MX2011002140A

MX2011002140A - Ensamble de tamiz para control de arena y metodo para utilizar el mismo.

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Publication number: MX2011002140A
Application number: MX2011002140A
Authority: MX
Inventors: William Mark Richards; Ronald G Dusterhoft; Kim Vance Thornton; Carl Bismark Ferguson; Floyd Randolph Simonds; Tommy Frank Grigsby; Luke William Holderman
Original assignee: Halliburton Energy Serv Inc
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2011-04-05
Also published as: AU2009285794A1; SG179421A1; US20100051262A1; WO2010025150A3; US8499827B2; SG179420A1; BRPI0913157A2; CN102224320A; US20110011577A1; US20110011586A1; US7814973B2; WO2010025150A2; AU2009285794B2; EP2329107A2; US8291972B2; MY158551A; CN102224320B

Abstract

Un ensamble de tamiz para control de arena (40) se ubica de manera operativa dentro de un sondeo (48). El ensamble de tamiz para control de arena (40) incluye una tubería base (42) que tiene por lo menos una abertura (60) y una trayectoria de flujo interno (44). Una capa de material que se puede dilatar (46) se dispone en el exterior de la tubería base (42). Un sub-ensamble de recolección de fluido (50) se dispone de manera exterior a la capa de material que puede dilatarse (46). El sub-ensamble de recolección de fluido (50) está en comunicación fluida con la trayectoria de flujo interna (44). Un medio de filtración (62) se asocia de manera operativa con el ensamble de tamiz para control de arena (40) y se dispone en una trayectoria de fluido entre el exterior del ensamble de tamiz para control de arena (40) y la trayectoria de flujo interna (44). En respuesta al contacto con un fluido de activación, la expansión radial de la capa de material que puede dilatarse (46) hace que por lo menos una porción del sub-ensamble de recolección de fluido (50) entre en contacto con el sondeo (48).

Description

ENSAMBLE DE TAMIZ PARA CONTROL DE ARENA Y METODO PARA UTILIZAR EL MISMO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona, en general, con controlar la producción de materiales en partículas de un yacimiento subterráneo y, en particular, con un ensamble de tamiz para control de arena que tiene una capa de material que puede dilatarse operable para expandirse de manera radial en el fondo del pozo en respuesta al contacto con un fluido de activación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Sin limitar el alcance de la presente invención, sus antecedentes se describen con referencia a la producción de hidrocarburos a través de un sondeo que atraviesa un yacimiento no consolidado o apenas consolidado, por mencionar un ejemplo.

Se sabe bien en la técnica de perforación y terminación de pozos subterráneos que materiales en partículas tales como arena pueden producirse durante la producción de hidrocarburos desde un pozo que atraviesa un yacimiento subterráneo no consolidado o apenas consolidado. Pueden ocurrir numerosos problemas como resultado de la producción de tales materiales en partículas. Por ejemplo, los materiales en partículas provocan desgaste por abrasión en los componentes dentro del pozo, tales como tuberías, dispositivos de control de flujo y dispositivos de seguridad. Además, los materiales en partículas pueden atascar parcial o totalmente el pozo, lo que crea la necesidad de una reparación costosa. Asimismo, si los materiales en partículas se producen en la superficie, deben extraerse de los fluidos de hidrocarburos al procesar equipo en la superficie.

Un método para impedir la producción de tales materiales en partículas es rellenar con cascajo el pozo adyacente al intervalo de producción no consolidado o apenas consolidado. En una terminación típica de relleno con cascajo, un tamiz para control de arena se baja al sondeo en una sarta de tubería de trabajo hasta una posición próxima al intervalo de producción deseado. Una lechada de fluido que incluye un portador de líquido y un material en partículas, tales como cascajo, se bombea después a la sarta de tubería de trabajo y al espacio anular del pozo formado entre el tamiz para control de arena y el revestimiento del pozo perforado o zona de producción con agujero descubierto.

El portador líquido fluye en el yacimiento, regresa a la superficie al fluir a través del tamiz para control de arena o ambos. En cualquier caso, el cascajo se deposita alrededor del tamiz para control de arena para formar un relleno de cascajo, que es altamente permeable al flujo de fluidos de hidrocarburos pero bloquea el flujo de las partículas transportadas en los fluidos de hidrocarburos .

Como tales, los rellenos de cascajo pueden impedir con éxito los problemas asociados con la producción de materiales en partículas desde el yacimiento.

Sin embargo, se ha descubierto que un relleno de cascajo completo del intervalo de producción deseado es difícil de obtener en particular en sondeos extendidos o desviados que incluyen sondeos que tienen intervalos de producción largos y horizontales. Estos rellenos incompletos son con frecuencia el resultado de que el portador de líquido entre en una porción permeable del intervalo de producción lo que hace que el cascajo se deshidrate y forme un puente de arena en el espacio anular. Después de ello, el puente de arena impide que la lechada fluya al resto del espacio anular que, a su vez, impide la colocación de cascajo suficiente en el resto del intervalo de producción.

Además, se ha descubierto que rellenar con cascajo no es posible en ciertas terminaciones de agujero descubierto. Se han realizado intentos para utilizar tamices metálicos de control de arena expandibles en tales terminaciones de agujero descubierto. Estos tamices metálicos de control de arena expandxbles se instalan normalmente en el sondeo y luego se expanden de manera radial utilizando un enderezador o cono hidráulico que pasa a través del interior del tamiz u otras técnicas de formación de metales. Además de filtrar materiales en partículas de los fluidos del yacimiento, un beneficio de estos tamices expansibles de control de arena es el soporte radial que proporciona al yacimiento lo que ayuda a prevenir de derrumbe del yacimiento. Sin embargo, se ha descubierto que tamices expansibles convencionales de control de arena no entran en contacto con la pared del sondeo a lo largo de toda su longitud, ya que el perfil del sondeo no es uniforme. De manera más específica, debido al proceso de perforación del sondeo y heterogeneidad del estrato en el fondo del pozo, los derrumbamientos u otras irregularidades ocurren con frecuencia lo que deriva en que ciertas ubicaciones dentro del sondeo tengan diámetros más grandes que otras áreas que no tienen secciones transversales circulares. Por lo tanto, cuando los tamices expansibles de control de arena se expanden, se crean vacíos entre los tamices expansibles de control de arena y las áreas irregulares del sondeo, lo que deriva en un contacto incompleto entre los tamices expansibles de control de arena y el sondeo. Además, con ciertos tamices expansibles convencionales de control de arena, las conexiones roscadas no pueden expandirse, lo que crea un perfil muy complejo, por lo menos una porción de la cual no entra en contacto con el sondeo. Además, cuando los tamices expansibles convencionales de control de arena se expanden, la fuerza radial de los tamices expandidos se reduce drásticamente lo que deriva en un soporte radial muy reducido, si es que existe, en el pozo de sondeo.

Por lo tanto, ha surgido la necesidad de un ensamble de tamiz para control de arena que impida la producción de materiales en partículas desde un pozo que atraviesa un yacimiento subterráneo con hidrocarburos sin la necesidad de realizar una operación de relleno con cascajo. También ha surgido la necesidad de que tal ensamble de tamiz para control de arena proporcione un soporte radial sin intervención al yacimiento sin la necesidad de elementos tubulares metálicos que se expandan. Además, ha surgido la necesidad de que tal ensamble de tamiz para control de arena sea adecuado para su operación en terminaciones largas y horizontales de agujero descubierto.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención descrita en la misma comprende un ensamble de tamiz para control de arena que impide la producción de materiales en partículas desde un pozo que atraviesa un yacimiento subterráneo con hidrocarburos u opera como un pozo de inyección. El ensamble de tamiz para control de arena de la presente invención obtiene este resultado sin la necesidad de realizar una operación de relleno con cascajo. Además, el ensamble de tamiz para control de arena de la presente invención proporciona sin intervención soporte radial al yacimiento sin la necesidad de elementos tubulares metálicos que se expandan. Además, el ensamble de tamiz para control de arena de la presente invención es adecuado para operación en terminaciones de agujero descubierto en intervalos de producción largos y horizontales.

En un aspecto, la presente invención se enfoca en un ensamble de tamiz para control de arena operable para ubicarse dentro de un sondeo. El ensamble de tamiz para control de arena incluye una tubería base que tiene por lo menos una abertura en una porción de pared lateral de la misma y una trayectoria de flujo interna. Una capa de material que puede dilatarse se dispone en el exterior de por lo menos una porción de la tubería base. Un sub-ensamble de recolección de fluido se dispone en el exterior de la capa de material que puede dilatarse y está en comunicación fluida con la trayectoria de flujo interna a través de la abertura. Un medio de filtración se asocia de manera operativa con el ensamble de tamiz para control de arena y se dispone en una trayectoria de fluido entre el exterior del ensamble de tamiz para control de arena y la trayectoria de flujo interna. En respuesta al contacto con un fluido de activación, tales como un fluido de hidrocarburos, agua y gas, la expansión radial de la capa de material que puede dilatarse hace que por lo menos una porción del sub-ensamble de recolección de fluido se desplace hacia una superficie del sondeo y, de preferencia, en estrecha cercanía a o contacto con el sondeo.

