MX2008013971A - Limpieza de un agujero utilizando bombas en el fondo de la perforacion. - Google Patents

Abstract

Un aparato para limpiar un agujero consiste en: una transmisión tubular para extenderse desde la superficie hacia un agujero a una zona que va a ser limpiada; un motor montado en el extremo de la transmisión tubular que durante el uso se introduce en el agujero; una bomba conectada al motor y que tiene una tobera; un cable de energía que se extiende a través de la transmisión tubular desde la superficie para proporcionar energía al motor; estando la bomba arreglada de modo que, cuando se coloca en el agujero y es operada por el motor, la bomba retira material del agujero a través de la tobera y lo bombea hacia la transmisión tubular hasta la superficie.

Description

LIMPIEZA DE UN AGUJERO UTILIZANDO BOMBAS EN EL FONDO DE LA PERFORACIÓN Campo técnico Es invención se refiere a sistemas para la limpieza de agujeros que permita eliminar materiales en un agujero previniendo el flujo. En particular, la invención se refiere a un sistema para su uso en pozos como pueden ser pozos petroleros y de gas.

Antecedentes de la técnica A medida que el petróleo y gas son extraídos de los pozos productores, la arena y petróleos densos que han fluido a través de las perforaciones se acumulan. Estos son muy pesados para fluir hasta la superficie junto con los fluidos usuales producidos por el pozo a velocidades normales de producción, y tienden a acumularse en áreas bajas como se muestra en las Figuras 1 y 2. Adicionalmente, los lodos de perforación utilizados durante el proceso de perforación en general son más pesados que el fluido de reserva, y tienden también a segregarse en áreas bajas del pozo. Finalmente, el agente sustentante utilizado durante las operaciones de fracturación del depósito no siempre se elimina completamente. El problema de acumulación es particularmente severo donde la trayectoria del pozo 10 está en o cerca de la horizontal del depósito productor 12 y los sumideros están presentes. Los depósitos 16 en estas zonas reducen la sección transversal efectiva del pozo 10 con una correspondiente disminución en el área de flujo 18 y por lo tanto aumenta la caída de presión de los fluidos de producción. Con el fin de mantener o aumentar la producción de ese pozo, es necesario eliminar este relleno. Los métodos comunes para eliminar relleno (o limpiarlo) involucran circulación de agua a alta presión a través de la tubería enrollada (CT) para movilizar el relleno alrededor de la herramienta para limpieza y barrerla hasta la superficie jalando lentamente la CT hacia arriba, el flujo del fluido a alta presión y el fluido de producción transportando el relleno suelto hasta la superficie. Esta movilización de circulación de agua a alta presión aumenta la Presión del Fondo (BHP) del depósito, por lo que es aplicable únicamente a pozos en formaciones que puedan sostener una columna hidrostática completa (o columna de espuma, en el caso de limpiezas con espuma) y el aumento de presión debido al lavado a alta presión. Un ejemplo de una de esas técnicas es el servicio PowerCLEAN ofrecido por Schlumberger .

En la mayoría de las aplicaciones de limpieza de pozos, la presión del depósito es lo suficientemente alta, y la permeabilidad de la roca lo suficientemente baja, para permitir aumentar la presión en el pozo mientras se realizan las operaciones de limpieza. En otros, se puede utilizar espuma para barrer el relleno. Sin embargo, hay aún muchos pozos que no pueden mantener una columna de espuma, o donde el uso de la espuma está restringido debido a razones logísticas (por ejemplo, obtención y eliminación de espuma N2). En estas situaciones, la única solución de limpieza existente es un servicio de tubería enrollada concéntrica (CCT) para alimentar una bomba a chorro en el fondo del agujero. Utilizar CCT implica un uso elevado de energía líquida para mover el relleno y está limitada en longitud por el peso del montaje serpentín en serpentín.

Ejemplos de las técnicas CCT se pueden encontrar en E.U.A. 2548616, E.U.A. 5033545, E.U.A. 5269384, E.U.A. 5375669, E.U.A. 6263984, E.U.A. 6015015, E.U.A. 6497290, E.U.A. 6640897, E.U.A. 6712150, E.U.A. 5503014, y WO 2005085580 A.

El objetivo de esta invención es proporcionar una alternativa para las técnicas CCT al mismo tiempo que también extiende las profundidades a las cuales se pueden realizar operaciones de limpieza. La invención se basa en el uso de una bomba en el fondo de una perforación que está alimentada por un cable corriendo dentro de la transmisión de la tubería.

