 410 de ondas ejemplares en una primera ubicación 412 situada en lo alto de la perforación de la sección 402 reflectora de ondas y una segunda ubicación 414 situada en el fondo de la perforación de la sección 402 reflectora de ondas, respectivamente. Como puede observarse, la energía reflejada por la sección 402 reduce la amplitud de las ondas 404 que viajan pasando la sección 402. La Figura lia ilustra la disposición de completación donde una sarta 500 tubular se ha proporcionado con una sección 502 atenuadora de ondas, la cual tiene una pluralidad de perforaciones 503. Las características de la sección 502 atenuadora se seleccionan para transmitir energía de ondas hacia la formación 504 adyacente. Por ejemplo, el tamaño, la forma, la dispersión y otros aspectos de -las perforaciones 503 pueden seleccionarse para optimizar la atenuación de ondas. De este modo, cuando las ondas 506 se propagan a lo largo de la sarta 500, las ondas 506 mteractúan con la sección 502 atenuadora de ondas, la cual entonces transmite cierta energía de ondas desde la sarta 500 l¡ i ;l? tubular hacia la formación 504. De este modo, la sección 502 '* i atenuadora provoca un incremento en la atenuación conforme la ¡! onda 506 pasa por cada perforación 503. Las Figuras llb y 11c ¡¡ ilustran unas formas 510 y 512 de ondas ejemplares en una | primera ubicación 514 en lo alto de la perforación de la. ¡ sección 502 atenuadora de ondas en la segunda ubicación 516' situada en el fondo de la perforación de la sección 502 atenuadora de ondas, respectivamente. Como puede observarse, la energía atenuada por la sección 502 reduce la amplitud de. las ondas que viajan pasando por la sección 502 así como incrementa la dispersión de las ondas. La Figura 12a ilustra la disposición de completación donde una sarta 600 tubular se ha proporcionado por una sección 602 de absorción de ondas que expone al pozo
de sondeo 606 a una formación 608 permeable adyacente. La . I sección 602 puede incluir un tamiz, un filtro de grava, u otro dispositivo o puede ser una completación de agujero no I revestido. La sección 604 se configura para acoplar el fluido i en el pozo de sondeo 606 con la formación y, por ¡ consiguiente, permite que la energía de onda sea absorbida por la formación 608 adyacente. Las Figuras llb, 11c y lid ilustran respectivamente una forma 610 de onda ejemplar en una primera ubicación 616 en lo alto de la perforación de la sección 602 atenuadora de ondas, una forma 612 de onda ejemplar en una segunda ubicación 618 aproximadamente en un extremo en lo alto de la perforación de la sección 602 de absorción, y una forma 614 de onda ejemplar en una tercera ubicación 620 situada en el fondo de la perforación de la sección 602 de absorción. En la segunda ubicación 616, una transición entre la tubería de revestimiento y la sección 602 de absorción genera las ondas 620 reflejadas que reducen la energía de onda e incrementan la dispersión de ondas, la cual se muestra en la amplitud reducida de la forma 612 de onda cuando se compara con la forma 610 de onda. Después de esto, la energía atenuada por la sección 612 reduce la amplitud de. las ondas que viajan pasando la sección 602 así como dispersa estas ondas, la dispersión se muestra con el número 622, el cual se muestra en la amplitud reducida de la forma 612 de onda cuando se compara con la forma 614 de onda. Con referencia ahora a la Figura 13, se ilustra esquemáticamente un atenuador 700 ejemplar construido de acuerdo con modalidades de la presente invención para su utilización en un sistema 702 de completación. El atenuador 700 puede ser un miembro tubular que incluye una pluralidad de secciones 704 y 706 de diámetro reducido que se yuxtaponen a lo largo de una longitud de un pozo de sondeo. Por ejemplo, el atenuador 700 puede incluir una sección de manguito o tubería de revestimiento expandible. Las secciones seleccionadas del manguito pueden extenderse a intervalos discretos. Las longitudes del intervalo se seleccionan basándose en optimizar la interferencia destructiva de