En una modalidad, la capa de material que puede dilatarse se dispone en el exterior de una sección de un tubo sin perforar de la tubería base. En otra modalidad, la capa de material que puede dilatarse se dispone en el exterior de una sección perforada de la tubería base. En ciertas modalidades, el sub-ensamble de recolección de fluido incluye una pluralidad de elementos tubulares perforados distribuidos de manera circunferencial . En tal modalidad, el fluido descargado de los elementos tubulares perforados puede recibirse en una cámara antes de entrar en la trayectoria de flujo interna. En otras modalidades, el sub-ensamble de recolección de fluido puede incluir una pluralidad de entradas de fluido tales como entradas de flujo plegadizas, entradas flexibles de fluido y similares.

En una modalidad, el medio de filtración se dispone externo al sub-ensamble de recolección de fluido. En otra modalidad, el medio de filtración se dispone interno al sub-ensamble de recolección de fluido. En una modalidad adicional, el medio de filtración se dispone corriente abajo del sub-ensamble de recolección de fluido. El medio de filtración puede ser un tamiz de malla de una sola capa, un tamiz de malla de múltiples capas, un tamiz con alambre enrollado, un tamiz de prellenado, un tamiz de cerámica, un tamiz de malla de alambre resistente a las partículas porosas de fluido, un tamiz de malla de alambre unido por difusión y resistente a las partículas porosas de fluido o similares. En ciertas modalidades, un elemento de tamiz puede disponerse externo al sub-ensamble de recolección de fluido y la capa de material que puede dilatarse.

En otro aspecto, la presente invención se enfoca en un ensamble de tamiz para control de arena operable para ubicarse dentro de un sondeo. El ensamble de tamiz para control de arena incluye una tubería base que tiene una sección perforada, una sección de tubo sin perforar y una trayectoria de flujo interna. Una capa de material que puede dilatarse se dispone en el exterior de una sección de tubo sin perforar de la tubería base. Un sub-ensamble de recolección de fluido se dispone en el exterior de la capa de material que puede dilatarse y está en comunicación fluida con la trayectoria de flujo interna. Un medio de filtración se dispone en el exterior de la sección perforada de la tubería base. En respuesta al contacto con un fluido de activación, la expansión radial de la capa de material que puede dilatarse hace que por lo menos una porción del sub-ensamble de recolección de fluido se desplace hacia una superficie del sondeo.

En un aspecto adicional, la presente invención se enfoca en un método para instalar un ensamble de tamiz para control de arena en un sondeo. El método incluye hacer funcionar el ensamble de tamiz para control de arena a una ubicación objetivo dentro del sondeo, el ensamble de tamiz para control de arena tiene un sub-ensamble de recolección de fluido dispuesto en el exterior de una capa de material que puede dilatarse que se dispone en el exterior de por lo menos una porción de una tubería base, poner en contacto la capa de material que puede dilatarse con un fluido de activación, expandir de manera radial la capa de material que puede dilatarse en respuesta al contacto con el fluido de activación y desplazar por lo menos una porción del sub-ensamble de recolección de fluido hacia una superficie del sondeo en respuesta a la expansión radial de la capa de material que puede dilatarse.

En aún otro aspecto, la presente invención se enfoca en una herramienta en el fondo del pozo que puede ubicarse de manera operativa dentro de un sondeo. La herramienta en el fondo del pozo incluye un miembro tubular que tiene una trayectoria de flujo interna. Una capa de material que puede dilatarse se dispone en el exterior de por lo menos una porción del miembro tubular. Un sensor se dispone en el exterior de la capa de material que puede dilatarse. En respuesta al contacto con un fluido de activación, la expansión radial de la capa de material que puede dilatarse hace que el sensor se desplace hacia una superficie del sondeo y, de preferencia, en estrecha cercanía a o contacto con el sondeo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Para una comprensión más completa de las características y ventajas de la presente invención, se hará referencia ahora a la descripción detallada de la invención junto con las figuras anexas, en las que números correspondientes en las diferentes figuras se refieren a partes correspondientes y en las que: La Figura 1A es una ilustración esquemática de un sistema de pozo que opera una pluralidad de ensambles de tamiz para control de arena en su configuración de funcionamiento, de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura IB es una ilustración esquemática de un sistema de pozo que opera una pluralidad de ensambles de tamiz para control de arena en su configuración operativa, de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 2A es una vista en corte transversal tomada a lo largo de la línea 2A-2A de un ensamble de tamiz para control de arena de la Figura 1A en una configuración de funcionamiento de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 2B es una vista en corte transversal tomada a lo largo de la línea 2B-2B de un ensamble de tamiz para control de arena de la figura IB en una configuración operativa de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 3 es una vista lateral parcialmente en sección al cuarto de un ensamble de tamiz para control de arena de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figure 4A es una vista en corte transversal de un ensamble de tamiz para control de arena en una configuración operativa de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 4B es una vista en corte transversal de un ensamble de tamiz para control de arena en una configuración operativa de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 5 es una vista lateral parcialmente en sección al cuarto de un ensamble de tamiz para control de arena de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 6 es una vista lateral parcialmente en sección al cuarto y parcialmente en media sección de un ensamble de tamiz para control de arena de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 7 es una vista lateral parcialmente en sección al cuarto de un ensamble de tamiz para control de arena de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 8A es una vista en corte transversal de un ensamble de tamiz para control de arena en una configuración de funcionamiento de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 8B es una vista en corte transversal de un ensamble de tamiz para control de arena en una configuración operativa de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 9A es una vista en corte transversal de un ensamble de tamiz para control de arena de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 9B es una vista en corte transversal de un ensamble de tamiz para control de arena de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 9C es una vista en corte transversal de un ensamble de tamiz para control de arena de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 10A es una vista en corte transversal de un ensamble de tamiz para control de arena en una configuración de funcionamiento de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 10B es una vista en corte transversal de un ensamble de tamiz para control de arena en una configuración operativa de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 11 es una vista en corte transversal de un ensamble de tamiz para control de arena de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 12 es una vista en corte transversal de un ensamble de tamiz para control de arena de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 13A es una vista lateral de un ensamble de tamiz para control de arena en una configuración de funcionamiento de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 13B es una vista lateral de un ensamble de tamiz para control de arena en una configuración operativa de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 14A es una vista en corte transversal tomada a lo largo de la línea 14A-14A de un ensamble de tamiz para control de arena de la figura 13A en una configuración de funcionamiento de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 14B es una vista en corte transversal tomada a lo largo de la línea 14B-14B de un ensamble de tamiz para control de arena de la figura 13B en una configuración operativa de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 15A es una vista en sección al cuarto de un ensamble de tamiz para control de arena en una configuración de funcionamiento de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 15B es una vista en sección al cuarto de un ensamble de tamiz para control de arena en una configuración operativa de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Aunque la fabricación y uso de varias modalidades de la presente invención se plantean con detalle en lo siguiente, debe apreciarse que la presente invención proporciona muchos conceptos inventivos aplicables que pueden materializarse en una amplia gama de contextos específicos. Las modalidades especificas descritas en la presente sólo ilustran maneras específicas para fabricar y utilizar la invención y no delimitan el alcance de la presente invención.

Inicialmente, con referencia a la figura 1A, en ésta se representa un sistema de pozo que incluye una pluralidad de ensambles de tamiz para control de arena que integran principios de la presente invención, que se ilustran esquemáticamente y se designan en general con el número 10. En la modalidad ilustrada, un sondeo 12 se extiende a través de los diversos estratos terrestres. El sondeo 12 tiene una sección 14 sustancialmente vertical, la porción superior de éste tiene instalada una sarta de revestimiento 16 cementada dentro del sondeo 12. El sondeo 12 también tiene una sección en esencia horizontal 18 que se extiende a través de un yacimiento 20 subterráneo con hidrocarburos. Como se ilustra, la sección en esencia horizontal 18 de sondeo 12 es un agujero descubierto.

Ubicada dentro del sondeo 12 y extendida desde la superficie, existe una sarta de tubería 22. La sarta de tubería 22 proporciona un conducto para que los fluidos del yacimiento se desplacen desde el yacimiento 20 a la superficie. Ubicados dentro de la sarta de tubería 22, existe una pluralidad de ensambles de tamiz para control de arena 24. Los ensambles de tamiz para control de arena 24 se muestran en una configuración de funcionamiento o no extendida .

