MX2008007600A - Metodos y aparatos para construccion de pozos - Google Patents

Abstract

Un método para construir un pozo de sondeo perforado con un aparato (16) d perforación, el método comprende:conectar un manguito (22) de forro tubular flexible alrededor del exterior del aparato de perforación y conectar el manguito alrededor de una abertura superior del pozo de sondeo para pasar hacia el poso de sondeo;expandir progresivamente el manguito hacia el pozo de sondeo conforme avanza la perforación, mientras se mantiene la conexión en el aparato de perforación y la abertura del pozo de sondeo;en un punto predeterminado en la perforación, expandir el manguito para contactar la pared del pozo de sondeo;y establecer el manguito para ser fijado a la pared del pozo de sondeo después de la expansión. Aparato para su uso en tal método comprende:un manguito (22) expandible y flexible;un primer conector para conectar el mangui8to alrededor del exterior de un ensamble de perforación;y un segundo conector para conectar el manguito alrededor de la abertura de pozo de sondeo;en donde al manguito se dispone para expandirse a través del pozo de sondeoentre los conectores conforme avanza la perforación.

Description

MÉTODOS Y APARATOS PARA CONSTRUCCIÓN DE POZOS CAMPO TÉCNICO Esta invención se refiere a métodos y aparatos para aislamiento zonal y estabilización de pozos de sondeo que particularmente son aplicables al pozo de sondeo tales como pozos de petróleo y gas, o similares. Proporcionan técnicas que pueden utilizarse adicionalmente o como una alternativa a las técnicas de completación de pozos convencionales tales como cementación.

TÉCNICA ANTECEDENTE La completación de pozos de sondeo mediante tubería de revestimiento y cementación se conocen bien. Después de la perforación del pozo de sondeo, una tubería de revestimiento tubular, típicamente formada de tubos de acero en una sarta de extremo a extremo, se coloca en el pozo de sondeo y el cemento se bombea a través de la tubería de revestimiento y en la zona anular formada entre la tubería de revestimiento y la pared del pozo de sondeo. Una vez establecida, la tubería de revestimiento cementada proporciona soporte físico para el pozo de sondeo y evita la comunicación de fluido entre los diversos yacimientos o desde los yacimientos hasta la superficie (aislamiento zonal). Sin embargo, problemas pueden presentarse si el lodo de perforación permanece en el pozo de sondeo cuando el cemento se coloca, o en la forma microanular alrededor de la tubería de revestimiento y/o la pared del pozo de sondeo. El efecto de éstos puede proporcionar trayectorias de comunicación de fluido entre los diversos yacimientos o de regreso en la superficie y pérdida consecuente del aislamiento zonal. Existen varios problemas bien conocidos asociados con operaciones de cementación convencionales. Por ejemplo, la perforación debe interrumpirse y la sarta de perforación extraerse del pozo de sondeo cada vez que se va a establecer una tubería de revestimiento; y cada tubería de revestimiento reduce el diámetro del pozo. La WO 9706346A (DRILLFLEX) 20.02.1997 describe una técnica en la cual una preforma tubular se introduce en un pozo o en un cable eléctrico y se extiende en contacto con la pared del pozo por la inflación de un manguito localizado dentro la preforma. Una vez inflada, la preforma se solidifica por polimerización, típicamente al calentar por medio de un cable calefactor integrado, o por la introducción de un líquido calentado en el manguito. Tal técnica se utiliza típicamente para la reparación de una tubería de revestimiento o tubería que ya está instalada en el pozo, o para cerrar perforaciones que están produciendo fluido indeseado tal como agua (véase, por ejemplo, el servicio PatchFlex de Schlumberger/Drillflex) .

