MX2011005762A - Metodos y sistemas para caracterizar obturacion de particulas de lcm y reologia en tiempo real. - Google Patents

Abstract

Se describen métodos y sistemas para caracterizar fluidos de perforación cargados con LCM (Material de Circulación Perdida). Se proporciona una celda de prueba (106) para analizar un fluido con una porción interior cónica (306) y un dispositivo de colocación axial (304) colocado a lo largo de un eje de la celda de prueba. Un obturador cónico (302) se acopla al dispositivo de colocación axial y puede moverse dentro y fuera de la porción interior cónica a lo largo del eje de la celda de prueba. Se coloca una entrada de fluido en una primera ubicación en la celda de prueba y una salida de fluido en una segunda ubicación.

Description

MÉTODOS Y SISTEMAS PARA CARACTERIZAR OBTURACIÓN DE PARTÍCULAS DE LCM Y REOLOGÍA EN TIEMPO REAL CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a métodos y sistemas para caracterización de material y más particularmente, a métodos y sistemas para caracterizar fluidos de perforación cargados con LCM (Material de Circulación Perdida) y otros materiales sólidos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las operaciones de perforación juegan un papel importante cuando se desarrollan pozos de petróleo, gas o agua o cuando se extraen minerales y similares. Durante las operaciones de perforación, una barrena de perforación pasa a través de varias capas de estratos terrestres conforme desciende a una profundidad deseada. Los · fluidos de perforación comúnmente se emplean durante las operaciones de perforación y realizan varias funciones importantes que incluyen, pero no se limitan a, remover los sedimentos de la perforación desde el pozo hasta la superficie, controlar las presiones del yacimiento, sellar los yacimientos permeables, minimizar el daño al yacimiento, y enfriar y lubricar la barrena de perforación.

Cuando la barrena de perforación pasa a través de estratos fracturados o huecos porosos tales como arena, grava, esquisto, piedra caliza, y similares, la presión hidrostática causada por la columna vertical del fluido de perforación excede la capacidad del yacimiento terrestre circundante para soportar esta presión. En consecuencia, parte del fluido de perforación se pierde en el yacimiento y no regresa a la superficie. Esta pérdida puede ser desde una porción de la fracción hasta una pérdida total del volumen de fluido de perforación circulante total. Esta condición generalmente se conoce en la técnica como Circulación Perdida. El no controlar la Circulación Perdida incrementa el costo de perforación y puede dañar las capacidades de producción del yacimiento.

La práctica general es agregar cualquier número de materiales al fluido de perforación que actúen para reducir o prevenir el flujo saliente del fluido de perforación en un estrato poroso y/o fracturado por lo que se reduce o se previene la Circulación Perdida. Los materiales utilizados en este proceso comúnmente se denominan como Materiales de Circulación Perdida ( "LCM" ) . Algunos materiales típicamente utilizados como LCM incluyen, pero no se limitan a, fibra de madera, palomitas de maíz, paja, fragmentos de corteza, corcho triturado, mica, minerales triturados y dimensionados y similares.

Con el fin de entender mejor el rendimiento de un fluido de perforación cargado con LCM y/u otros materiales sólidos en el campo, puede ser deseable caracterizar y estudiar el fluido de perforación. Actualmente, tales pruebas se realizan en el campo. La prueba de campo actualmente se centra en el dispositivo de filtración de HTHP configurado para el estándar API. En este dispositivo el usuario puede seleccionar medios porosos de diferentes tamaños de huecos porosos. En algunos casos, se ha utilizado una placa plana con espacios libres ranurados . Sin embargo, la realización de tales pruebas en el campo tiene varias desventajas.

Una desventaja del procedimiento actual es que el fluido de perforación no puede analizarse en detalle ya que el análisis se limitará al equipo existente tal como los anchos de ranura y ángulos existentes. Además, la realización de tal análisis en el campo puede ser costosa y exige mucho tiempo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Algunas modalidades ejemplares específicas de la descripción pueden entenderse al referirse, en parte, a la siguiente descripción y a las figuras anexas.

La Figura 1 es un sistema de caracterización de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención.

