MX2009008597A - Sistema de medicion en linea de trazadores radioactivos en cabeza de pozos petroleros. - Google Patents

Abstract

El sistema de medición en línea de trazadores radiactivos en cabeza de pozos petroleros, objeto de la presente invención, se caracteriza por el uso de una nueva tecnología para medir las concentraciones de actividad de trazador en tiempo real, utilizando un detector de radiación de Nal (TI), con características que le hacen posible la detección de hasta tres diferentes trazadores y ser capaz de operar a condiciones de temperatura de hasta 150 ºC, lo cual le permite estar inmerso en un contenedor con fluido proveniente de la corriente de flujo, logrando con esto incrementar la sensibilidad de las mediciones. Este sistema de medición en la cabeza de pozos en producción permitirá contar con mayor número de datos de actividad de trazador, además de evitar que se tengan que transportar el personal operativo a los pozos productores para llevar a cabo la toma de muestras, con todas las ventajas que ello representa.

Description

TE A DE MEDICIÓN EN LÍNEA DE TRAZADORES RADIACTI CABEZA DE POZOS PETROLEROS.

DESCRIPCIÓN CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN enté invención está relacionada con un sistema para la d res que emiten radiación gamma en cabeza de pozos en produ de monitorear en tiempo real valores de concentración de r, y que sea capaz de operar en forma autónoma de acuerdo a itoreo establecido, y de esta forma contar con mayor número de d ye a reducir el nivel de incertidumbre y a aumentar la eficiencia e retación de los resultados de las pruebas de trazadores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN tivo principal durante la etapa de explotación de un yacimient ciones que originen una distribución desproporcionada de os, lo cual se vea reflejado en una reducción en la eficiencia del mentos encontrados en la literatura sobre pruebas de trazadores s se realiza mediante una visita al campo a pozos nados, por personal técnico especializado, lo anterior se lleva a un programa de muestreo establecido previamente durante e las actividades para inyección de trazadores al yacimiento. Est ente contempla una alta frecuencia de toma de muestra fámente posteriores a la inyección del trazador, para luego ir di encia a medida que transcurre el tiempo. El motivo de una alta f S la posibilidad de presencia de trazador debido a una canaliza ual irrumpa el trazador en el pozo productor muy rápidamente, que se produzca una respuesta de trazador muy corta pero de gr o es posible reconstituir si se dispone de un número suficiente d o contrario, cuando no existen canalizaciones, el trazador nte en el medio poroso, por lo que calendario de toma de un año, y así lograr que la respuesta del trazador refleje más fiel n el yacimiento. Dado lo anterior, el costo en la toma de mue de trazadores se incrementa fuertemente, debido a la gran d para trasladarse a grandes distancias para llevar a cabo e ilidad para realizar el muestreo debido a afectaciones por campes n el acceso a los pozos, plataformas marinas remotas, o tamb a escasez de recursos (humanos, económicos) disponibles par o. ventaja que presentan los trazadores radiactivos, es la posibilida ueños volúmenes para su inyección y en muchos casos, en espe s gamma, su facilidad para poder ser detectados in-situ. Sin e nes de radiación para isótopos radiactivos emisores beta de b I tritio (18 KeV de energía beta máxima) y el carbono 14 (155 K as en el campo, debido a que su análisis lo realizan con equipo eo de bajo nivel, por esta razón todas las muestras son envia a laboratorios especializados que cuentan con equipos co o Líquido. En otro de los casos, el empleo de trazadores c os que emiten radiación gamma, tales como: 5?Cí\ 58c° y 6°Co ucho más fácil su detección, la cual puede realizarse mediante 0. Los detectores de ioduro de sodio activados con talio, N s extensamente para la detección de radiación gamma, lo cual, ísticas hacen posible que puedan ser utilizados en campo, lo de "detección en línea", en la cabeza de pozos en producción, es arían serias desventajas en comparación con el sistema desarroll n, como son: das de medición no-intrusivas. No pueden medir directamente tenida en el fluido proveniente de yacimiento, portátiles, pero con tiempo de duración de batería de 3-10 hrs permitiría conectarlos en forma permanente en los pozos, presentan capacidad de almacenamiento de datos para prueba ongado (meses). emperatura de operación es muy limitada (máximo 