Asimismo, con referencia a la figura IB, se representa el sistema de pozo de la figura 1A con los ensambles de tamiz para control de arena 24 en su configuración operativa o expandida de manera radial . Como se explica con mayor detalle en lo siguiente, cada uno de los ensambles de tamiz para control de arena 24 representados tiene una tubería base, un sub-ensamble de recolección de fluido, un medio de filtración y una capa de material que puede dilatarse. En general, la capa de material que puede dilatarse se dispone en el exterior alrededor de la circunferencia de una sección de tubo sin perforar de la tubería base y el sub-ensamble de recolección de fluido se dispone en el exterior de la capa de material que puede dilatarse. El medio de filtración puede disponerse de manera externa al sub-ensamble de recolección de fluido, de manera interna al sub-ensamble de recolección de fluido, corriente abajo del sub-ensamble de recolección de fluido o cualquier combinación de los mismos. En esta configuración, cuando los ensambles de tamiz para control de arena 24 entran en contacto con un fluido de activación, tal como un fluido de hidrocarburos, agua o un gas, la capa de material que puede dilatarse de cada ensamble de tamiz para control de arena 24 se expande de manera radial, lo que a su vez hace que el sub-ensamble de recolección de fluido de cada ensamble de tamiz para control de arena 24 entre en contacto con la superficie del sondeo 12. Aunque la figura lA y la figura IB representan la sarta de tubería 22 con sólo un ensamble de tamiz para control de arena 24, aquellos con experiencia en la técnica reconocerán que la sarta de tubería 22 puede incluir cualquier cantidad de otras herramientas y sistemas tales como dispositivos de control de flujo de fluido, sistemas de comunicación, sistemas de seguridad y similares. Asimismo, la sarta de tubería 22 puede dividirse en una pluralidad de intervalos utilizando dispositivos de aislamiento por zonas, tales como rellenos. De manera similar al material que puede dilatarse en los ensambles de tamiz para control de arena 24, estos dispositivos de aislamiento por zonas pueden fabricarse a partir de materiales que se dilatan al contacto con un fluido, tales como un fluido orgánico o inorgánico. Algunos fluidos ejemplares que pueden hacer que los dispositivos de aislamiento por zonas se dilatan y aislen incluyen agua, gas e hidrocarburos .

Además, aunque la figura 1A y la figura IB representan los ensambles de tamiz para control de arena de la presente invención en una sección horizontal del sondeo, aquellos con experiencia en la técnica deben entender que los ensambles de tamiz para control de arena de la presente invención son igualmente adecuados para su uso en sondeos desviados o verticales. En consecuencia, aquellos con experiencia en la técnica deben entender que el uso de términos de dirección tales como arriba, abajo, superior, inferior, ascendente, descendente y similares se utilizan en relación con las modalidades ilustrativas como se representan en las figuras, la dirección ascendente es hacia la parte superior de la figura correspondiente y la dirección descendente es hacia la parte inferior de la figura correspondiente. De manera similar, aunque la figura 1A y la figura IB representan los ensambles de tamiz para control de arena de la presente invención en un sondeo con un solo agujero, aquellos con experiencia en la técnica deben entender que los ensambles de tamiz para control de arena de la presente invención son igualmente adecuados para su uso en sondeos multilaterales que tienen un sondeo principal y una pluralidad de sondeos ramificados.

Con referencia a la figura 2A, se representa una vista en corte transversal de un ensamble de tamiz para control de arena en su configuración de funcionamiento que integra los principios de la presente invención y se designa en general con el número 40. El ensamble de tamiz para control de arena 40 incluye una tubería base 42 que define una trayectoria de flujo interna 44. La tubería base 42 tiene una pluralidad de aberturas (no representadas en esta sección transversal) que permiten que el fluido pase entre el exterior de la tubería base 42 y la trayectoria de flujo interna 44. Ubicada alrededor de la tubería base 42 se encuentra una capa de material que puede dilatarse 46. La capa de material que puede dilatarse 46 se une a la tubería base 42 mediante unión u otra técnica adecuada. De preferencia, el grosor de la capa de material que puede dilatarse 46 se optimiza con base en el diámetro del ensamble de tamiz para control de arena 40 y el diámetro del sondeo 48, de modo que, con la expansión, como se explica con mayor detalle en lo siguiente, se obtiene un contacto en esencia uniforme entre la capa de material que puede dilatarse 46 y un sub-ensamble de recolección de fluido 50 con la superficie del sondeo 48.

En la modalidad ilustrada y como se observa mejor en la figura 3, el sub-ensamble de recolección de fluido 50 incluye una pluralidad de elementos tubulares perforados 52. De preferencia, los elementos tubulares perforados 52 se distribuyen de manera circunferencial alrededor de la porción del ensamble de tamiz para control de arena 40 que incluye una capa de material que puede dilatarse 46. En operación, los fluidos de producción entran en el sub-ensamble de recolección de fluido 50 a través de las aberturas 54 de elementos tubulares perforados 52 y se descargan en una región anular 56 entre la tubería base 42 y el alojamiento exterior 58. Aunque los elementos tubulares perforados 52 se han representado con secciones transversales circulares, aquellos con experiencia en la técnica deben entender que los elementos tubulares perforados 52 pueden tener secciones transversales de diferentes formas, que incluyen óvalos, triángulos, rectángulos y similares, así como también secciones transversales no simétricas.

La tubería base 42 incluye una pluralidad de aberturas 60 que permiten que la producción de fluidos entre a la trayectoria de flujo interna 44. Dispuesta alrededor de esta porción de tubería base 42 y dentro de la región anular 56, existe un medio de filtración 62. El medio de filtración 62 puede comprender un elemento de tamiz mecánico tal como un tamiz metálico de restricción de partículas porosas de fluido con una o más capas de alambre entretejido o malla de fibra que puede unirse por difusión o aglomerarse para formar un tamiz diseñado para permitir que un fluido fluya a través del mismo, pero impide que el flujo de materiales en partículas de un tamaño predeterminado pase a través del mismo. En la modalidad ilustrada, el medio de filtración 62 incluye capas de drenaje exterior e interior 64, 66 que tienen una malla de alambre relativamente gruesa con una capa de filtración 68 dispuesta entre las mismas, la cual tiene una malla relativamente fina. Debe observarse que otros tipos de medios de filtración pueden utilizarse con los ensambles de tamiz para control de arena de la presente invención, tales como un tamiz un tamiz con alambre enrollado, un tamiz de prellenado, un tamiz de cerámica, microesferas metálicas tales como microesferas de acero inoxidable o microesferas de acero inoxidable aglomeradas. El medio de filtración 62 se dimensiona de acuerdo con los requerimientos particulares de la zona de producción en la que se instalará. Algunos tamaños ejemplares de los espacios en el medio de filtración 62 pueden estar en el margen de malla estándar de 20-250.

Adicionalmente, con referencia a la figura 2B, se representa una vista en corte transversal del ensamble de tamiz para control de arena 40 en su configuración operativa. En la modalidad ilustrada, la capa de material que puede dilatarse 46 entra en contacto con un fluido de activación, tal como un fluido de hidrocarburos, agua o gas, lo que hace que la capa de material que puede dilatarse 46 se expanda de manera radial en contacto con la superficie 48 de sondeo, que, en la modalidad ilustrada, es la superficie del yacimiento. Además, la expansión radial de la capa de material que puede dilatarse 46 hace que los elementos perforados 52 del sub-ensamble de recolección de fluido 50 entren en contacto con la superficie del sondeo 48. Un beneficio proporcionado por los ensambles de tamiz para control de arena de la presente invención es que, además de proporcionar una trayectoria para que los fluidos del yacimiento entren en la trayectoria de flujo interna 44 y filtren los materiales en partículas de los fluidos del yacimiento, los ensambles de tamiz para control de arena de la presente invención también proporcionan un soporte al yacimiento para impedir el derrumbe del mismo. En comparación con los tamices metálicos de control de arena expandibles convencionales planteados en lo anterior, los ensambles de tamiz para control de arena de la presente invención proporcionan un contacto mejorado con el yacimiento, ya que se obtiene mayor expansión radial y la capa de material que puede dilatarse cumple más requisitos, de modo que se adapta mejor a una superficie de sondeo no uniforme. En una implementación preferida, los ensambles de tamiz para control de arena de la presente invención proporcionan entre alrededor de 500 psi y 2000 psi de soporte contra derrumbes al sondeo. Aquellos con experiencia en la técnica reconocerán que el soporte contra derrumbes proporcionado por la presente invención puede optimizarse para una implementación particular a través de características de diseño específicas de la tubería base, la capa de material que puede dilatarse y el sub-ensamble de recolección de fluido.

Pueden utilizarse varias técnicas para poner en contacto la capa de material que puede dilatarse 46 con un fluido de activación apropiado para producir la dilatación de la capa de material que puede dilatarse 46. Por ejemplo, el fluido de activación puede ya estar presente en el pozo cuando se instala el ensamble de tamiz para control de arena 40 en el pozo, en cuyo caso, la capa de material que puede dilatarse 46 incluye de preferencia un mecanismo para retrasar la dilatación de la capa de material que puede dilatarse 46 tal como un recubrimiento o membrana que retrase o impida la absorción, composiciones de material de dilatación retardada o similares.

Alternativamente, el fluido de activación puede circularse a través del pozo a la capa de material que puede dilatarse 46 después de instalar el ensamble de tamiz para control de arena 40 en el pozo. Como otra alternativa, el fluido de activación puede producirse en el sondeo desde el yacimiento que rodea al sondeo. Por lo tanto, se apreciará que cualquier método puede utilizarse para que la dilatación de la capa de material que puede dilatarse 46 del ensamble de tamiz para control de arena 40 siga los principios de la invención .