La Figura 2A, la Figura 2B, la Figura 2C, la Figura 2D, la Figura 2E, y la Figura 2F representan las etapas para preparar un fluido de perforación de muestra.

La Figura 3 es una celda de prueba de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención.

La Figura 4 es una vista alargada de un obturador formado en una celda de prueba de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención.

La Figura 5 representa una representación gráfica de la simulación de algunos datos de prueba esperados de una celda de prueba de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención.

La Figura 6 representa una celda de prueba de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención.

La Figura 7 representa una celda de prueba de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención.

La Figura 8 representa una celda de prueba de acuerdo con una modalidad ejemplar de la presente invención.

Aunque modalidades de esta descripción se han representado y descrito y se definen por referencia a modalidades ejemplares de la descripción, tales referencias no implican una limitación sobre la descripción, y no se inferirá tal limitación. La materia objeto descrita tiene capacidad de modificación considerable, alteración, y equivalentes en forma y función, como se presentará a aquellos con experiencia en la técnica pertinente y que tienen el beneficio de esta descripción. Las modalidades representadas y descritas de esta descripción son ejemplos solamente, y no son exhaustivas del alcance de esta descripción .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a métodos y sistemas para caracterización de material y más particularmente, a métodos y sistemas para caracterizar fluidos de perforación cargados con LCM (Material de Circulación Perdida) y otros materiales sólidos.

En una modalidad, la presente invención se dirige a un sistema de caracterización que comprende un sistema mezclador de prueba piloto; un sistema de separación de LCM acoplado al sistema mezclador piloto; y una celda de prueba acoplada al sistema de separación de LCM.

En otra modalidad ejemplar, la presente invención se dirige a una celda de prueba para analizar un fluido que comprende: una primera porción interior cónica, un dispositivo de colocación axial colocado a lo largo de un eje de la celda de prueba, un primer obturador cónico acoplado al dispositivo de colocación axial; en donde el primer obturador cónico puede moverse dentro y fuera de la primera porción interior cónica a lo largo del eje de la celda de prueba; una entrada de fluido en una primera ubicación en la celda de prueba; y una salida de fluido en una segunda ubicación en la celda de prueba.

En otra modalidad ejemplar, la presente invención se dirige a un método para medir la reología de un primer fluido que comprende: pasar el primer fluido a través de un espacio libre formado entre un obturador cónico y una porción cónica de una celda de prueba; medir una caída de presión a lo largo del espacio libre; utilizar la medición de caída de presión para determinar una tensión de esfuerzo cortante; medir el índice de flujo del primer fluido a través del espacio libre; utilizar la medición de índice de flujo y la geometría de flujo para determinar un índice de esfuerzo cortante promedio; y predecir los parámetros de modelo reológico del primer fluido utilizando la tensión de esfuerzo cortante y el índice de esfuerzo cortante promedio.

En otra modalidad ejemplar, la presente invención se dirige a un método para optimizar la eficiencia de sellado que comprende: crear un espacio libre entre un obturador cónico y una porción cónica en una celda de prueba; en donde el ancho de espacio libre simula un ancho de fractura; hacer fluir un primer fluido a través del espacio libre; determinar la eficiencia de sellado del primer fluido, despejar el espacio libre; hacer fluir un segundo fluido a través del espacio libre; determinar la eficiencia de sellado del segundo fluido; y determinar cuál del primer fluido y el segundo fluido es más efectivo para sellar el espacio libre. En una modalidad ejemplar, la presente invención se dirige a un método para optimizar la eficiencia de sellado que comprende: crear un espacio libre entre un obturador cónico y una porción cónica en una celda de prueba; en donde el ancho de espacio libre simula un ancho de fractura; hacer fluir un primer fluido a través del espacio libre; determinar la eficiencia de sellado del primer fluido; hacer fluir un segundo fluido a través del espacio libre; determinar la eficiencia de sellado de una mezcla del primer fluido y el segundo fluido; y determinar si el segundo fluido mejoró la eficiencia de sellado del primer fluido.