55 °C). operan de manera autónoma, es decir requieren la presencia per perador. notar, que se han reportado (Zemel, 1995), aplicaciones en res, en donde se menciona que pueden ser realizadas medicion res radiactivos mediante el empleo de detectores de Nal (TI), sin cifican las características de funcionamiento del sistema de menos que sean equipos comercialmente disponibles, o qu sticas similares a las del sistema motivo de la presente invención o, respecto a lo anterior se encuentran publicados gran número es a herramientas y sistemas para tomar perfiles de radiación g de los pozos, enfocadas a diferentes aplicaciones. Por ejemplo, e 7,366, se refieren de igual manera a sistemas y aparatos para tor sidad de radiación de trazador en diferentes corridas que se re de los pozos. Los arreglos consisten de una herramienta de fon nta con dos detectores de radiación del tipo Geiger Müller, u yección de una carga de trazador en el interior del pozo, un ría para la transmisión de los datos entre la sonda y el equipo d sos generados por los detectores, son enviados al equipo de e un cable de registro. La unidad en superficie, cuenta con toda icas para el manejo de los pulsos provenientes de la herramien electrónicos para correcciones de las lecturas, circuitos de dis res, fuentes de alimentación para proporcionar la energía neces ación de los circuitos electrónicos del equipo de fondo, etc rísticas de los detectores empleados, este sistema no puede dife más trazadores empleados, así como tampoco puede operar a. atentes mencionan técnicas desarrolladas para aplicaciones ? se han publicado otros desarrollos relacionados con el muestre S, como el citado en la referencia US 4,454,772, que describ para muestreo automatizado de fluidos en pozos. Este méto ente de una serie de válvulas de solenoide para inyectar fluido a una serie de contenedores de muestra que son llenados uno través de las válvulas que son accionadas eléctricamente tor programable. Posteriormente, con la serie de contenedores c adas, son enviados para su análisis en el laboratorio. Lo n de la presente invención es que permite automatizar la toma de los pozos, lo que evita el trasladar personal a los puntos de mué erencias anteriormente indicadas fueron creadas para amente diferentes a la de la presente invención, en virtud d e se ha implementado un sistema de medición en línea de os en la cabeza del pozo productor en un yacimiento del p monitorear en forma continua la presencia o no presencia d es trazadores, lo anterior permite determinar con mayor precisión ción de los trazadores, a la vez que elimina la necesidad de destí alizar las operaciones de muestreo, con todas las ventajas qu ta.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS DE LA INVENCIÓ porcionan las siguientes Figuras 1 , 2 y 3, con el propósito nte el sistema de medición en línea de actividad de trazadores ra ntos de petróleo, y que sirven de referencia en el ejemplo de ap orciona en los siguientes párrafos. ndo las Figuras ilustran disposiciones específicas de equipos, co levar a la práctica la presente invención, no debe entenderse qu po específicamente. igura 1 se muestra un diagrama a bloques en el que se indican l an el sistema de medición en línea de actividad de trazador r de pozos en producción de yacimientos de petróleo, motivo de re innovador. igura 2, se muestra un diagrama esquemático del sistema de e trazador radiactivo, instalado entre la tubería de producción ulador) y la bajante de producción (después del estrangulador) en ión, en un yacimiento petrolero. igura 3, se muestra una representación esquemática a mayor de medición y el arreglo de conexiones requeridas para su tector de radiación. lanta de suministro de energía. putadora portátil. ipo adquisidor de datos. nuación se describe cada uno de los diferentes bloques, a ción. ctor de radiación (bloques 1 al 3 de la Figura 1).- Este dispositi en la Figura 1 , está conformado por tres elementos: el cristal de y el tubo fotomultiplicador (bloque 2), la fuente de alto voltaje (bl ador (bloque 3). Las radiaciones emitidas por el fluido (trazador) miento, que circula a través del contenedor tipo Marinelli, incid de centelleo, produciendo centelleos que al estar acoplad tiplicador, se genera a la salida de éste una señales eléctricas pr rgía de la radiación incidente, finalmente estos pulsos generado e amplificación de señal. A continuación se describen brevemen es componentes del detector de radiación: es energías de radiación, lo que nos permitirá diferenciar el arri res a la vez. La función del cristal de centelleo es de hacer la con n gamma incidente a energía electromagnética visible. Al cristal entra acoplado el tubo fotomultiplicador (PMT), cuya función es electromagnética de la región visible que entrega el cristal de c de energía eléctrica. Se seleccionó el modelo del fotomultiplica grar el acoplamiento de todo el intervalo de energía de radia e que se requiere medir de 50 a 2000 KeV. lificador (bloque 3 de la Figura 1).