La capa de material que puede dilatarse 46 se forma a partir de uno o más materiales que se dilatan al entrar en contacto con un fluido de activación, tales como un fluido orgánico o inorgánico. Por ejemplo, el material puede ser un polímero que se dilata varias veces su tamaño inicial con la activación mediante un fluido de activación que estimula el material a expandir. En una modalidad, el material que puede dilatarse es un material que se dilata al contacto con y/o absorción de un hidrocarburo, tal como petróleo o un gas. El hidrocarburo se absorbe en el material que puede dilatarse, de modo que se incrementa el volumen del material que puede dilatarse, lo que crea una expansión radial del material que puede dilatarse. De preferencia, el material que puede dilatarse se dilatará hasta que su superficie exterior y elementos tubulares perforados 52 del sub-ensamble de recolección de fluido 50 entren en contacto con la superficie del yacimiento en una terminación de agujero descubierto o la pared de revestimiento en un sondeo revestido. En consecuencia, el material que puede dilatarse proporciona la energía para ubicar a los elementos tubulares perforados 52 del sub-ensamble de recolección de fluido 50 en contacto con el yacimiento.

Algunos materiales ejemplares que pueden dilatarse incluyen polímeros elásticos, tales como caucho de EPDM, estireno butadieno, caucho natural, caucho monomérico de etileno propileno, caucho monomérico de etileno propileno dieno, caucho de etileno-acetato de vinilo, caucho de butadieno acrilonitrilo hidrogenado, caucho de acrilonitrilo butadieno, caucho de isopreno, caucho de cloropreno y polinorborneno . Estos y otros materiales que pueden dilatarse se dilatan en contacto con y por absorción de hidrocarburos, de modo que el material que puede dilatarse se expande. En una modalidad, el caucho de materiales que pueden dilatarse también puede tener otros materiales disueltos en o en una mezcla mecánica con el mismo, tal como fibras de celulosa. Opciones adicionales pueden ser una mezcla mecánica de caucho con cloruro de polivinilo, metacrilato de metilo, acrilonitrilo, etilacetato u otros polímeros que se expanden en contacto con petróleo.

En otra modalidad, el material que puede dilatarse es un material que se dilata al contacto con el agua. En este caso, el material que puede dilatarse puede ser un polímero que se dilata con el agua, tal como un elastornero que se dilata con el agua o un caucho que se dilata con el agua. De manera más específica, el material que puede dilatarse puede ser un polímero hidrófobo que se dilata con agua o copolímero hidrófobo que se dilata con agua y, de preferencia, un copolímero poroso hidrófobo que se dilata con agua. Otros polímero útiles de acuerdo con la presente invención pueden prepararse a partir de una variedad de monómeros hidrófilos y monómeros hidrófilos modificados de manera hidrófoba. Ejemplos de monómeros hidrófilos particularmente adecuados que pueden utilizarse incluyen, pero sin limitarse a, acrilamida, ácido 2-acrilamido-2-metil propano sulfónico, N, N-dimetilacrilamida, pirrolidona de vinilo, metacrilato de dimetilaminoetilo , ácido acrílico, cloruro de metacrilato de trimetilamoniometilo, dimetilaminopropilmetacrilamida, metacrilamida y acrilato de hidroxietilo .

Una variedad de monómeros hidrófilos modificados de manera hidrófoba también pueden utilizarse para formar los polímeros útiles de acuerdo con esta invención. Los monómeros hidrófilos modificados de manera hidrófoba particularmente adecuados incluyen, pero sin limitarse a, acrilatos de alquilo, metacrilatos de alquilo, acrilamidas de alquilo y metacrilamidas de alquilo, en donde los radicales alquilo tienen de alrededor de 4 a alrededor de 22 átomos de carbono, bromuro de metacrilato de dimetilamoniometilo de alquilo, cloruro de metacrilato de dimetilamoniometilo de alquilo y yoduro de metacrilato de dimetilamoniometilo de alquilo, en donde los radicales alquilo tienen de alrededor de 4 a alrededor de 22 átomos de carbono y bromuro de dimetilamonio-propilmetacrilamida de alquilo, cloruro de dimetilamonio-propilmetacrilamida de alquilo y yoduro de dimetilamonio-propilmetacrilamida de alquilo, en donde los grupos alquilo tienen de alrededor de 4 a alrededor de 22 átomos de carbono. Los polímeros útiles de acuerdo con la presente invención pueden prepararse al polimerizar uno o más de los de monómeros hidrófilos descritos con uno o más de los monómeros hidrófilos descritos modificados de manera hidrófoba. La reacción de polimerización puede realizarse en varias maneras conocidas para aquellos con experiencia en la técnica, tales como las descritas en la Patente Estadounidense Número 6,476,169 que se incorpora en la presente para referencia para todos los propósitos.

Los polímeros adecuados pueden tener pesos moleculares calculados en el margen de alrededor de 100,000 a alrededor de 10,000.000 y, de preferencia, en el margen de alrededor de 250,000 a alrededor de 3,000,000 y pueden tener proporciones molares del monómero o monómeros hidrófilos respecto al monómero o monómeros hidrófilos modificados de. manera hidrófoba en el margen de alrededor de 99.98:0.02 a alrededor de 90:10.

Otros polímeros útiles de acuerdo con la presente invención incluyen polímeros modificados de manera hidrófoba, polímeros solubles en agua modificados de manera hidrófoba y copolímeros modificados de manera hidrófoba de los mismos. Los polímeros modificados de manera hidrófoba particularmente adecuados incluyen, pero sin limitarse a, metacrilato de polidimetilaminoetilo modificado de manera hidrófoba, poliacrilamida modificada de manera hidrófoba y copolímeros modificados de manera hidrófoba de metacrilato de dimetilaminoetilo y pirrolidona de vinilo.

Como otro ejemplo, el material que puede dilatarse puede ser un polímero de sal, tal como poliacrilamida o poli (met) acrilato reticulado modificado que tiende a atraer agua de agua salada a través de osmosis, en donde el agua fluye de un área de baja concentración salina, el agua del yacimiento, hasta un área de alta concentración salina, el polímero de sal, a través de una membrana semipermeable, la interfaz entre el polímero y los fluidos de producción, lo que permite que las moléculas de agua pasen a través de la misma, pero impide el paso de sales disueltas a través de la misma .

Con referencia a la figura 4A, se representa una vista en corte transversal de un ensamble de tamiz para control de arena en su configuración de funcionamiento que integra los principios de la presente invención y se designa en general con el número 70. El ensamble de tamiz para control de arena 70 tiene un diseño similar al tamiz de control de arena 40 descrito en lo anterior, que incluye una tubería base 72 que define una trayectoria de flujo interna 74 y que incluye una sección longitudinal perforada y una sección longitudinal de tubo sin perforar que se representa en el corte transversal de la figura 4A. Ubicada alrededor de la tubería base 72 se encuentra una capa de material que puede dilatarse 76. La capa de material que puede dilatarse 76 se une a la tubería base 72 mediante unión u otra técnica adecuada. Ubicado alrededor de la capa de material que puede dilatarse 76, existe un sub-ensamble de recolección de fluido 78 que incluye una pluralidad de elementos tubulares perforados 80 que se distribuyen de manera circunferencial alrededor de la capa de material que puede dilatarse 76 y operan sustancialmente en la manera descrita en lo anterior con referencia al sub-ensamble de recolección de fluido 50. Dispuesto alrededor de la capa de material que puede dilatarse 76 y el sub-ensamble de recolección de fluido 78, se encuentra un elemento de tamiz 82. El elemento de tamiz 82 se une a la capa de material que puede dilatarse 76, la tubería base 72 o ambos mediante unión u otra técnica adecuada. El elemento de tamiz 82 puede utilizarse junto con, además de o como una alternativa para otros medios de filtración tales como el medio de filtración 62 planteado en lo anterior, así como también otros tipos de medios de filtración planteados en la presente que incluyen medios de filtración dispuestos de manera externa, interna o corriente abajo respecto al sub-ensamble de recolección de fluido 78. En ciertas modalidades, el elemento de tamiz 82 puede servir principalmente como una capa de drenaje o un portador para tratamiento químico u otro agente, como se plantea en lo siguiente con mayor detalle.

En la modalidad ilustrada, el elemento de tamiz 82 se forma a partir de una pluralidad de segmentos de tamiz circunferenciales que se superponen entre sí en la configuración de funcionamiento del ensamble de tamiz para control de arena 70. Aunque el elemento de tamiz 82 se ha representado con cuatro segmentos, aquellos con experiencia en la técnica deben comprender que otros números de segmentos mayores y menores que cuatro, incluyendo un segmento, pueden utilizarse alternativamente de acuerdo con los principios de la presente invención.