En otra modalidad ejemplar, la presente invención se dirige a un método para determinar un margen de rendimiento óptimo para un fluido que comprende: crear un espacio libre entre un obturador cónico y una porción cónica en una celda de prueba; hacer fluir un fluido a través del espacio libre; determinar la eficiencia de sellado del fluido mientras se cambia el ancho de espacio libre; identificar un margen de anchos de espacio libre de rendimiento óptimo para el fluido de perforación.

Las características y ventajas de la presente descripción serán fácilmente aparentes para aquellos expertos en la técnica con una lectura de la descripción de las modalidades ejemplares, la cual prosigue.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona generalmente a métodos y sistemas para caracterización de material y más particularmente, a métodos y sistemas para caracterizar fluidos de perforación cargados con LCM (Material de Circulación Perdida) y otros materiales sólidos.

La Figura 1 representa un sistema de caracterización 100 de acuerdo con una modalidad de la presente invención. En una modalidad ejemplar, el sistema de caracterización 100 comprende un sistema de Mezclador de Prueba Piloto 102 (PTM) , un sistema de Separación de LCM 104 acoplado al sistema de PTM 102 y una celda de prueba 106, acoplada al sistema de Separación de LCM 104. Como se apreciará por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, dos componentes se consideran acoplados entre sí cuando un fluido puede fluir desde uno hasta el otro. Además, el acoplamiento no requiere que los componentes se conecten directamente .

La Figura 2A, la Figura 2B, la Figura 2C, la Figura 2D, la Figura 2E, y la Figura 2F representan la operación del sistema de PTM 102 donde se prepara el fluido de perforación que va a analizarse. El sistema de PTM 102 proporciona la adición y mezcla de cantidades conocidas de productos de LCM al fluido de perforación. El sistema de PTM 102 comprende una artesa de mezcla 202 donde se prepara la mezcla de fluido de perforación. Como se representa en la Figura 2A, una bomba de suministro de lodo 204 primero agrega el lodo de perforación a la artesa de mezcla 202. Una vez que se agrega el lodo de perforación a la artesa de mezcla 202 (Figura 2B) , la artesa de mezcla 202 se coloca en posición para la adición de diferentes productos desde las unidades de almacenamiento de producto 206, 208, 210. El Producto 1 (206), el Producto 2 (208) y el Producto 3 (210) se agregan a la artesa de mezcla 202 como se representa en la Figura 2C, Figura 2D y Figura 2E, respectivamente. Aunque los tres productos se representan como agregados a la artesa de mezcla 202, como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, uno o más productos pueden agregarse al lodo de perforación dependiendo del fluido de perforación que se analiza. Además, en una modalidad, pueden no existir productos agregados al lodo de perforación con el fin de analizar el lodo de perforación mismo. Los Productos 1 , 2 y 3 pueden ser LCM u otros materiales adecuados para la adición al lodo de perforación.

Una vez que se agregan todos los productos a la artesa de mezcla 202 , un dispositivo de cierre 212 cierra la artesa de mezcla 202 y mezcla los contenidos en la misma, preparando una mezcla de fluido de perforación deseada en la artesa de mezcla 202 . Cada una de la bomba de suministro de lodo 204 y las unidades de almacenamiento de producto ( 206 , 208 , 210 ) se pueden acoplar en efecto de manera removible a la artesa de mezcla 202 y pueden acoplarse a la artesa de mezcla 202 para la adición de materiales y después removerse. Similarmente, el dispositivo de cierre 212 se puede conectar de manera removible a la artesa de mezcla 202 y puede removerse desde ahí una vez que se ha realizado la operación de mezcla. Una bomba 112 entonces puede utilizarse para distribuir la mezcla de fluido de perforación desde la artesa de mezcla 202 hasta la celda de prueba 106 . En una modalidad, una bomba de desplazamiento positivo puede utilizarse para distribuir la mezcla de fluido de perforación hasta la celda de prueba 106 .