Descripción de la invención Un aspecto de la invención proporciona un aparato para la limpieza del agujero que consiste en: una transmisión tubular para extenderse desde la superficie hacia un agujero a una zona que va a ser limpiada; un motor montado en el extremo de la transmisión tubular que durante el uso se introduce en el aguj ero; una bomba conectada al motor y que tiene una tobera ; un cable de energía que se extiende a través de la transmisión tubular desde la superficie para proporcionar energía al motor; estando la bomba arreglada de modo que, cuando se coloca en el agujero y es operada por el motor, la bomba retira material del agujero a través de la tobera y lo bombea hacia la transmisión tubular hasta la superficie.

Se puede colocar un segundo motor y bomba en la transmisión tubular arriba de la bomba con el fin de proporcionar sustentación extra al material que se va a eliminar del pozo. Se pueden adicionar bombas Me carga' adicionales en esta forma hasta el límite de energía del cable alámbrico.

Una línea de suministro de gas se puede extender por lo menos en parte a lo largo del lado interno de la transmisión tubular y estar arreglada para introducir gas hacia el flujo de material cargado en la transmisión tubular arriba de la bomba.

El aparato puede además contener un filtro entre la tobera y la bomba para evitar que el material particulado grande pase hacia la bomba desde el agujero. Preferiblemente, el filtro elimina el material mayor de 1 mm del flujo Es particularmente preferido que el aparato contenga medios para mover la tobera cuando la bomba está operando en el fondo del agujero. El movimiento de la tobera se puede utilizar para mover más el relleno y suspenderlo en los fluidos del pozo. Los medios pueden girar y/o reciprocar la tobera. Se puede proporcionar un motor separado para permitir este movimiento de movilización. De otro modo, una conexión mecánica a un rotor en la bomba se puede proporcionar para este propósito .

Las características se pueden proporcionar en el exterior y/o interior de la tobera para acelerar el flujo de material cuando es operado en el fondo del agujero para ayudar a mover los sólidos.

La transmisión tubular preferiblemente es una tubería enrollada .

Otro aspecto de la invención proporciona un método para limpiar un pozo utilizando un aparato como se define anteriormente, que consiste en: extender la transmisión tubular hacia el agujero con el fin de colocar la tobera en la zona que se va a limpiar; - operar la bomba con el fin de arrastrar fluido y material sólido de la zona y bombearlos hasta la superficie a través de la transmisión tubular.

El método puede además consistir en inyectar gas hacia los materiales en la transmisión tubular para crear espuma de densidad reducida para ayudar a bombear los materiales hasta la superficie.

Preferiblemente, los materiales sólidos se agitan en el fondo del agujero para mejorar la eliminación por medio de la bomba.

La tobera puede ser girada o reciprocada mientras se opera la bomba.

De otro modo avanzando y retirando la transmisión tubular sobre una distancia limitada se puede utilizar para reciprocar el extremo en el fondo del agujero de la transmisión en la zona que se va a limpiar.

En una modalidad, la transmisión tubular se extiende hasta que la bomba está colocada en el fondo de una zona que se va a limpiar y de forma progresiva se retira la transmisión para mover la bomba hacia arriba a través de la zona a medida que la bomba es operada. En otra, la transmisión tubular se extiende hasta que la bomba está colocada en la parte superior de una zona que se va a limpiar y de forma progresiva avanza la transmisión para mover la bomba hacia abajo a través de la zona a medida que la bomba es operada.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1 muestra una vista esquemática de un pozo en el cual se puede utilizar la invención; La Figura 2 muestra una sección transversal a través del pozo en la linea A-A de la Figura 1; La Figura 3 muestra una vista esquemática de un sistema desplegado en un pozo, de acuerdo con la invención; La Figura 4 muestra una vista detallada de parte del sistema de la Figura 3; La Figura 5 muestra una modalidad de la invención para manejar materiales particulados más grandes en el relleno; La Figura 6 muestra una modalidad de la invención para la movilización de relleno; Las Figuras 7-9 muestran modalidades de características que se pueden adicionar a una tobera para mejorar la movilización de relleno.

Modos para poner en práctica la invención La Figura 3 muestra el uso de un sistema de acuerdo con una modalidad de la invención en un pozo del tipo que se muestra en las Figuras 1 y 2. El sistema un sistema de superficie CT 20 que devana una tubería enrollada 22 hacia el pozo 24 a través de un equipo de control de presión de superficie 26. Un motor alimentado eléctricamente 28 y bomba 30 están ubicados en el extremo de CT 22. Un cable de energía 32 (ver Figura 4) corre desde la superficie al motor 28 a través del CT para protección. El CT 22 también actúa como un conducto para eliminar la mezcla fluido/relleno. La bomba 30 está- configurada para fluir en el sentido 'inverso' , aspirando desde el extremo inferior y moviendo el fluido y sólidos del relleno hacia arriba a través de la misma bomba 30 y a través del CT 22 hacia la superficie. El CT aisla el pozo de cualquier aumento de presión provocado por la bomba a medida que bombea el fluido hasta la superficie evitando de esta manera daño a la formación. Esto puede ser particularmente importante en depósitos de Bajo BHP que pueden ser dañados fácilmente por aumentos relativamente pequeños en la presión del agujero arriba de la presión del depósito in-situ.