Adicionalmente, con referencia a la figura 4B, se representa una vista en corte transversal del ensamble de tamiz para control de arena 70 en su configuración operativa. En la modalidad ilustrada, la capa de material que puede dilatarse 76 entra en contacto con un fluido de activación, tal como un fluido de hidrocarburos, agua o gas, lo que hace que la capa de material que puede dilatarse 76 se expanda de manera radial colocando el elemento de tamiz 82 en contacto con la superficie del sondeo 84. Además de proporcionar soporte al yacimiento para impedir el derrumbamiento del yacimiento, en esta modalidad, el elemento de tamiz 82 proporciona una región aislante entre los elementos tubulares perforados 80 y el sondeo 84. El uso de esta configuración resulta benéfico, por ejemplo, si se forma previamente una costra de lodo en la superficie del yacimiento, el aislamiento impedirá el daño a los elementos perforados tubulares 80 y permitirá remover la costra de lodo utilizando ácido u otra sustancia reactiva.

De preferencia, el elemento de tamiz 82 tiene la sustancia reactiva impregnada en el mismo. Por ejemplo, la sustancia reactiva puede llenar los vacíos en el elemento de tamiz 82 durante la instalación. De preferencia, la sustancia reactiva es degradable cuando se expone a un ambiente de pozo subterráneo. Con mayor preferencia, la sustancia reactiva se degrada cuando se expone al agua a una temperatura elevada en un pozo. Con mayor preferencia, la sustancia reactiva se proporciona como se describe en la Patente Estadounidense No. 7,036,587, la cual se incorpora en la presente para referencia para todos los propósitos.

En ciertas modalidades, la sustancia reactiva incluye un polímero degradable. Ejemplos adecuados de polímeros degradables que pueden utilizarse de acuerdo con la presente invención incluyen polisacáridos tales como dextrano o celulosa, quitinas, quitosanos, proteínas, poliésteres alifáticos, poli ( láctidos ) , poli (glicólidos ) , poli(e-caprolactonas ) , poli (anhídridos ) , poli (hidroxibutiratos ) , policarbonatos alifáticos, poli (ortoésteres ) , poli (aminoácidos ) , poli(óxidos de etileno) , y polifosfacenos . De los polímeros adecuados, se prefieren los poliésteres alifáticos tales como poli (láctido) o poli (ácido láctico) y polianhídridos .

La sustancia reactiva puede degradarse en la presencia de un sólido orgánico o inorgánico, que puede incluirse en el ensamble de tamiz para control de arena 70, de modo que exista una fuente de agua disponible en el pozo al instalar los tamices. De manera alternativa, puede proporcionarse otra fuente de agua a la sustancia reactiva después de transportar el ensamble de tamiz para control de arena 70 en el pozo, tal como hacer circular la fuente de agua en dirección descendente al pozo o el agua del yacimiento puede utilizarse como la fuente de agua.

Con referencia a la figura 5, se representa un ensamble de tamiz para control de arena en su configuración de funcionamiento que integra los principios de la presente invención y se designa en general con el número 90 . El ensamble de tamiz para control de arena 90 incluye una tubería base 92 que define una trayectoria de flujo interna 94 . La tubería base 92 tiene una pluralidad de aberturas 96 que permite que el fluido pase a la trayectoria de flujo interna 94 desde una región anular 98 entre la tubería base 92 y el alojamiento exterior 100 . Ubicada alrededor de una sección de tubo sin perforar de la tubería base 92 se encuentra una capa de material que puede dilatarse 102. La capa de material que puede dilatarse 102 se une a la tubería base 92 mediante unión u otra técnica adecuada. Dispuesto alrededor de la capa de material que puede dilatarse 102 , existe un sub-ensamble de recolección de fluido 104 que incluye una pluralidad de elementos tubulares perforados 106 que se distribuyen de manera circunferencial alrededor de la capa de material que puede dilatarse 102 y operan sustancialmente en la manera descrita en lo anterior con referencia a un sub-ensamble de recolección de fluido 104 . En la modalidad ilustrada, un medio de filtración 108 se ubica alrededor de cada uno de los elementos tubulares perforados 106 . El medio de filtración 108 debe incluir una envoltura de alambre o una o más capas de malla de alambre o fibra con varias capas de drenaje y capas de filtración, según se deseé. Este tipo de medio de filtración puede utilizarse en lugar de o además de un medio de filtración tal como el medio de filtración 62 o el elemento de tamiz 82 planteado en lo anterior. De manera alternativa o adicional, los materiales de filtración pueden colocarse dentro de los elementos tubulares perforados 106. Tales materiales de filtración pueden incluir esferas o microesferas únicas o múltiples de malla, acero o cerámica que pueden aglomerarse en elementos tubulares perforados 106, arena prellenada o cubierta con resina, combinaciones de los mismos y similares.

En ciertas modalidades, puede ser deseable permitir e impedir de forma selectiva el flujo a través de un ensamble de tamiz para control de arena de la presente invención, tal como el ensamble de tamiz para control de arena 90. En tales modalidades, una válvula u otro dispositivo de control de flujo puede colocarse en la trayectoria de flujo de fluido entre el exterior del ensamble de tamiz para control de arena 90 y la trayectoria de flujo interna 94. Por ejemplo, un manguito desplazable (no representado) puede asociarse de manera operativa con la tubería base 92 y las aberturas 96. El manguito desplazable puede disponerse internamente en la tubería base 92 dentro de la trayectoria de flujo interna 94 o puede disponerse de preferencia externo a la tubería base 92 dentro de la región anular 98. El manguito desplazable puede tener una posición abierta en donde se permite la entrada del flujo de fluido a través de aberturas 96 y una posición cerrada, en donde se impide el flujo de fluido a través de las aberturas 96. Además, la posición del manguito desplazable puede variar infinitamente, de modo que el manguito desplazable puede proporcionar una función de obstrucción. El manguito desplazable puede operarse mecánica, eléctrica, hidráulicamente o a través de cualquier otro medio adecuado .

Con referencia a la figura 6, se representa un ensamble de tamiz para control de arena en su configuración de funcionamiento que integra los principios de la presente invención y se designa en general con el número 120. El ensamble de tamiz para control de arena 120 incluye una sección de recolección de fluido 122, una sección de control de arena 124, una sección de separación de fluido 126, una sección de restricción de flujo 128 y una sección de entrada de fluido 130. El ensamble de tamiz para control de arena 120 incluye una tubería base 132 que define una trayectoria de flujo interna 134. En la sección de recolección de fluido 122 del ensamble de tamiz para control de arena 120, se dispone una capa de material que puede dilatarse 136 alrededor de una sección de tubo sin perforar de la tubería base 132 y se une a la misma mediante unión u otra técnica adecuada. Dispuesto alrededor de la capa de material que puede dilatarse 136, existe un sub-ensamble de recolección de fluido 138 que incluye una pluralidad de elementos tubulares perforados 140 que se distribuyen de manera circunferencial alrededor de la capa de material que puede dilatarse 136 y operan sustancialmente en la manera descrita en lo anterior con referencia a un sub-ensamble de recolección de fluido 50. La sección de control de arena 124 incluye un medio de filtración 142 que se ilustra como un medio de filtración de malla de alambre de múltiples capas que incluye varias capas de drenaje y capas de filtración dispuestas en serie.

La sección de separación de fluido 126 se configura en series con la sección de control de arena 124, de modo que el fluido debe pasar a través de la sección de control de arena 124 antes de entrar en la sección de separación de fluido 126. La sección de separación de fluido 126 incluye un alojamiento exterior 144 que define una cámara anular 146 con una sección no perforada de la tubería base 132. La sección de separación de fluido 126 también incluye un anillo de retención 148 que tiene una pluralidad de salidas 150 separadas de manera circunferencial en el mismo, diseñadas para proporcionar un pasaje de fluido desde la cámara 146 a la sección de restricción de flujo 128.

Uno o más miembros de bloqueo de flujo 152, representados como miembros esféricos o esferas se disponen dentro de la cámara 146 entre el anillo de retención 148 y el medio de filtración 142, cooperan con salidas 150 para restringir el flujo de cualquier porción no deseada de los fluidos de producción que entran en la sección de separación de fluido 126. Por ejemplo, en el caso de un fluido de producción que contiene tanto petróleo como agua, la densidad de los miembros 152 es tal que ciertas salidas 150 quedan bloqueadas por ciertos miembros 152 para cerrar u obstruir el flujo de agua a través de los mismos. Por lo tanto, cuando el fluido de producción es principalmente petróleo, los miembros 152 se ubicarán relativamente distantes de las salidas 150, por ejemplo, en el fondo de la cámara 146. Sin embargo, cuando existe una proporción suficiente de agua en el fluido de producción, los miembros 152 restringirán el flujo de agua al cerrar u obstruir el flujo a través de ciertas salidas 150.

La sección de restricción de flujo 128 se configura en serie con la sección de separación de fluido 126, de modo que el fluido debe pasar a través de la sección de separación de fluido 126 antes de entrar en la sección de restricción de flujo 128. La sección de restricción de flujo 128 incluye un alojamiento exterior 154 que se acopla de manera adecuada con o forma parte integral del alojamiento exterior 144 de la sección de separación de fluido 126. El alojamiento exterior 154 define una cámara anular 156 con una sección no perforada de la tubería base 132. Dispuesto dentro de la cámara 156 existe un controlador de índice de flujo 158. El controlador de índice de flujo 158 incluye uno o más pasajes tubulares 160 que proporcionan una ruta relativamente larga, estrecha y tortuosa para que los fluidos viajen dentro de la sección de restricción de flujo 128 y que proporciona una ruta más restrictiva que la trayectoria no restrictiva a través de la sección de separación de fluido 126. Como tal, la sección de restricción de flujo 128 puede operarse para restringir el índice de flujo de los fluidos de producción a través del ensamble de tamiz para control de arena 120.