La Figura 3 representa una vista alargada de la celda de prueba 106 la cual es donde realmente se realizan las mediciones. La celda de prueba 106 comprende un obturador cónico 302 acoplado a un dispositivo de colocación axial 304 . El dispositivo de colocación axial 304 puede utilizarse para colocar de manera axial el obturador cónico 302 en una porción cónica 306 formada por las paredes de celda de prueba 308 . El espacio libre entre el obturador cónico 302 y la pared de celda de prueba 308 simula un ancho de fractura. Diferentes anchos de fractura pueden simularse al mover el obturador cónico 302 dentro y fuera de la porción cónica 306 en la dirección indicada por la flecha 310 . Además de simular el ancho de fractura, la geometría de la pared de celda de prueba 308 puede especificarse para simular un ángulo de fractura particular deseado. En consecuencia, el obturador cónico 302 y la pared de celda de prueba 308 pueden utilizarse para simular un margen de anchos de fractura y ángulos que proporciona la capacidad de analizar el fluido de perforación utilizando una ranura de ancho variable. Dicho de otra manera, la variabilidad del ancho de ranura permite que uno caracterice la obturación y conexión de los productos de LC a través de una variedad de anchos de fractura seleccionables por un usuario. La celda de prueba también comprende una entrada de fluido 312 y una salida de fluido 314 . En una modalidad, una escobilla 316 u otro dispositivo de limpieza puede acoplarse al dispositivo de colocación axial 304 . El dispositivo de limpieza puede comprender una o más escobillas o esponjas. Alternativamente, pueden utilizarse dispositivos de limpieza ultrasónica o chorros de material de limpieza para limpiar las paredes de la celda de prueba 308 . Otro dispositivo de limpieza puede colocarse de manera que limpie el obturador 302 . La escobilla 316 puede utilizarse para limpiar la celda de prueba 106 . Después de cada secuencia de prueba, el dispositivo de colocación axial 304 puede utilizarse para mover la escobilla 316 y realizar una serie de ciclos de cepillado y enjuague para limpiar la celda de prueba 106 . Como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, un número de diferentes materiales puede utilizarse durante el ciclo de enjuague dependiendo del fluido de perforación que se somete a prueba. En una modalidad, pueden utilizarse aceite base o agua para enjuagar la celda de prueba 106 . Los materiales removidos de la celda de prueba 106 se transfieren a un contenedor de desperdicios 118 .

Regresando ahora a la Figura 1 , en una modalidad el fluido de prueba se bombea a través de la celda de prueba 106 en un índice constante mientras se mide la presión diferencial a través de la fractura simulada en 108 . Como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, la presión diferencial puede medirse en un número de formas, que incluyen, pero no se limitan a, transductores de presión que pueden utilizarse en pares de transductores de presión diferencial. En otra modalidad ejemplar, el fluido de perforación puede analizarse al establecer la presión diferencial y controlar el índice de flujo hasta que ocurra la obturación. En una modalidad, una bomba de desplazamiento positivo 110 puede utilizarse para controlar el flujo del fluido de perforación a través de la celda de prueba 106. Aunque la Figura 1 representa una bomba de desplazamiento positivo 110 configurada como una bomba de infusión, como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, puede utilizarse cualquier bomba de desplazamiento positivo capaz de operar al margen de presión de prueba deseado.

La Figura 4 representa una obturación y conexión de partículas simuladas en una celda de prueba 106 de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Conforme el fluido de perforación pasa a través de la celda de prueba 106, los sólidos de LCM que conectan y obturan 402 la fractura simulada en la porción cónica 306 entre el obturador cónico 302 y la pared de celda de prueba 308 pueden formar un sello en cualquier parte a lo largo de la trayectoria de flujo. En el modo de ranura paralela, donde las paredes que definen la ranura son sustancialmente paralelas entre sí, la mayor parte de la obturación es probable que ocurra en o muy cerca de la entrada de fractura simulada. En contraste, en el modo de ranura cónica, donde las paredes que definen la ranura forman una ranura ahusada, la ubicación de iniciación de obturación podría encontrarse en cualquier parte a lo largo de la pared de celda de prueba cónica 308, dependiendo de la Distribución de Tamaño de Partícula. Como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, en el modo de ranura ahusada, pueden utilizarse métodos ultrasónicos para determinar las eficiencias de conexión y sellado a lo largo de la trayectoria de fractura simulada, si se desea.