la onda transmitida. Los métodos de modelaje de ondas discutidos en lo anterior pueden utilizarse para seleccionar factores tales como las dimensiones de las reducciones de diámetro, las distancias de intervalos y el número de reducciones de diámetros. Las Figuras 13b y 13c ilustran respectivamente una forma 710 de onda ejemplar en una primera ubicación 712 en lo alto de la perforación del atenuador 700 de ondas y una forma 712 de onda ejemplar en una segunda ubicación 714 generalmente a lo largo del atenuador 700 de ondas. Como puede observarse, las ondas 720 que viajan a lo largo del sistema 702 de completación se someten a múltiples reflexiones que interfieren destructivamente a lo largo del atenuador 700, que reduce el nivel de energía de las ondas que viajan hacia el fondo de la perforación pasando el atenuador 700. Otros atenuadores podrían crearse al exponer secciones de la formación a través de tamices, al perforar selectivamente secciones de tubería, y por otros métodos y dispositivos. La Figura 14 muestra una disposición en la cual existen dos perforaciones 803, 805 laterales que se diversifican desde un pozo de sondeo 801 principal. Como un ejemplo, un dispositivo 807 de control de flujo se representa en la perforación 805 lateral. La operación de un dispositivo de control de flujo puede generar un golpe de ariete tal como la operación del dispositivo 304 de control de flujo mostrado en la Figura 9a en la superficie. Este golpe de ariete puede propagarse hacia el pozo de sondeo principal así como hacia la perforación 803 lateral. Por consiguiente, los mismos dispositivos discutidos en lo anterior con referencia a las Figuras 9-13 también pueden utilizarse, y el diseño de la sarta de completación puede ser gobernado por los mismos principios discutidos en lo anterior. Con el método de la presente invención, es posible simular los efectos de la longitud de los túneles de perforación; ancho y propiedades hidráulicas de una fractura y los procedimientos de cierre (métodos para cerrar con/sin riesgo excesivo para la completación y formación) . Los principios discutidos en lo anterior para la simulación del golpe de ariete también puede utilizarse para determinación de propiedades de la formación. Esto se ilustra con referencia a las Figuras 15a-15f. Se muestran en la Figura 15a respuestas simuladas para un golpe de ariete en un agujero revestido con 200 m de una tubería de revestimiento más pequeña bajo la tubería de revestimiento. La señal de presión simulada se muestra en la parte superior, parte media y parte inferior del agujero. Por medio de la comparación, la Figura 15b muestra formas de onda correspondientes cuando existen 200 m de agujero no revestido en una formación de permeabilidad de 0.5 D bajo el agujero revestido. Cierta disminución en la amplitud de las señales se observa en el nivel más profundo entre el agujero con tubería de revestimiento más pequeña (Figura 15a) y el agujero no revestido (Figura 15b) . La Figura 15c muestra señales correspondientes cuando la sección de agujero no revestido tiene una permeabilidad de 5 mD . La disminución en la amplitud de señal comparada en la Figura 15d es importante. La disminución es aún más dramática en la Figura 15d donde la sección del agujero no revestido tiene una permeabilidad de 500 mD . El contenido de frecuencia y la amplitud de la señal del golpe de ariete de este modo es indicativo de la permeabilidad y porosidad de la formación. La Figura 15e muestra el golpe de ariete cuando existe 200 m de agujero no revestido (permeabilidad de 30D) que incluye una zona dañada de 10 centímetros con permeabilidad de 20 mD. La señal de golpe de ariete es importante, demuestra que es indicativa de posible daño en la formación. Finalmente, la Figura 15f muestra el golpe de ariete para 200 m de agujero no revestido (300 mD) con 1 centímetro de una zona dañada con permeabilidad 20 mD . De este modo, el daño en la formación tiene un efecto sobre el golpe de ariete igual que la porosidad de formación y permeabilidad de formación.