Una vez que los fluidos de producción pasan a través del controlador de índice de flujo 158 de la sección de restricción de flujo 128, entran en una cámara anular 162 y, finalmente, entran en la trayectoria de flujo interior 134 de la tubería base 132 a través de las aberturas 164, las cuales se representan en forma de ranuras . Una vez dentro de la tubería base 132, los fluidos de producción fluyen a la superficie dentro de la sarta de tuberías.

La sección de separación de fluido 126 puede operarse en varios regímenes de flujo y con varias configuraciones de los miembros de bloqueo de flujo 152. Por ejemplo, los miembros 152 pueden tener una sola densidad y pueden diseñarse para bloquear un solo tipo de fluido no deseable, tal como agua o gas en una operación de producción de petróleo o pueden tener dos densidades y diseñarse para bloquear varios tipos de fluidos no deseados, tales como agua y gas en una operación de producción de petróleo. Asimismo, no necesariamente todos los miembros diseñados para bloquear cierto fluido no deseado tienen la misma densidad. En lugar de ello, los miembros en cada categoría tienen un margen de diferentes densidades, de modo que los miembros floten de manera neutral en diferentes densidades de fluidos de producción.

Aunque la figura 6 ha descrito una modalidad particular de una sección de separación de fluido, otros tipos de mecanismos de separación de fluido pueden utilizarse junto con los ensambles de tamiz para control de arena de la presente invención, tales como aquellos descritos en la Patente Estadounidense Número 7,185,706, y las Publicaciones de Solicitudes Estadounidenses Números US 2008-0041580 Al, US 2008-0041581 Al, US 2008-0041588 Al, y US 2008-0041582 Al, cada una de las cuales se incorpora en la presente para referencia para todos los propósitos. De manera similar, aunque la figura 6 ha descrito una modalidad particular de una sección de restricción de flujo, otros tipos de mecanismos de restricción de flujo pueden utilizarse junto con los ensambles de tamiz para control de arena de la presente invención, tales como aquellos descritos en las Patentes Estadounidenses Números 5,803,179, 6,857,476, 6,886,634, 6,899,176, 7,055,598, 7,096,945, y 7,191,833 y las Publicaciones de Solicitudes Estadounidenses Números US 2006-0042795 Al, US 2007-0039741 Al, US 2007-0246407 Al, US 2007-0246210 Al, y US 2007-0246213 Al, cada una de las cuales se incorpora en la presente para referencia para todos los propósitos .

Con referencia a la figura 7, se representa un ensamble de tamiz para control de arena en su configuración de funcionamiento que integra los principios de la presente invención y se designa en general con el número 170. El ensamble de tamiz para control de arena 170 incluye una tubería base 172 que define una trayectoria de flujo interna 174. La tubería base 172 tiene una pluralidad de aberturas 176 que permiten que el fluido pase a la trayectoria de flujo interna 174 desde una región anular 178 entre la tubería base 172 y el alojamiento exterior 180. Colocada alrededor de una porción sin perforar de la tubería base 172 se encuentra una capa de material que puede dilatarse 182. La capa de material que puede dilatarse 182 se une a la tubería base 172 mediante unión u otra técnica adecuada. De preferencia, el grosor de la capa de material que puede dilatarse 182 se optimiza con base en el diámetro del ensamble de tamiz para control de arena 170 y el diámetro del sondeo, de modo que, con la expansión, como se explica con mayor detalle en lo siguiente, se obtiene un contacto en esencia uniforme entre la capa de material que puede dilatarse 182 y un sub-ensamble de recolección de fluido 184 con la superficie del sondeo.

El sub-ensamble de recolección de fluido 184 incluye una pluralidad de elementos tubulares perforados 186 que operan en esencia en una manera descrita en lo anterior con referencia al sub-ensamble de recolección de fluido 50. De preferencia, los elementos tubulares perforados 186 se distribuyen de manera circunferencial alrededor de la porción del ensamble de tamiz para control de arena 170 que incluye una capa de material que puede dilatarse 182. Dispuesto alrededor de la porción perforada de la tubería base 172 y dentro de una región anular 178, existe un medio de filtración 188. El medio de filtración 188 puede comprender cualquier elemento o elementos de filtración mecánica adecuada y se representa como un tamiz de malla de fibra o alambre de múltiples capas diseñado para permitir que el fluido fluya a través del mismo, pero no permite que el flujo de materiales en partículas de un tamaño predeterminado pase a través del mismo.

El sub-ensamble de recolección de fluido 184 del ensamble de tamiz para control de arena 170 también incluye instrumentos y sistemas de comunicación que permiten obtener información relacionada con el yacimiento adyacente y transmitirla a la superficie sustancialmente en tiempo real, según se deseé. Como se ilustra, uno de los elementos tubulares perforados 186 se ha remplazado con un relleno electrónico 190 que incluye uno o más sensores. Los sensores pueden ser uno o más de los siguientes tipos de sensores, que incluyen sensores de presión, sensores de temperatura, sensores acústicos piezoeléctricos , medidores de flujo para determinar el índice de flujo, acelerómetros , sensores de resistividad para determinar el contenido de agua, sensores de velocidad, sensores de peso o cualquier otro sensor que mida una propiedad o parámetro físico del fluido en el fondo del pozo. Como se utiliza en la presente, el término sensor debe incluir cualquiera de estos sensores, así como cualquier otro tipo de sensores utilizados en ambientes en el fondo del pozo y los equivalentes para estos sensores. Por ejemplo, un sensor de fibra óptica de temperatura distribuida 192 se representa enrollado alrededor de un elemento tubular perforado 186. Los sensores pueden incluir o asociarse con un microprocesador para permitir la manipulación e interpretación de los datos del sensor y el procesamiento de instrucciones. De manera similar, los sensores pueden acoplarse con una memoria que proporciona información de almacenamiento para procesamiento o trasmisión posterior por lotes, si se desea. De manera importante, esta combinación de componentes proporciona control y operación localizados de otros componentes en el fondo del pozo, tales como un activador que puede asociarse con un dispositivo de control de flujo, un dispositivo de seguridad u otro dispositivo que pueda accionarse en el fondo del pozo. De manera alternativa o adicional, los datos del sensor pueden codificarse digitalmente y enviarse a la superficie utilizando técnicas eléctricas, ópticas, acústicas, electromagnéticas u otras técnicas de telemetría.

Aunque los ensambles de tamiz para control de arena de la presente invención se han descrito con un ensamble de recolección de fluido que canaliza los fluidos en una cámara o colector anular de recolección de fluido antes de entrar en la trayectoria de flujo interna de la tubería base, aquellos con experiencia en la técnica reconocerán que es posible utilizar de mantera alternativa otros tipos de técnicas de recolección de fluido. Con referencia a la figura 8A, se representa un ensamble de tamiz para control de arena en su configuración de funcionamiento que integra los principios de la presente invención y se designa en general con el número 200. El ensamble de tamiz para control de arena 200 incluye una tubería base 202 que define una trayectoria de flujo interna 204. La tubería base 202 tiene una pluralidad de aberturas 206. Ubicada alrededor de la tubería base 202 se encuentra una capa de material que puede dilatarse 208. La capa de material que puede dilatarse 208 se une a la tubería base 202 mediante unión u otra técnica adecuada. El ensamble de tamiz para control de arena 200 incluye un sub-ensamble de recolección de fluido que se distribuye de manera circunferencial alrededor de la capa de material que puede dilatarse 208 en una o más ubicaciones longitudinales y se representa como una pluralidad de entradas de fluido tipo pistón plegadizo 210. En la modalidad ilustrada, cada una de las entradas de fluido 210 incluye un miembro tubular 212 que tiene una pluralidad de perforaciones 214. Próximo a un punto central del miembro tubular 212 se encuentra un tubo de descarga 216 que se extiende de manera radial hacia adentro desde el miembro tubular 212 a través de una abertura en la capa de material que puede dilatarse 208 y la abertura 206 de tubería base 202. Las entradas de fluido 210 incluyen un medio de filtración que se dispone dentro del miembro tubular 212, el tubo de descarga 216 o ambos. Tal medio de filtración puede incluir esferas o microesferas únicas o múltiples de malla aglomerada o no aglomerada, acero o cerámica que pueden ser arena aglomerada, prellenada o cubierta con resina, combinaciones de las mismas y similares.