- Mediante este módulo, se a de señal provenientes del fotomultiplicador (PMT). Este módulo con +/-15 Volts de CD. rísticas y especificaciones del detector de radiación, Modelo: 2G Saint-Gobain Crystals: nsiones del detector de radiación completo: 2.37 x 15.59 pulgada ctor integrado por cristal de centelleo, tubo fotomultiplicador, fu je y amplificador de señal. nsiones del cristal de centelleo: 2 x 4 pulgadas (diámetro, largo), iación a ser medida: Gamma rementar la eficiencia del módulo de detección, se diseñó un con li, de acero inoxidable con un volumen efectivo de fluido de 2.3 la radiación de fondo no deseable proveniente del medio ambient nedor con un blindaje de plomo de ½ "de espesor, lo que permite mínimo de detección. El contenedor del módulo de detección fue ido para soportar una presión máxima de 1 ,600 psi, lo que está i itada para operar a presiones superiores a este valor. Este con o solo para él sensor de radiación de Saint-Gobain Cristal, que ta de suministro de energía (bloque 4 de la Figura 1). Este r componente, que se describe a continuación. te de energía de todo el sistema, constituida por un panel foto e dos baterías, un controlador y un inversor de corriente CD/C ersor de corriente, se generan los 127 Volts a 60Hz para e idores de voltaje CA/CD con salidas de +/-15 V, +12 V y +5 V necesaria para energizar tanto al detector de radiación como electrónicos en el módulo adquisitor de datos. putadora Portátil (bloque 5 de la Figura 1). Este módulo ti ente, que se describe a continuación. la programación y recuperación de los datos adquiridos, durante a de campo que se realice. La comunicación entre este disp de medición, se efectúa mediante el protocolo RS-232 vía pu udios. De igual forma, el procesamiento de dichos datos, se rea dora. Para ello, se hizo un programa en Visual Basic d enta Excel de Microsoft Office. de la línea A de la Figura 1 , se realiza el acoplamiento de se e amplificación del detector de radiación y la entrada a l ionamiento de señal en el adquisitor de datos. A través de la c tada por la línea B de la misma Figura, se proporciona alimenta a, y la lectura de los datos almacenados en el sistema se realiz computadora portátil, a través de un puerto de comunicac ntado por la línea C de la Figura 1). uipo adquisitor de datos (bloque 6 al 12 la Figura 1).- M se procesan los pulsos provenientes del módulo de detección, cu ondientes a los bloques 6 al 12, de acuerdo a la Figura 1 : a de comparación y acondicionamiento de señal (bloque 6 de l pa consta de 3 canales de comparación, lo anterior con la finalid r hasta tres diferentes trazadores radiactivos. Cada uno de los co ta a un voltaje de referencia ajustable, que corresponde al un n de la energía de la radiación emitida por el trazador que r. Posterior a esta sección se encuentra un multivibrador o para estandarizar el ancho de los pulsos a 0.8 us. La fin , es evitar problemas de traslape de pulsos, cuya consecuen errónea en el conteo de los mismos. Como protección contra el r rma podría provocar falsos disparos, la señal de salida de la etapa mediante un circuito RC y un arreglo de compuertas a la siguie eo de pulsos. a de conteo de pulsos (bloque 7 de la Figura 1).- Como su nomb etapa se realiza el conteo de los pulsos provenientes de I ación y acondicionamiento de señal. Esta posee una base le, que permite contar pulsos con una frecuencia de cada 3.66 :32 horas. La ventana de medición se prefijó en 1 minuto pudi á almacenar aproximadamente 174,000 datos. Otra de las caract ntrolador, es por dispone de puertos de comunicación l2C y permiten enlazar dispositivos como memorias seriales, lo que per cidad de almacenamiento de datos del sistema a 840,000 ó m ra la aplicación. rrolló un programa de cómputo en Lenguaje C, que fue compilad , el microcontrolador realiza todas las tareas de adquisici amiento y manejo de información. fase de salida para el usuario.