La Figura 5 representa una representación gráfica de la simulación de algunos datos de prueba esperados de la celda de prueba 106. La gráfica 500 representa tres diferentes escenarios de anchos de espacio libre etiquetados como Ancho de Espacio Libre 1 a Ancho de Espacio Libre 3 basados en el cambio de la presión diferencial con el tiempo. La curva del Ancho de Espacio Libre 1 representa un escenario donde la fractura se obtura rápidamente y el flujo de fluido a través de la fractura se corta completamente. La curva de Ancho de Espacio Libre 2 representa un escenario donde la fractura se obtura más lentamente, pero lo hace eventualmente . Finalmente, en la curva etiquetada como Ancho de Espacio Libre 3, el flujo continúa y la fractura no se obtura. La gráfica sugiere que el fluido fue tratado lo suficiente para obturar el Ancho de Espacio Libre 1. Debido a que si se obturó el Ancho de Espacio Libre 2 pero requirió más volumen, la concentración del tamaño de partícula ideal fue menor pero aún en una concentración suficiente para permitir la obturación. Por lo tanto, podría establecerse la disponibilidad de partículas requerida.

En una modalidad, la celda de prueba 106 puede utilizarse para proporcionar una prueba in situ y en tiempo real de varias mezclas de producto para optimizar la eficiencia de sellado. Como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, una mezcla tiene una alta eficiencia de sellado si puede sellar una fractura rápidamente y/o con la menor cantidad de materiales de LCM. Dicho de otra manera, la estructura de fractura simulada de la celda de prueba puede utilizarse como un mecanismo de prueba piloto para minimizar la pérdida de fluido y optimizar el uso de producto de LCM. Los métodos y sistemas descritos en la presente permiten una determinación de la eficiencia de sellado de un fluido de perforación como una función de ancho de fractura basada en factores que incluyen, pero no se limitan a, el índice de sellado y la pérdida de fluido total por un período de tiempo fijo. La celda de prueba 106 primero puede utilizarse en el modo de optimización por lo que determina la mejor solución para un ancho de fractura dado. Específicamente, el ancho de espacio libre en la celda de prueba 106 puede configurarse para simular un ancho de fractura particular. Un primer fluido de perforación entonces se pasa a través del espacio libre y se determina la eficiencia de ese fluido de perforación para sellar el espacio libre. A continuación, después de despejar el espacio libre, un segundo fluido de perforación se pasa a través del espacio libre y se determina su eficiencia de sellado. Los resultados entonces se comparan para determinar cuál del primer o segundo fluido de perforación se desempeñó más eficientemente para obturar el espacio libre. Como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, la eficiencia de sellado de un fluido de perforación puede determinarse al determinar el índice y al final el volumen del fluido de perforación requerido para pasar a través de la geometría antes de que ocurra el sellado, con un volumen más pequeño que indica una mayor eficiencia de sellado. Las mismas etapas pueden repetirse con el fin de comparar la eficiencia de sellado de un número de diferentes fluidos de perforación para un ancho de espacio libre particular. La solución entonces puede someterse a prueba en anchos de fractura simulados más amplios y más estrechos para determinar un margen de rendimiento óptimo para una solución particular, por lo que se minimiza la incertidumbre de rendimiento.

En una modalidad alternativa, el espacio libre no se despeja después de que el primer fluido de perforación se pasa a través del mismo. En su lugar, después de determinar la eficiencia de sellado del primer fluido de perforación, se pasa un segundo fluido de perforación a través del espacio libre. La eficiencia de sellado de la mezcla del primer fluido de perforación y el segundo fluido de perforación entonces se mide para determinar si la adición del segundo fluido de perforación ha mejorado la eficiencia de sellado del primer fluido de perforación.