Esta invención tiene como objetivo dirigir algunos de los problemas conocidos con el forro del pozo de sondeo al proporcionar una técnica que pueda reducir la interrupción en la perforación y disminuir el diámetro del pozo de sondeo.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se basa en la extrusión o colocación continua de un manguito concéntrico alrededor de una sarta de perforación que puede formarse para expandirse para forrar el pozo de sondeo. Un primer aspecto de esta invención proporciona un método para construir un pozo de sondeo perforado con un aparato de perforación, el método comprende: - conectar un manguito de forro tubular flexible alrededor del exterior del aparato de perforación y conectar el manguito alrededor de una abertura superior del pozo de sondeo para pasar hacia el pozo de sondeo; - expandir progresivamente el manguito en el pozo de sondeo conforme avanza la perforación mientras se mantiene la conexión en el aparato de perforación y la abertura del pozo de sondeo; - en un punto predeterminado en la perforación, expandir el manguito para contactar la pared del pozo de sondeo; y - establecer el manguito para ser fijado en la pared de pozo de sondeo después de la expansión. Un método comprende de preferencia colocar el manguito en un carrete localizado en la abertura del pozo de sondeo y bobinar el manguito en el pozo conforme avanza la perforación, o colocar el manguito en un carrete localizado alrededor del aparato de perforación y bobinar el manguito en el pozo conforme avanza la perforación. El carrete puede contener el manguito en una forma enrollada o doblada/plegada antes de la extensión en el pozo de sondeo. Expandir el manguito puede lograrse al bombear un fluido bajo presión en el manguito. También se prefiere calentar el manguito antes de la expansión para mejorar la flexibilidad. Después de calentar y la expansión, el manguito puede enfriarse para establecer el manguito en su estado expandido. Donde el manguito comprende un polímero, el método comprende de preferencia calentar a una temperatura por encima de la temperatura de transición vitrea, Tg, del polímero antes de la expansión, y enfriar a una temperatura por debajo de Tg después de la expansión. Calentar el manguito puede lograrse, por ejemplo, por medio de un fluido utilizado para expandir el manguito, por medio de un elemento de calefacción eléctrica, o por medio de una reacción exotérmica. Un segundo aspecto de la invención comprende un aparato para su utilización en un método de acuerdo con el primer aspecto, que comprende: - un manguito expandióle y flexible; un primer conector para conectar el manguito alrededor del exterior de un ensamble de perforación; y - un segundo conector para conectar el manguito alrededor de la abertura del pozo de sondeo; en donde el manguito se dispone para expandirse a través del pozo de sondeo entre los conectores conforme avanza la perforación. El aparato de preferencia comprende un carrete en el cual se contiene el manguito y del cual el manguito se extrae conforme avanza la perforación. El manguito puede enrollarse en el carrete o mantenerse en una forma plegada o doblada. El carrete puede localizarse en el primer conector y el segundo conector. De preferencia, el aparato también comprende un suministro de fluido presurizado que permite al fluido ser bombeado dentro del manguito para expandirse en contacto con la pared del pozo de sondeo. El ensamble de perforación puede incluir lumbreras para la distribución de fluido desde el suministro hasta el interior del manguito. El fluido puede ser lodo de perforación, por ejemplo. El manguito flexible puede formarse a partir de un polímero que se puede expandir cuando se calienta por encima de Tg pero se establece en su posición cuando se enfría por debajo de Tg. El manguito puede incluir elementos de calefacción y/o elementos de refuerzo. Otros materiales que pueden utilizarse incluyen hojas de metal delgadas o láminas, fibras de madera y materiales compuestos que incluyen elementos de refuerzo tales como fibras de onda transversal. Las temperaturas en el fondo de la perforación pueden ser lo suficientemente elevadas para que el manguito ya tenga suficiente capacidad de deformación para la expansión y solamente sea necesario bombear el fluido para provocar la expansión. El ablandamiento adicional del manguito puede utilizarse para mejorar la flexibilidad para la expansión.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos anexos: La Figura 1 muestra una vista esquemática de una primera modalidad de un aparato de acuerdo con la invención; la Figura 2 muestra una vista esquemática de una segunda modalidad de un aparato de acuerdo con la invención; la Figura 3 muestra parte de la modalidad de la Figura 1 ó 2 después de la expansión.