La energía requerida para superar la presión hidrostática de altura vertical (TVD) puede ser relativamente grande comparada con la energía regularmente disponible para herramientas en el fondo del agujero alimentadas por medio de un cable eléctrico (por ejemplo herramientas alámbricas) . Debido a que la energía eléctrica de 3-9 kW está normalmente disponible para alimentar la bomba con tecnología de corriente alámbrica, para una velocidad de flujo de 10 gpm (considerada como adecuada para este tipo de aplicación) , el flujo puede asegurarse únicamente para los primero pocos kilómetros (dependiendo del tamaño y densidad de fluido/relleno y viscosidad del CT) . Por lo tanto, se puede necesitar una carga adicional para mover la mezcla de fluidos hasta la superficie donde puede ser desechada de o separada.

Un método para cargar la energía hidráulica es adicionar una segunda combinación de bomba/motor 34 en serie con la primera bomba de esta invención, ya sea justo enseguida de ella, o más arriba junto con el CT 22. Otro método para utilizar bombas dobles para realizar cortes durante la perforación se ha descrito en GB2416550A.

Otro método preferido para ayudar al fluido a alcanzar la superficie es correr una línea piloto 38 a lo largo del CT (al punto 36) para inyectar gas N2 por medio de la tobera 40. Lo longitud de esta línea piloto 38 se puede determinar a priori conociendo la geometría del pozo, ya que es preferible inyectar el gas hacia el CT arriba de la sección horizontal. Esto disminuirá el peso hidrostático del fluido arriba del punto de inyección a medida que el gas se mueve hacia arriba, y también evitará el riesgo de crear un "obturador" de gas si el gas se inyectara más abajo (si el gas se inyecta en la sección horizontal 42, entonces la bomba 30 necesitará empujar el fluido y el gas arriba del CT 22, aumentando de esta forma las pérdidas del sistema y provocando una condición de flujo slug' donde el gas y el fluido xslugs' para fluir de modo alternativo hasta. la superficie; originando un sistema de capacidad de transporte menos eficiente) .

En el caso del obturador de arena donde no es posible forzar el extremo del CT 22 solamente empujando el CT desde la superficie, la operación de la bomba puede iniciar desde la parte superior del tapón y el CT 22 funcionan lentamente en el agujero para bombear una mezcla de fluido y arena del pozo.

Un medio mecánico de movilización de arena puede ser benéfico bajo esta situación con el fin de fluidizar la arena y hace más fácil que fluya a través de la bomba y hasta el CT . Éstas se describen abajo en más detalle en relación con las Figuras 7-9.

En el caso de lodos de perforación sobrantes o petróleos pesados, entonces el aparato puede ser corrido al fondo del pozo y sacarlos del agujero mientras la bomba está operando. Esto utilizará los fluidos pesado detrás (es decir arriba) del aparato para actuar como un sello dinámico temporal y la eliminación del fluido de la parte inferior del pozo puede crear una aspiración adicional localizada en ese nivel. Si el fluido en la parte superior no es lo suficientemente viscoso, entonces la aspiración adicional no se materializará localmente, sino de una reducción del nivel del fluido del pozo; a su vez bajando la presión hidrostática sobre el pozo completo. Si no se desea esto, se puede inyectar agua u otro fluido adecuado en la cabeza del pozo para compensar la eliminación de fluido a través del CT.

Durante una operación de limpieza, el aparato puede encontrar guijarros y partículas grandes que han gravitado al lado bajo del pozo y están mezclados con el relleno. Una modalidad particular de la invención para uso en esas circunstancias se muestra en la Figura 5. En esta modalidad, el motor de la bomba 50 está conectado al rotor 52 de una bomba tipo Moineau que tiene un estator elastómero 54. Una cesta pesca herramienta 56 se adiciona entre la tobera de la bomba 58 y la bomba 52, 54 y se puede utilizar para retener las partículas grandes que de otro modo pueden dañar la bomba o que pueden no ser transportadas eficientemente hasta la superficie mientras permite que pase el relleno más fino encontrado en el pozo. Un diámetro común de las partículas pasantes puede ser de <lmm.