- La comunicación entre el u ntrolador, se realiza a través de un teclado (bloque 9 de l e el cual se ingresan todos los valores de los parámetros requeri ación de la medición (frecuencia de conteo). Como medio de vi ta con una pantalla de cristal líquido, LCD, y cuenta con un , como medio de respaldo adicional para la información. do es alfanumérico de 4 columnas x 4 filas. El display ó pantalla es y 16 caracteres alfanuméricos por renglón. El teclado se ntrolador a través del puerto H del microcontrolador. Dicho oría de usuario, que nos permitirá almacenar aproximadame a programación de la misma se realiza en forma paginada. eclado (bloque 12 de Figura 1).- es alfanumérico de 4 columnas se interfasa al microcontrolador a través del puerto H del micro uerto se configura como entrada-salida (l/O). mo, cabe mencionar que el equipo electrónico adquisidor, est de una caja NEMA que lo protege de las condiciones hostile e. Asimismo, cabe mencionar que este equipo se alimenta c (CA) de 127 Volts y 60 Hz, proveniente de la planta solar. Es es transformada a corriente directa de +/-12 Volts y 5 Volts, nec los circuitos electrónicos arriba mencionados, así como para r de radiación. Para pasar de esta corriente alterna a corrient n los siguientes convertidores CA/CD: vertidor Lambda modelo KWD10-1212 de +/-12 Volts y 0.45 a. vertidor Lambda modelo KWS15-5 de + 5 Volts y 3 Amperes de ción del procedimiento utilizado para las instalación y amiento del sistema de medición en línea de trazadores ra d de pozos en producción. La Figura 2 y la Figura 3 (Detalle A), os necesarios para instalar el equipo en las instalaciones de l ión del campo en estudio. e puede apreciar en el Detalle "A", Figura 3, el sistema de ad ), el contenedor (5) junto con el sensor (12), el modulo de bate lar (7) se encuentran instaladas sobre un tubo o mástil (23). El spuestas conexiones mecánicas para acoplar tubing de acero in ra reforzada, para entrada y salida de fluido al contenedor; tan manguera en dado caso, deben de soportar la presión de o a temperatura; en uno de los pozos en los que validó el equipo, l n en la cabeza del pozo fue de 900 psi y la temperatura en la La Figura 2 muestra las líneas de conexión (21 y 22), una de el del pozo (21), se conecta antes del estrangulador (2) y es la qu or (5), La válvula (4) regula el caudal hacia el recipiente. La sali a conectando la línea (22) hacia la tubería bajante (3) que se e de recolección que lleva el hidrocarburo hacia la estación de se n de la línea (22) debe de realizarse a una válvula (10) ya sea d perando adecuadamente. También debe de asegurarse que el p ión de datos esté programado de forma correcta considerando n de la operación. Para asegurar que el fluido circule sobre el contenedor debe de existir una diferencia de presión entre la p y la presión de la bajante. Obviamente la presión en la cabeza de mayor que la presión de la bajante, en la fase de operaci erse esta diferencia de presiones. instalado el equipo de forma como se muestra en el esquema de la válvula (4) para regular el flujo adecuado, desfogando en prim álvula (1 1), después de haber corroborado el flujo, se cierra la v la válvula (10), con lo que se hace fluir el hidrocarburo en el nda mantener un registro manual de la variación de las pres del pozo y de la línea bajante y si es posible del contenedor. erdo a la Figura 2, la Interfase de Salida para el Usuario ( ación entre el usuario y el microcontrolador, se realiza a través d ediante el cual se ingresan todos los valores de los parámetro programación de la medición (frecuencia de conteo). Com ación, se cuenta con una pantalla de cristal líquido, LCD (15), EJEMPLO ente ejemplo se presenta para ilustrar la operación del sistema de trazadores radiactivos en cabeza de pozos petroleros. Este nsiderarse como limitación de lo que aquí se reclama, sino que el procedimiento mediante el cual se realizaron pruebas de o de medición en línea motivo de esta invención, en una de I as en pozos productores de petróleo. cribe el marco de utilidad y los requerimientos a los cuales da desarrollado; así como también; la descripción sucinta del n y sus componentes principales, el esquema de conexiones re las pruebas correspondientes del equipo. En referencia a las figu siguiente: ción de válvulas utilizadas: álvula de aguja de ½"- NPT (4), para regulación de flujo al conten álvula de aguja de ½"- NPT (10), de seguridad para salida de f ajante álvula de bola de ½"- NPT (11a), para bloqueo de flujo en fase d álvula de aguja de ½"- NPT (11 ), para purga y despresurización ión 1.- Establecimiento de flujo .- Verificar que todas las válvulas 4, 10, 11a y 11 se encuentr te.