MODOS PARA LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN Con referencia ahora a los dibujos, la Figura 1 muestra una primera modalidad de un aparato de acuerdo con la invención que puede utilizarse para forrar un pozo de sondeo 10 perforado a través de los yacimientos 12 subterráneos desde la superficie 14. La operación de perforación se lleva a cabo utilizando un aparato 16 de perforación que lleva, entre otras cosas, una barrena 18 de perforación. El aparato 16 de perforación se transporta en el extremo de una sarta 20 de perforación que se extiende a través del pozo de sondeo 10 desde la superficie 14. la barrera 18 de perforación se hace girar por rotación de la sarta 20 de perforación y/o mediante el uso de un motor situado en el fondo de la perforación que forma parte del aparato 16 de perforación. Un manguito 22 de forro tubular flexible se extiende concéntricamente alrededor de la sarta 20 de perforación a través del pozo de sondeo 10. El manguito 22 se conecta alrededor del exterior de la parte superior de la sarta 20 de perforación, en la abertura superior del pozo de sondeo 10 mediante un carrete 24 en el cual se enrolla el manguito. El manguito 22 se conecta en el extremo inferior de la sarta 20 de perforación en el ensamble 16 de perforación. Conforme avanza la perforación, la sarta de perforación se alarga (por ejemplo al agregar tubería de perforación o al desenrollarse de una bobina) y el manguito 22 se extiende correspondientemente al desenrollarse del carrete 24. El manguito 22 se extiende posteriormente para forrar el pozo de sondeo 10 como se explicará en lo siguiente . La Figura 2 muestra una modalidad alternativa de aquella de la Figura 1. En este caso, el manguito 22 se fija en la abertura del pozo de sondeo y se mantiene en un carrete 26 situado en el fondo de la perforación conectado al ensamble 16 de perforación. El manguito se mantiene en el carrete 26 situado en el fondo de la perforación en una disposición 28 plegada o doblada como opuesta al rollo 24 de la modalidad de la Figura 1. Conforme avanza la perforación, el manguito 22 se extiende al desdoblarlo del carrete 26 situado en el fondo de la perforación. Se apreciará que dos formas de carrete mostradas en las Figuras 1 y 2 se pueden intercambiar. El carrete 24 de la superficie de la Figura 1 podría ser una disposición plegada/doblada o el carrete 26 situado en el fondo de la perforación de la Figura 2 podría ser un rollo. Cuando ha avanzado la perforación a una profundidad en la cual se vuelve necesario forrar el pozo de sondeo 10, la perforación cesa y el manguito 22 se extiende para contactar la pared 28 de pozo de sondeo y establecerse en su lugar. La expansión se logra al inflar el manguito 22 con fluido bombeado desde la superficie, hasta la sarta 20 de perforación, a través de lumbreras 32 en el ensamble 16 de perforación y hacia el interior 30 del manguito 22. Las lumbreras 32 en el ensamble 16 de perforación pueden ser operadas por medio de esfera o varilla bombeada a lo largo de la sarta 20 de perforación o al elevar la presión del fluido en la sarta 20 de perforación a un nivel adecuado. Alternativamente, el fluido puede ser bombeado desde la superficie entre el manguito 22 y la sarta 20 de perforación (circulación inversa) . Para la aplicación del fluido calentado (véase lo siguiente) , el fluido también puede ser bombeado desde la superficie entre el manguito y la pared 28 de pozo de sondeo, o a través del ensamble de perforación para pasar hacia el pozo de sondeo entre el manguito 22 y la pared 28 de pozo de sondeo. Una vez que se establece el manguito, puede proceder la perforación. En la modalidad de la Figura 1, es necesario desconectar el ensamble de perforación del manguito establecido y reconectar un manguito suelto desde la superficie. En la modalidad de la Figura 2, la perforación puede volver a comenzar con el resto del manguito original, o con un nuevo manguito instalado en la superficie. En otra modalidad, un nuevo carrete puede insertarse en un anillo expandióle para localizarse cerca de la parte inferior del forro previo de manera que el nuevo manguito se solapa ligeramente con la parte inferior del manguito establecido previo y se jala del carrete situado en el fondo de la perforación (similar a la Figura 1). Alternativamente, un anillo de sellado expandible puede utilizarse para conectarse a la parte inferior del manguito establecido y el nuevo manguito no se estropea del ensamble de perforación (similar a la Figura 2) . El manguito 22 de preferencia se forma a partir de un polímero termoplástico que se transforma rápidamente de un sólido relativamente inflexible duro a un caucho deformable flexible cuando se calienta por encima de su temperatura de transición vitrea así llamada Tg . Este activador térmico se utiliza para proporcionar un asilamiento zonal continuo mientras se perfora, de modo que permite que continúe la perforación a través de yacimientos débiles y proporciona un forro continuo del pozo de sondeo. Mientras el forro se proporciona por el manguito expandido, puede no ser lo suficientemente fuerte para actuar como una tubería de revestimiento permanente, secciones expandidas más largas pueden perforarse antes de que se requiera tubería de revestimiento de acero, de modo que