En otra modalidad de la invención, el sistema de pozo de sondeo puede monitorearse durante un periodo de tiempo. Debido a la producción de una o más capas como una función de tiempo, algunas de las propiedades de la formación pueden cambiar. Cuando los dispositivos de control de arena se utilizan, su efectividad puede deteriorarse con el tiempo. El monitoreo del sistema de sondeo al hacer medidas de un golpe de ariete durante un periodo de tiempo prolongado puede identificar tal formación y o cambios en la completación-dispositivo, y puede tomarse una acción correctiva adecuada. De este modo, el método de la presente invención es útil no sólo para el diseño inicial de sistemas de completación de pozos, sino también para el desarrollo continuo del yacimiento . Para resumir, la presente invención enseña métodos y dispositivos que utilizan técnicas analíticas para caracterizar el golpe de ariete para configurar el equipo de completación de pozo de sondeo que mitiga los efectos dañinos del golpe de ariete. En una aplicación ejemplar, factores y propiedades conocidas tales como parámetros de formación, parámetros de fluido, dimensiones tubulares y propiedades de la completación se utilizan para caracterizar la propagación de ondas. Tal modelaje puede utilizarse para calcular los efectos de un golpe de ariete de amplitud conocida como una función de la distancia a partir de su origen, y para desarrollar métodos para reducir la amplitud de la onda en una completación, reduciendo, por consiguiente, la probabilidad de daño en la formación (por ejemplo, licuefacción) debido a un impulso de presión. Ejemplos de los tipos de completación que pueden analizarse mediante modelaje incluyen perforaciones, características de formas tubulares del pozo de sondeo (por ejemplo, cambios en tamaño, forma, número, cementación, etc.), objetos insertados en el pozo en ubicaciones críticas ya sea concéntrica o excéntricamente en el pozo, los efectos de los tamices compatibles e incompatibles y filtro de grava y completaciones de agujero no revestido, paquetes de fractura y estimulaciones de fractura en formaciones con varias propiedades (porosidades, permeabilidades, propiedades elásticas/viscoelásticas de las tramas y resistencias) . Las características de un golpe de ariete en el punto donde se genera se calculan utilizando métodos establecidos, o pueden asumirse para propósitos de evaluar sólo las características de propagación del sondeo. La reflectividad y atenuación específica como una función de la frecuencia y de las propiedades de la completación/formación/pozo de sondeo pueden determinarse utilizando teorías para la propagación de las ondas de Stoneley . Los efectos de una variedad de parámetros de los cuales un subconjunto se enlista en lo siguiente se modelan al calcular la velocidad dependiente de la frecuencia, compleja, de la cual se deriva una atenuación específica (por ejemplo, en dB/metros) como una función de la frecuencia. La transformación del dominio de número de frecuencia-onda en el dominio de tiempo-distancia hace posible esquematizar la amplitud y la forma del impulso del golpe de ariete como una función de la distancia recorrida a lo largo del pozo. La reflectividad dependiente de la frecuencia a partir de los contrastes de reflectividad se calcula al determinar la impedancia de las configuraciones adyacentes, y calcular los coeficientes complejos de reflexión y transmisión como una función de la frecuencia que resultan de su yuxtaposición. Al tomar medidas de la señal de presión en diferentes profundidades a lo largo de un pozo de sondeo, es posible estimar las propiedades de la formación tal como la permeabilidad, y para identificar daño posible en la formación. Análisis de fracturas y perforaciones pueden llevarse a cabo utilizando análisis del golpe de ariete. Mientras la invención se ha descrito en lo anterior en el contexto de cambios repentinos en la presión por la operación de un dispositivo de control de flujo, se debe observar que un golpe de ariete también puede producirse como resultado del descenso de la presión y las pruebas de acumulación de presión conforme se entiendan los términos por aquellos versados en la técnica. Aquellos versados en la técnica pueden reconocer que medidas del flujo de fluido en el pozo de sondeo son indicativas de y registran la presión de fluido. Esto particularmente es verdadero si un sistema de medición de flujo es aquel que no tiene efecto importante sobre la propagación del golpe de ariete. Tal sistema de medición de flujo podría incluir medidores tipo trazadores mecánicos, electrogalvánicos, de impulso térmico y/o radioactivos. El procesamiento de los datos puede lograrse por un procesador situado en el fondo de la perforación. Implícito en el control y procesamiento de los datos es el uso de un programa de computadora implementado en un medio que se puede leer por máquina adecuado que permita al procesador realizar el control y procesamiento. El medio que se puede leer por máquina puede incluir ROM, EPROM, EAROM, memorias flash y/o discos ópticos. Estos son todos los medios que pueden almacenar grandes cantidades de datos y/o instrucciones, son adecuados para su utilización en ubicaciones en la superficie y con alguna excepción, adecuados para su utilización en el fondo de la perforación.