- Verificar que se encuentre colocada una manguera de la válv te para almacenamiento de fluidos de desfogue.

. -Verificar que se encuentre un instrumento de medición de pr de conexión, este puede ser manómetro o manográfo, en da rio instalar este dispositivo.

- Manipular la válvula 4, abriéndola poco a poco hasta un cuar adamente, de igual forma se abre la válvula 11 regulando el flujo * de vuelta. La válvula 11a y la válvula 10 mantienen cerradas, r un lapso no mayo a 15 segundos, verificando el nivel del r ción, Cabe señalar que este recipiente solo se usará en esta fas amiento no debe de estar presente.

.- Se cierra válvula 11 y se abre totalmente la válvula 11 a, s la válvulas 10, que es la conjunción con la línea bajante del p recomendable mantener un monitoreo de las presiones por tod el proceso. De igual forma se recomienda verificar en las ia de posibles fugas y corregir en dado caso antes de h rburo sobre el sistema.

.- Cerrar completamente la válvula 11a.

- Cerrar la válvula 4 y después abrirla lentamente para regular e e va al contenedor al caudal deseado, realizando mediciones .- Abrir lentamente y hasta su totalidad la válvula 11.

.-Verificar el volumen del recipiente donde se almacena el fluido d ue no se derrame.

.-Verificar en todo momento las presiones en los manómetros, operación, como primera prueba, se reguló el flujo a un gasto de os, cabe mencionar que la regulación del gasto se hace rica, donde la diferencia de presión es muy alta, al hacer fluir el línea nuevamente la diferencia de presión baja reduciendo el ga 0 el flujo se procede a realizar los siguientes pasos.

.-Cerrar válvula 11.

Verificar presiones en manómetro de la cabeza y en la línea baj 0. -Abrir lentamente y en su totalidad la válvula 11a, para establec 1.-Verificar el establecimiento del flujo sobre el sistema, se deb nto del fluido en todos los elementos del equipo.

Z regulado el flujo se pone a trabajar el sistema y se monitorean Tabla 1. Datos de presión con flujo regulado a 1 lt/25 segundo ión 3. Despresurización y purga del equipo de medición concluidas las operaciones para la detección y medición de tr la cabeza del pozo, se procede a desconectar el equipo e procedimiento: so se despresuriza la línea de conexión entre la cabeza del dor.

-Se abre poco a poco en su totalidad la válvula 11a, permitiendo dor y la línea que va a la bajante pierdan presión.