La efectividad de la movilización del relleno puede ser mejorado grandemente si se lleva a cabo una mezcla mecánica de algún tipo. Hay diversas técnicas que se pueden utilizar para crear la movilización mecánica de las partículas finas y arena.

El inyector de superficie se puede utilizar para golpear el CT hacia atrás y hacia delante sobre una longitud predeterminada (por ejemplo 1 pie (300mm) a medida que la tobera se mueve a través del relleno.) Se puede proporcionar un segundo motor en la punta de la herramienta de bomba para girar la tobera de la bomba como se muestra en la Figura 6. En esta modalidad, un motor eléctrico 60 está colocado en el CT 62 cerca de la tobera 64. La tobera 64 está provista con una carda metálica o fresa 66. La operación del motor 60 gira la tobera 64 y el cepillo o fresa 66 para movilizar el relleno .

Los accesorios se pueden adicionar en o cerca de la tobera de la bomba para agitar mecánicamente el relleno a medida que la tobera gira. Las Figuras 7-9 muestran ejemplos de esos accesorios. En la Figura 7, navajas/festones y roscas 70 se forman alrededor del exterior e interior de la tobera 72 respectivamente, sirviendo para acelerar el relleno a media que la tobera gira. En la Figura 8, se proporcionan botones duros 74 alrededor de la tobera 72 para el mismo propósito. En la Figura 9, un cepillo 76 está conectado al rotor de la bomba (no se muestra) y sobresale a través de la tobera 72 hacia el relleno. A medida que el rotor gira, la carda 76 gira para movilizar el relleno. Estos y/o otros accesorios se pueden utilizar solos o en combinación para mejorar la movilización del relleno.

En otra modalidad, la energía hidráulica de la bomba se puede utilizar para crear un movimiento reciprocante abajo de la tobera (por medio de una turbina de energía baja por ejemplo), que pueda ayudar a la movilización del relleno utilizando accesorios como los antes descritos .

La Figura 10 muestra una modalidad en la cual la tobera 80 (llevando una carda/fresa 82 similar a la que se muestra en la Figura 6) está unida a la parte inferior del rotor de la bomba 84 (para una bomba de desplazamiento positivo tipo Moineau, por ejemplo) que es accionada por un motor eléctrico 86. En uso, algo de la energía del motor 86 se utiliza para girar la tobera y la carda/fresa 82, la energía remanente es utilizada para movilizar el relleno.

La Figura 11 muestra un mecanismo particular para convertir el movimiento rotacional de un rotor de bomba en un movimiento reciprocante en la tobera. En esta modalidad, una bomba tipo Moineau tiene un rotor 90 y un estator 92, el rotor 90 está accionado por un motor 94. El alojamiento del estator se extiende a su extremo inferior y lleva una tobera 96 montada con el fin de ser capaz de deslizarse en ella. Las llaves 98 colocadas entre el estator 92 y la tobera 96 evitan la rotación relativa del estator y la tobera mientras permiten el deslizamiento axial relativo. Un soporte giratorio de ranura-J 100 está colocado dentro de la tobera 96 y conectado al rotor de la bomba 90 por medio de una flecha de mando 102. Una ranura J 104 se proporciona en la superficie externa del soporte 100. Una espiga 106 sobresale desde la superficie interna de la tobera 96 con el fin de acoplar en la ranura J 104. A medida que el soporte 100 gira con el rotor 909, la espiga 106 es forzada a seguir la vía de la ranura J 104, provocando a su vez que la tobera se mueva axialmente con respecto al estator 92 (la ranura J 104 y la espiga 106 actúan en la forma de una leva y seguidor de leva para convertir el movimiento giratorio en movimiento reciprocante) . Dependiendo del diseño particular del rotor y estator, se pueden utilizar diversos mecanismos para proporcionar el mando giratorio a la tobera. Estos pueden incluir flechas de mando simples, flechas conectadas a las uniones universales, discos de nutación y otros dispositivos.

La limitación de que tan lejos puede ser empujada la bomba en el pozo en general es la cerradura helicoidal del CT en un pozo desviado. Una forma de evitar esta limitación es combinar un tractor de agujero eléctrico para jalar la bomba a profundidad, y después desacoplar y desactivarlo para permitir el bombeo mientras se jala el CT y bombear de regreso hacia la superficie. Los tractores hidráulicos también se pueden utilizar cuando fluye en circulación 'normal' (es decir abajo del CT) . Sin embargo, sus requerimientos de flujo pueden tender a aumentar el BHP, lo que puede ser indeseable en condiciones de depósitos de presión muy baja.