reduzca el número de sartas de tubería de revestimiento requeridas y permita que pozos de diámetro más pequeño sean perforados en las zonas objetivo. Alternativamente, donde existe poco requerimiento para refuerzo mecánico, el manguito expandido puede ser suficiente para actuar como un forro permanente. Como se describe generalmente con respecto a las Figuras 1-3 anteriores, un tubo continuo o manguito de polímero 22, concéntrico con la sarta 20 de perforación, se libera del ensamble 16 de perforación (BHA) o de la superficie 14 cuando el pozo se perfora. El diámetro del manguito 22 es intermedio a aquel de la sarta 20 de perforación y el pozo de sondeo 10, que permite una circulación libre de fluido de perforación. La composición, química del polímero puede ser seleccionada de modo que permanezca por debajo de su Tg para que se alcancen profundidades más altas con el pozo de sondeo 10 (o sección del pozo de sondeo) . En un punto donde el aislamiento zonal y/o soporte para la pared 28 de pozo de sondeo necesita lograrse (por ejemplo, zona débil), fluido caliente en T > Tg se bombea en el manguito 22 de polímero bajo presión. Esto provoca que el manguito 22 de polímero se ablande y después se extienda como un globo hasta que alcanza la pared 28 del yacimiento. El manguito 22 se comprime contra los contornos de la roca para tomar la forma local precisa, se sella contra la roca e incluso se presiona en la región cerca del pozo de sondeo. Reducir la temperatura del fluido de circulación a T < Tg transforma el polímero nuevamente en un sólido de coeficiente elevado duro el cual ahora forma un buen sello contra la pared 28 del yacimiento y proporciona soporte mecánico a las secciones más débiles. La perforación puede ahora proceder con un nuevo manguito de polímero, ya sea desde la superficie o asegurado para solaparse con la sección que ya está en el lugar. Este método de forro de pozo de sondeo se aplica convenientemente durante la fase de perforación antes de colocar el cemento en la zona anular. La opción de material de polímeros se determina por la transición vitrea, o ablandamiento, temperatura (Tg) siendo mayor que la temperatura que probablemente se experimentará por el forro del polímero durante la operación normal, durante la construcción del pozo y la producción, pero de modo que el tubo de polímero pueda elevarse fácilmente sobre este valor durante la fase de expansión/forro. La temperatura puede elevarse en un número de formas: al circular el fluido caliente dentro del manguito o fuera del manguito (véase lo anterior) mediante calentamiento eléctrico (ya sea por el uso de un calentador separado o por la operación de elementos de calefacción integrados en el manguito) al activar una reacción química exotérmica en el líquido que se establece dentro o alrededor del manguito, etc. Polímeros adecuados se ejemplifican mediante, aunque no se restringen a: poliolefinas (polietileno, polipropileno, polibuteno... ) , polialquilmetacrilatos (alquil metil, propil, butil...), cloruro de polivinilo, polisulfonas, policetonas, poliamidas (tales como nailon 6, 6) , poliésteres tales como tereftalatos de polialquileno, y polímeros fluorinados (tales como PTFE, los cuales proporcionarán una baja fricción con la sarta de perforación y/o la tubería de revestimiento y de este modo proporcionan mejoramientos para pozos desviados y horizontales extendidos largos) por nombrar algunos. Copolimeros y mezclas de éstos también son posibles. Compuestos de estos polímeros con materiales inorgánicos sólidos (por ejemplo, negro de humo, sílice y otros minerales), o compuestos de fibra (fibras cortas o continuas, esfera tejida) también son posibles. Un procedimiento alternativo es utilizar un material polimérico termoestablecido en lugar de termoplástico, donde un manguito de resina flexible no reticulado (con o sin refuerzo de fibra) mezclado o impregnado con reticulador (un ?prepreg' ) que retícula cuando el manguito se expande y su temperatura se eleva lo suficiente, de modo que cambia de un material deformable blando a un sello fuerte duro. Otros materiales incluyen aquellos en forma de polvo o de granulo, mantenidos en una bolsa u otro recipiente reflexible, por ejemplo, polvo o granulos termoplásticos en una fibra delgada, lámina de metal o un saco anular de plástico que se fusiona contra la pared del pozo de sondeo con la expansión y calentamiento del manguito. El manguito puede comprender forro pretensado el cual se evita que se expanda por un polímero por debajo de su Tg; al calentar el polímero se ablanda, permitiendo que el forro pretensado se expanda contra el yacimiento y forme un sello . Cambios adicionales también pueden hacerse mientras se quede dentro del alcance de la invención. Por ejemplo, en el caso de un pozo de sondeo desviado o lateral perforado desde un pozo de sondeo principal, el manguito puede conectarse a la abertura del nuevo pozo de sondeo en el pozo de sondeo principal en lugar de la superficie. También, la expansión puede lograrse por medio de un dispositivo mecánico (formador) el cual tiene un diámetro similar al pozo de sondeo y puede empujarse hacia el manguito, o el cual puede expandirse en el manguito y empujarse o jalarse a lo largo para expandir el manguito en contacto con la pared del pozo de sondeo.