En una manera similar a la descrita en lo anterior, el ensamble de tamiz para control de arena 200 funciona en el fondo del pozo con la capa de material que puede dilatarse 208 en su configuración no expandida. Al contacto con el fluido de activación, tal como un fluido de hidrocarburo, agua o gas, como se describen en la presente, la capa de material que puede dilatarse 208 se expande de manera radial, como mejor se observa en la figura 8B, de modo que la superficie exterior de la capa de material que puede dilatarse 208 y los miembros tubulares 212 de las entradas de fluido 210 entran en contacto con la superficie del sondeo de agujero descubierto 218. Como se muestra, cuando la capa de material que puede dilatarse 208 se expande de manera radial, las entradas de fluido 210 giran hacia afuera de forma radial, como un pistón. Además de proporcionar soporte al yacimiento para impedir el derrumbe del yacimiento y ubicar puntos de entrada para fluidos del yacimiento en contacto con el yacimiento, en esta modalidad, las entradas de fluido 210 proporcionan una pluralidad de trayectorias sustancialmente directas para que los fluidos del yacimiento entren en la trayectoria de flujo interna 204 de la tubería base 202.

Aunque el ensamble de tamiz para control de arena 200 se ha descrito con entradas de fluido 210 formadas en la forma de una "T" , aquellos con experiencia en la técnica reconocerán que otras entradas de fluido con otras formas pueden utilizarse alternativamente y se consideran dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, como se observa mejor en la figura 9A, un ensamble de tamiz para control de arena 220 que incluye una tubería base 222 y una capa de material que puede dilatarse 224 tiene una pluralidad de entradas de fluido tipo pistón plegadizo 226 en forma de una "L" . Específicamente, las entradas 226 de fluido incluyen un miembro tubular 228 que tiene una pluralidad de perforaciones cubiertas por un medio de filtración 230 adecuado y un tubo de descarga 232 que se extiende de manera radial hacia adentro desde el miembro tubular 228 a través de una abertura en capa de material que puede dilatarse 224 y la abertura 234 de tubería base 222. De manera similar, como se observa mejor en la figura 9B, un ensamble de tamiz para control de arena 240 que incluye una tubería base 242 y una capa de material que puede dilatarse 244 tiene una pluralidad de entradas de fluido tipo pistón plegadizo 246 en forma de una "U" . Específicamente, las entradas de fluido 246 incluyen un miembro tubular 248 que tiene una pluralidad de perforaciones cubiertas por un medio de filtración 250 adecuado y un par de tubos de descarga 252 que se extienden de manera radial hacia adentro desde el miembro tubular 248 a través de una abertura en capa de material que puede dilatarse 244 y un par de aberturas 254 de tubería base 242. Además, como se observa mejor en la figura 9C, un ensamble 260 de tamiz para control de arena que incluye una tubería base 262 y una capa de material que puede dilatarse 264 tiene una pluralidad de entradas de fluido tipo pistón plegadizo 266 en forma de una "M" . Específicamente, las entradas de fluido 266 incluyen un miembro tubular 268 que tiene una pluralidad de perforaciones cubiertas por un par de medios de filtración 270 adecuados y tres tubos de descarga 272 que se extienden de manera radial hacia adentro desde el miembro tubular 268 a través de aberturas en la capa de material que puede dilatarse 264 y las aberturas 274 de tubería base 262. En consecuencia, puede observarse que las entradas de fluido que proporcionan una o más trayectorias directas para que los fluidos del yacimiento entren en una trayectoria de flujo interna de una tubería base pueden tener muchas formas o configuraciones, cada una de las cuales se considera dentro del alcance de la presente invención.

Aunque los ensambles de tamiz para control de arena 200, 220, 240, 260 se han descrito con entradas de fluido que giran de manera radial hacia afuera de forma similar a un pistón, aquellos con experiencia en la técnica reconocerán que pueden utilizarse otras técnicas para extender radialmente las entradas de fluido, las cuales se consideran dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, como se observa mejor en la figura 10A, un ensamble de tamiz para control de arena 280 que incluye una tubería base 282 y una capa de material que puede dilatarse 284 tiene una pluralidad de entradas de fluido flexibles 286 en forma de una "L" en la configuración de funcionamiento. Las entradas de fluido 286 incluyen un miembro tubular 288 que tiene una pluralidad de perforaciones 290 y un tubo de descarga 292 que se extiende de manera radial hacia adentro desde el miembro tubular 288 a través de una abertura en la capa de material que puede dilatarse 284 y la abertura 294 de tubería base 282. Un medio de filtración de un tipo planteado en lo anterior puede disponerse dentro del miembro tubular 288, el tubo de descarga 292 o ambos. Las entradas de fluido 286 también incluyen un par de juntas flexibles 296, 298 que mejoran la capacidad de que el miembro tubular 288 entre en contacto con el sondeo 300 cuando se activa la capa de material que puede dilatarse 284, como se observa mejor en la figura 10B.

A continuación, con referencia a la figura 11, se representa un ensamble de tamiz para control de arena en su configuración de funcionamiento que integra los principios de la presente invención y se designa en general con el número 310. El ensamble de tamiz para control de arena 310 incluye una tubería base 312 que define una trayectoria de flujo interna 314. La tubería base 312 tiene una pluralidad de aberturas 316. Ubicada alrededor de la tubería base 312 se encuentra una capa de material que puede dilatarse 318. La capa de material que puede dilatarse 318 se une a la tubería base 312 mediante unión u otra técnica adecuada. El ensamble de tamiz para control de arena 310 incluye un sub-ensamble de recolección de fluido que se distribuye de manera circunferencial alrededor de la capa de material que puede dilatarse 318 en una o más ubicaciones longitudinales y se representa como una pluralidad de entradas de fluido tipo pistón plegadizo 320. En la modalidad ilustrada, cada una de las entradas de fluido 320 incluye un miembro tubular 322 que tiene una pluralidad de perforaciones 324. Próximo a un punto central de cada uno de los miembros tubulares 322, se encuentra un tubo de descarga 326 que se extiende de manera radial hacia adentro desde el miembro tubular 322 a través de una abertura en la capa de material que puede dilatarse 318 y una de las aberturas 316 de tubería base 312. Las entradas de fluido 320 incluyen un medio de filtración que se dispone dentro del miembro tubular 322, el tubo de descarga 326 o ambos. El medio de filtración puede incluir cualquiera de los medios de filtración planteados en la presente, que incluyen esferas o microesferas de una sola capa o de múltiples capas de malla aglomerada o no aglomerada, acero o cerámica que pueden ser arena aglomerada, prellenada o cubierta con resina, combinaciones de las mismas y similares.

Cada entrada de fluido 320 incluye también un dispositivo de control de flujo de fluido 328 dispuesto dentro del tubo de descarga 326. Dependiendo de la operación deseada, el dispositivo de control de flujo de fluido 328 puede tener una variedad de formas. Por ejemplo, puede ser deseable impedir temporalmente el flujo de fluido a través de las entradas de fluido 320. En este caso, el dispositivo de control de flujo de fluido 328 puede ser un tapón que puede disolverse, removerse o cortarse formado de arena, sal, cera, aluminio, zinc o similares o puede ser un dispositivo activado por presión, tal como un disco de ruptura. Como otro ejemplo, puede ser deseable impedir la pérdida de fluido en el yacimiento durante operaciones a altas temperaturas en el interior del ensamble de tamiz para control de arena 310 en cuyo caso, el dispositivo de control de flujo de fluido 328 puede ser una válvula unilateral o una válvula de retención. En un ejemplo adicional, puede ser deseable controlar el índice de producción en el ensamble de tamiz para control de arena 310 en cuyo caso, el dispositivo de control de flujo de fluido 328 puede ser un dispositivo de control de afluencia, tal como una boquilla, un tubo de flujo, un orificio u otro restrictor de flujo. Como otro ejemplo, puede ser deseable controlar el tipo de fluido que entra al ensamble de tamiz para control de arena 3 10 , en cuyo caso, el dispositivo de control de flujo de fluido 328 puede ser un dispositivo de control de producción tal como una válvula que se cierra en respuesta al contacto con un fluido no deseado, tal como el agua. Tales válvulas pueden accionarse mediante un material que puede dilatarse, incluyendo los materiales planteados en lo anterior, fibras orgánicas, una celda osmótica o similares .

Con referencia a la figura 12 , se representa un ensamble de tamiz para control de arena en su configuración de funcionamiento que integra los principios de la presente invención y se designa en general con el número 330 . El ensamble de tamiz para control de arena 33 0 incluye una tubería base 332 y un manguito interior 334 que define una trayectoria de flujo interna 33 6 . La tubería base 332 tiene una pluralidad de aberturas 338 . Ubicada alrededor de la tubería base 332 se encuentra una capa de material que puede dilatarse 340 . La capa de material que puede dilatarse 340 se une a la tubería base 332 mediante unión u otra técnica adecuada. El ensamble de tamiz para control de arena 330 incluye un sub-ensamble de recolección de fluido que se distribuye de manera circunferencial alrededor de la capa de material que puede dilatarse 340 en una o más ubicaciones longitudinales y se representa como una pluralidad de entradas de fluido tipo pistón plegadizo 342. En la modalidad ilustrada, cada una de las entradas de fluido 342 incluye un miembro tubular 344 que tiene una pluralidad de perforaciones 346. Próximo a un punto central de cada uno de los miembros tubulares 344, se encuentra un tubo de descarga 348 que se extiende de manera radial hacia adentro desde el miembro tubular 344 a través de una abertura en la capa de material que puede dilatarse 340 y una de las aberturas 338 de tubería base 332. Las entradas de fluido 342 incluyen un medio de filtración que se dispone dentro del miembro tubular 344, el tubo de descarga 348 o ambos. El medio de filtración puede incluir cualquiera de los medios de filtración planteados en la presente, que incluyen esferas o microesferas de una sola capa o de múltiples capas de malla aglomerada o no aglomerada, acero o cerámica que pueden ser arena aglomerada, prellenada o cubierta con resina, combinaciones de las mismas y similares .