Verificar que el fluido remanente se desaloje de todo el sistema. Verificar nuevamente que las válvulas 4 y 10 se encuentren cerra . Proceder a desconectar el equipo de las instalaciones de prod io. aciones arte de los resultados obtenidos de las pruebas que se realizaron ucción, se puede mencionar lo siguiente: istema opera satisfactoriamente a las condiciones de presión y 80 psi y 115 °C, respectivamente. Se hace notar que estas con s. De igual forma se espera que el sistema funcione muy bien a ores de presión y temperatura. Por lo anterior, se puede decir qu robó bajo condiciones extremas. istema estuvo operando y registrando datos durante un total 53 h bajante de producción, es decir, midiendo el fluido de producció iempo real, con una ventana de medición 1 minuto, sistema opera perfectamente a las condiciones de operación del ión en un caso fue de aproximadamente 900 psi y en la bajante resión de trabajo máxima de diseño es: 1 ,600 psi. sistema funciona correctamente con el fluido de producci peratura de 115°C. El diseño se hizo para soportar máximo una luido de 150°C. validó la autonomía del sistema de medición, en cuanto a sumi energía a través del panel solar y conjunto de baterías. Este s ñado para operar de forma permanente y por tiempo indefinido, istema operó 53 horas de forma continua, está diseñado par bas largas (de 6 meses ó más) en cuanto a capacidad de alma atos se refiere. validó en campo el respaldo de la información adquirida en forma i o la comunicación con PC y salida de información vía puerto seri validó el diseño robusto para uso rudo, capaz de soportar la tem o proveniente del yacimiento, así como, las condiciones am ración del sistema de medición en línea.

Claims (2)

1. REIVINDICACIONES o descrito la invención, se considera como novedad y por lo tanto opiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: sistema de medición en línea de trazadores radiactivos en cabe oleros, caracterizado porque comprende: (I) una planta de su rgía; (II) un módulo de detección de radiación gamma; (III) uisitor de datos programable; y (IV) una computadora portátil. sistema de medición en línea, de conformidad con la reivin cterizado porque la planta de suministro de energía, preferentem ta solar. sistema de medición en línea, de conformidad con las reivindicaci cterizado porque la planta solar está constituida por un panel foto co de dos baterías, un controlador y un inversor de corrie riente directa/corriente alterna). sistema de medición en línea, de conformidad con las reivindicac adores de emisión gamma y está constituido, por cuatro nciales: 1) una fuente de alto voltaje que se energiza a su v iente directa de +/-15 Volts, proveniente de uno de los convertido al conmutarse entrega entre 1200 y 1500 Volts, necesarios para fotomultiplicador mediante un arreglo resistivo-capacitivo;
2. 2) u elleo que es de ioduro de sodio activado con talio Nal(TI), cuya fu er la conversión de la radiación gamma a energía electromagnétic tubo fotomultiplicador cuya función es producir una señ orcional a la energía de radiación incidente en el cristal de centell lificador, el cual amplifica los pulsos de señal proveniente ultiplicador (PMT). sistema de medición en línea, de conformidad con la reivin cterizado porque cuenta con un módulo adquisitor de datos prog ual se realizan todas las funciones de operación, control y rmación (acondicionamiento de señal, se comparación, dis eo, almacenamiento en memoria, y desplegado e impresión). sistema de medición en línea, de conformidad con las reivindicac cterizado porque el equipo adquisitor tiene una cap onteo y escritura de los mismos en memoria, así como el des ltado en pantalla e impresión del mismo en una impresora térmic sistema de medición en línea, de conformidad con la reivin cterizado porque a través de una computadora portátil que es la programación del sistema de medición así como, a través de recuperados los datos adquiridos durante su operación, los uentran almacenados en la memoria del adquisitor de datos. sistema de medición en línea, de conformidad con las reivindicac cterizado porque la comunicación entre la computadora portátil edición, se efectúa mediante el protocolo RS-232 vía puerto s dios. sistema de medición en línea, de conformidad con la reivin cterizado porque el módulo de detección contiene un cont inelli con capacidad de volumen de 2.3 litros para alojamient estra) proveniente del pozo productor, donde es inmerso el cción (cristal de centelleo), pudiendo operar hasta una presión 0 psi. procedimiento para el uso del sistema de medición en línea, de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque comprende la as: a) establecimiento del flujo; b) regulación del caudal sobre enta el contenedor; c) puesta en marcha; d) toma de d presurización y purga.