La bomba también puede contener un desviador de flujo sobre ella, comandada desde la superficie por medio de medios ópticos o eléctricos, que permitiría abrir puertos al anillo para fluir a través del CT en casos donde se necesita limpieza del control de pozo o CT. Una vez que el CT ha sido limpiado, o ha sido eliminada cualquier obstrucción, el desviador de flujo puede cerrar los puertos y reanudar la circulación 'inversa' normal.

Aún sin el desviador de flujo descrito anteriormente, el flujo en la dirección 'normal' desde la superficie también se puede utilizar para limpiar el filtro de guijarros acumulados expulsándolos más allá del agujero y después moviendo la herramienta de regreso abajo al relleno y procediendo con la operación de limpieza.

Se apreciará que las diversas técnicas antes mencionadas se pueden combinar para obtener las ventajas descritas. Otros cambios se pueden hacer mientras permanecen dentro del alcance de la invención.

Claims (16)

1. REIVINDICACIONES Un aparato para limpiar un agujero consiste en: una transmisión tubular para extenderse desde la superficie hacia un agujero a una zona que va a ser limpiada; un motor montado en el extremo de la transmisión tubular que durante el uso se introduce en el aguj ere- una bomba conectada al motor y que tiene una tobera; un cable de energía que se extiende a través de la transmisión tubular desde la superficie para proporcionar energía al motor; estando la bomba arreglada de modo que, cuando se coloca en el agujero y es operada por el motor, la bomba retira material del agujero a través de la tobera y lo bombea hacia la transmisión tubular hasta la superficie. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, además contiene uno o más motores y bombas localizadas en la transmisión tubular arriba de la bomba . El aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, además contiene una linea de suministro de gas que se extiende en por lo menos una parte junto con la parte interna de la transmisión tubular y arreglado para introducir gas hacia la mezcla de fluido/material en la transmisión tubular arriba de la bomba. El aparato de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 o 3, además contiene un filtro entre la tobera y la bomba para evitar que el material particulado grande pasa hacia la bomba desde el agujero. El aparato de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el filtro elimina material mayor de lmm del flujo. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, además contiene medios para mover la tobera cuando la bomba es operada en el fondo del agujero. El aparato de acuerdo con la reivindicación 6, en donde los medios giran y/o reciprocan la tobera. 8. El aparato de acuerdo con las reivindicaciones 6 o 7, en donde los medios consisten en un motor separado . 9. El aparato de acuerdo con las reivindicaciones 6 o 7, en donde los medios consisten en una conexión al motor de la bomba. 10. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los accesorios se proporcionan fuera y/o dentro de la tobera para acelerar el flujo de material cuando es operado en el fondo del agujero para ayudar con el movimiento de los sólidos. 11. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la transmisión tubular consiste en una tubería enrollada. 12. Un método para limpiar un pozo utilizando un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, consiste en: extender la transmisión tubular hacia el agujero para colocar la tobera en una zona que va a ser limpiada; operar la bomba para retirar fluido y material sólido de la zona y bombearlos hasta la superficie a través de la transmisión tubular . El método de acuerdo con la reivindicación 12, además consiste en inyectar gas hacia los materiales en la transmisión tubular para crear una espuma de densidad reducida para ayudar a bombear los materiales hasta la superficie. El método de acuerdo con la reivindicación 12 o 13, además consiste en agitar los materiales sólidos en el fondo del agujero para mejorar la eliminación mediante la bomba. El método de acuerdo con la reivindicación 12, 13 o 14, además consiste en girar la tobera mientras está operando la bomba. 16. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12-15, además consiste en reciprocar la tobera mientras está operando la bomba . ' El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12-16, además consiste en avanzar y retirar de forma alternada la transmisión tubular sobre una distancia limitada para reciprocar el extremo en el fondo del agujero de la transmisión en la zona que va a ser limpiada. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12-17, consiste en extender la transmisión tubular hasta colocar la bomba en el fondo de una zona que va a ser limpiada y retirar de forma progresiva la transmisión para mover la bomba hacia arriba a través de la zona a medida que la bomba es operada. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12-17, consiste en extender la transmisión tubular hasta colocar la bomba en la parte superior de una zona que va a ser limpiada y avanzar de forma progresiva la transmisión para mover la bomba hacia abajo a través de la zona a medida que la bomba es operada. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12-17, además contiene un desviador de flujo arriba de la bomba que puede abrir puertos al anillo en base a solicitud y permite la circulación de alto volumen desde la superficie a través de los medios de transmisión para controlar la presión del pozo o realizar otras operaciones que necesiten tasas de flujo altas.