Dispuesto entre la tubería base 332 y el manguito 334 existe un par de dispositivos 350, 352 de control de flujo de fluido. Como se describe en lo anterior, dependiendo de la operación deseada, los dispositivos de control de flujo de fluido 350, 352 pueden tomar una variedad de formas que incluyen cualquier combinación de tapones que pueden disolverse, removerse o cortarse, un disco de ruptura, una válvula unilateral, una válvula de retención, una boquilla, un tubo de flujo, un orificio u otro restrictor de flujo, una válvula que se cierra en respuesta al contacto con un fluido no deseado y similares. En ciertas modalidades, el manguito 334 se remueve mediante medios mecánicos o químicos, de modo que, si se desea, la operación de los dispositivos de control de flujo de fluido 350, 352 puedan deshabilitarse.

Con referencia a la figura 13A, se representa un ensamble de tamiz para control de arena en su configuración de funcionamiento que integra los principios de la presente invención y se designa en general con el número 360. El ensamble de tamiz para control de arena 360 incluye una tubería base 362, como mejor se observa en la figura 14A, que define una trayectoria de flujo interna 364. La tubería base 362 tiene una pluralidad de aberturas 366 que permiten que el fluido pase entre el exterior de la tubería base 362 y la trayectoria 364 de flujo interna. Ubicada alrededor de la tubería base 362 se encuentra una capa de material que puede dilatarse 368. La capa de material que puede dilatarse 368 se une a la tubería base 362 mediante unión u otra técnica adecuada. La capa de material que puede dilatarse 368 tiene una pluralidad de aberturas 370 que permite que el fluido producido a través de las secciones 372 de tamiz entren en la trayectoria de flujo interna 364. Las secciones de tamiz 372 pueden formarse a partir de una variedad de medios de filtración, como se plantea en la presente y se ilustra con una pluralidad de capas de malla de alambre o fibra que incluyen capas de drenaje y capas de filtración, así como también una cubierta exterior perforada. De preferencia, el grosor de la capa de material que puede dilatarse 368 se optimiza con base en el diámetro del ensamble de tamiz para control de arena 360 y el diámetro del sondeo 374, de modo que, con la expansión, como se explica con mayor detalle en lo siguiente, se obtiene un contacto en esencia uniforme entre la capa de material que puede dilatarse 368 y las secciones 372 de tamiz con la superficie 374 del sondeo, como mejor se observa en las la figura 13B y la figura 14B.

Además de proporcionar una trayectoria para que los fluidos del yacimiento entren en la trayectoria de flujo interna, el ensamble de tamiz para control de arena 360 proporciona soporte al yacimiento para impedir el derrumbamiento del mismo. De manera específica, la forma y configuración de las secciones de tamiz 372 hace que la superficie exterior del ensamble de tamiz para control de arena 360 sea particularmente adecuado, lo que mejora el contacto entre el ensamble de tamiz para control de arena 360 y el yacimiento con la expansión radial de la capa de material que puede dilatarse 368.

Con referencia a la figura 15A, se representa un ensamble de tamiz para control de arena en su configuración de funcionamiento que integra los principios de la presente invención y se designa en general con el número 380. El ensamble de tamiz para control de arena 380 incluye una tubería base 382 que define una trayectoria de flujo interna 384 y una pluralidad de aberturas 386 que permiten que el fluido pase entre el exterior de la tubería base 382 y la trayectoria de flujo interna 384. Dispuesto alrededor de la tubería base 382, existe un medio de filtración 388. Como se ilustra, el medio de filtración 388 incluye una cubierta perforada exterior, unas capas de drenaje exterior e interior que tienen una malla de alambre relativamente gruesa con una capa de filtración dispuesta entre las mismas, la cual tiene una malla relativamente fina. Ubicada alrededor de la tubería base 382 se encuentra una capa de material que puede dilatarse 390. La capa de material que puede dilatarse 390 se une a al medio de filtración 388 mediante unión u otra técnica adecuada. Como se ilustra, la capa de material que puede dilatarse 390 incluye una pluralidad de bandas 392 que se extienden de manera circunferencial alrededor de 360 grados de la tubería base 382 . En esta configuración, la capa de material que puede dilatarse 390 proporciona aislamiento completamente alrededor de múltiples secciones del medio de filtración 388 con la activación de la capa de material que puede dilatarse 390 , como se observa mejor en la figura 15B, que coloca la capa de material que puede dilatarse 390 en contacto con el yacimiento. En esta configuración, el uso de rellenos u otros dispositivos de sellado en conjunto con uno o más ensambles de tamiz para control de arena 380 puede reducirse o eliminarse.

Aunque esta invención se ha descrito con referencia a modalidades ilustrativas, esta descripción no pretende interpretarse en un sentido limitante. Varias modificaciones y combinaciones de las modalidades ilustrativas, así como también otras modalidades de la invención, resultarán aparentes para personas con experiencia en la técnica con referencia a la descripción. Por lo tanto, se pretende que las reivindicaciones anexas abarquen cualesquiera de estas modificaciones o modalidades.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo descrito en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un ensamble de tamiz para control de arena que puede ubicarse de manera operativa dentro de un sondeo, el ensamble de tamiz para control de arena caracterizado porque comprende: una tubería base que tiene por lo menos una abertura en una porción lateral de la misma, una sección de tubo sin perforar y una trayectoria de flujo interna; una capa de material que puede dilatarse dispuesta en el exterior de la sección de tubo sin perforar de la tubería base; un sub-ensamble de recolección de fluido dispuesto en el exterior de la capa de material que puede dilatarse y en comunicación fluida con la trayectoria de flujo interna a través de la abertura; y un medio de filtración asociado de manera operativa con el ensamble de tamiz para control de arena y dispuesto en una trayectoria de fluido entre el exterior del ensamble de tamiz para control de arena y la trayectoria de flujo interna; en donde, en respuesta al contacto con un fluido de activación, la expansión radial de la capa de material que puede dilatarse hace que por lo menos una porción del sub-ensamble de recolección de fluido se desplace hacia una superficie del sondeo.

2. El ensamble de tamiz para control de arena de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el sub-ensamble de recolección de fluido además comprende una pluralidad de elementos tubulares perforados distribuidos de manera circunferencial .

3. El ensamble de tamiz para control de arena de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el medio de filtración se deposita en el interior del sub-ensamble de recolección de fluido.

4. El ensamble de tamiz para control de arena de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el medio de filtración se dispone corriente abajo del sub-ensamble de recolección de fluido.

5. El ensamble de tamiz para control de arena de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza además porque comprende un elemento de tamiz dispuesto en el exterior del sub-ensamble de recolección de fluido y la capa de material que puede dilatarse.

6. El ensamble de tamiz para control de arena de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el fluido de activación es por lo menos uno de un fluido de hidrocarburos , agua y gas .

7. El ensamble de tamiz para control de arena de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza además porque comprende por lo menos un dispositivo de control de fluido de flujo dispuesto en la trayectoria de fluido entre el exterior del ensamble de tamiz para control de arena y la trayectoria de flujo interna.

8. Un método para instalar un ensamble de tamiz para control de arena en un pozo, el método caracterizado que comprende : poner en funcionamiento el ensamble de tamiz para control de arena a una ubicación objetivo dentro del sondeo, el ensamble de tamiz para control de arena tiene un sub-ensamble de recolección de fluido que se dispone en el exterior de una capa de material que puede dilatarse dispuesta en el exterior de una sección de tubo sin perforar de una tubería base; poner en contacto la capa de material que puede dilatarse con un fluido de activación; expandir de manera radial la capa de material que puede dilatarse en respuesta al contacto con el fluido de activación; y desplazar por lo menos una porción del sub-ensamble de recolección de fluido hacia una superficie del sondeo en respuesta a la expansión radial de la capa de material que puede dilatarse.

9. El método de conformidad con la reivindicación 8, se caracteriza porque la etapa de expandir radialmente la capa de material que puede dilatarse en respuesta al contacto con el fluido de activación además comprende poner en contacto la capa de material que puede dilatarse con por lo menos uno de un fluido de hidrocarburos , agua y gas .

10. El método de conformidad con la reivindicación 8, se caracteriza porque la etapa de desplazar por lo menos una porción del sub-ensamble de recolección de fluido hacia una superficie del sondeo en respuesta a la expansión radial de la capa de material que puede dilatarse además comprende colocar por lo menos una porción del sub-ensamble de recolección de fluido en contacto con el sondeo en respuesta a la expansión radial de la capa de material que puede dilatarse.