Claims (24)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para construir un pozo de sondeo perforado con un aparato de perforación, el método comprende: - conectar un manguito de forro tubular flexible alrededor del exterior del aparato de perforación y conectar el manguito alrededor de una abertura superior del pozo de sondeo para pasar hacia el pozo de sondeo; - expandir progresivamente el manguito en el pozo de sondeo conforme avanza la perforación mientras se mantiene la conexión en el aparato de perforación y la abertura de pozo de sondeo; - en un punto predeterminado en la perforación, expandir el manguito para contactar la pared del pozo de sondeo; y - establecer el manguito para fijarse a la pared del pozo de sondeo después de la expansión.
2. 2. Un método como se reclama en la reivindicación 1, que comprende colocar el manguito en un carrete localizado en la abertura del pozo de sondeo y bobinar el manguito en el pozo conforme avanza la perforación.
3. 3. Un método como se reclama en la reivindicación 1, que comprende colocar el manguito en un carrete localizado alrededor del aparato de perforación y bobinar el manguito en el pozo conforme avanza la perforación.
4. 4. Un método como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, que comprende expandir el manguito utilizando una herramienta de expansión mecánica.
5. 5. Un método como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, que comprende expandir el manguito al bombear un fluido bajo presión en el manguito.
6. 6. Un método como se reclama en cualquier reivindicación precedente, que comprende calentar el manguito antes de la expansión para mejorar la flexibilidad.
7. 7. Un método como se reclama en la reivindicación 6, que comprende enfriar el manguito después de la expansión para establecer el manguito en su estado expandido.
8. 8. Un método como se reclama en la reivindicación 6 ó 7, en donde el manguito comprende un polímero, que comprende calentar a una temperatura por encima de Tg del polímero antes de la expansión, y enfriar a una temperatura por debajo de Tg después de la expansión.
9. 9. Un método como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 6, 7 u 8, que comprende calentar el manguito por medio de un fluido bombeado dentro o fuera del manguito.
10. 10. Un método como se reclama en la reivindicación 9, en donde el fluido se utiliza para expandir el manguito.
11. 11. Un método como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 6, 7 u 8, que comprende calentar el manguito por medio de un elemento de calefacción eléctrica.
12. 12. Un método como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 6, 7, u 8, que comprende calentar el manguito por medio de una reacción exotérmica.
13. 13. El aparato para su uso en un método como se reclama en cualquier reivindicación precedente, que comprende: - un manguito expandióle y flexible; un primer conector para conectar el manguito alrededor del exterior de un ensamble de perforación; y - un segundo conector para conectar el manguito alrededor de la abertura del pozo de sondeo; donde el manguito se dispone para expandir a través del pozo de sondeo entre los conectores conforme avanza la perforación .
14. 14. Aparato como se reclama en la reivindicación 13, que además comprende un carrete en el cual se mantiene el manguito y del cual se extrae el manguito conforme avanza la perforación .
15. 15. Aparato como se reclama en la reivindicación 14, en donde el carrete se localiza en el primer conector y el segundo conector.
16. 16. Aparato como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 13, 14 ó 15, que además comprende una herramienta de expansión mecánica para expandir el manguito en contacto con la pared del pozo de sondeo.
17. 17. Aparato como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 13, 14 ó 15, que además comprende un suministro de fluido presurizado que permite al fluido ser bombeado dentro del manguito para expandirlo en contacto con la pared del pozo de sondeo.
18. 18. Aparato como se reclama en la reivindicación 17, en donde el ensamble de perforación incluye lumbreras para la distribución de fluido desde el suministro hasta el interior del manguito.
19. 19. Aparato como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 13-18, en donde el manguito flexible comprende un polímero termoplástico que se puede expandir cuando se caliente por encima de Tg pero se establece en su posición cuando se enfría por debajo de Tg.
20. 20. Aparato como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 13-18, en donde el manguito flexible comprende un polímero termoestablecido que se puede expandir hasta que se calienta a temperatura que provoca el establecimiento .
21. 21. Aparato como se reclama en la reivindicación 19 ó 20, en donde el manguito comprende una bolsa y el polímero está presente en forma granular.
22. 22. Aparato como se reclama en cualquier reivindicación precedente, en donde el manguito comprende una lámina de metal delgada, materiales compuestos o fibras tejidas.
23. 23. Aparato como se reclama en cualquier reivindicación precedente, en donde el manguito contiene elementos de calefacción.
24. 24. Aparato como se reclama en cualquier reivindicación precedente, en donde el manguito contiene elementos de refuerzo.