En otra modalidad ejemplar, la celda de prueba 106 puede utilizarse para medir la reología del fluido de perforación. Como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, una descripción invariante de las propiedades de flujo de un fluido reológicamente complejo requiere mediciones en un flujo estable o viscométrico . Existen tres clases de flujo viscométrico que incluyen: (1) flujo a través de un tubo circular (Poiseuille) , (2) flujo a través de una ranura delgada o axialmente entre cilindros concéntricos (Poiseuille Plano), y ( 3 ) flujo entre cilindros rotativos coaxialmente concéntricos (Couette) . En una modalidad, la presente invención se dirige a evaluar la reología de un fluido de LCM a partir de las mediciones en la clase de Poiseuille Plano utilizando fórmulas conocidas por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, para calcular el índice de esfuerzo cortante nominal y tensión de esfuerzo cortante a partir del índice de flujo y el gradiente de presión.

En este modo de operación, la configuración del obturador cónico 302 , la porción cónica 306 y el ancho de ranura variable creada proporciona los componentes fundamentales de un reómetro. En esta modalidad, la configuración de la celda de prueba 106 puede modificarse como se representa en la Figura 6 . La celda de prueba 600 de la configuración del reómetro puede tener una porción cónica más grande 606 y obturador cónico 602 y puede desearse una ubicación diferente para el transductor de presión diferencial 610 , como se representa en la Figura 6 . La tensión de esfuerzo cortante del sistema puede determinarse al medir la caída de presión a lo largo de la porción cónica 606 la cual simula una zona anular. Adicionalmente, el índice de flujo puede proporcionar de manera efectiva un índice de esfuerzo cortante promedio. Los valores resultantes del índice de esfuerzo cortante y tensión de esfuerzo cortante pueden utilizarse para generar datos para predecir los parámetros del modelo reológico del flujo geométrico similar a Viscosidad Plástica (PV) , Límite Elástico para el modelo de Bingham (YP) y los diferentes parámetros del modelo de Herschel-Bulkley (n (exponente de ley de potencia) , k (consistencia), y tauO (tensión de límite elástico)). El índice de esfuerzo cortante en la porción cónica 606 no es constante. Sin embargo, como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, puede ser adecuado proporcionar un método simple para proporcionar PV e YP de ingeniería de lodo básico, ya que las mediciones básicas para estos números se encuentran en mayores índices de tensión de esfuerzo cortante y pueden ser menos sensibles a las restricciones geométricas. Además, como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, el ángulo de ahusamiento puede configurarse para aproximarse a un índice de esfuerzo cortante constante.

En una modalidad, el sistema de caracterización 100 puede utilizarse para obtener reología de fluido tratado al comparar las caídas de presión de un fluido cargado con LCM con el fluido de separación de LCM. En operaciones típicas, los reómetros convencionales no pueden caracterizar el incremento de viscosidad de un fluido tratado con LCM debido a la intolerancia de estos reómetros a ciertos tamaños de partículas. De este modo, la comparación o relación de caída de presión, puede utilizarse para calcular un incremento de viscosidad efectivo debido a la carga de LCM basada en la siguiente suposición matemática: U*= Uf/Uo« Bf /B0«dpf/dpo donde U* es una relación de viscosidad sin dimensión; Uf representa la viscosidad del fluido tratado; Uo representa la viscosidad del fluido sin tratar; Bf representa la tensión de esfuerzo cortante del fluido tratado ; Bo representa la tensión de esfuerzo cortante para el fluido no tratado; dpf representa la caída de presión de un fluido tratado; y dp0 representa la caída de presión del fluido no tratado como medida en la celda de prueba. En una modalidad, la relación de la caída de presión de fluido tratado con la caída de presión de fluido no tratado puede utilizarse junto con el índice de esfuerzo cortante convencional, las mediciones de tensión de esfuerzo cortante del fluido no tratado para aproximarse a la reología de fluido tratado. La reología del fluido no tratado típicamente se mide por un viscosímetro FANN, disponible de Halliburton Energy Services de Duncan, Oklahoma. En este análisis, la tensión de esfuerzo cortante en cada índice de esfuerzo cortante del fluido no tratado simplemente se multiplica por U* para obtener los datos de tensión de esfuerzo cortante del fluido en ese índice de esfuerzo cortante. Estos datos entonces pueden procesarse en cualesquier parámetros de modelo reológico adecuados y utilizarse en ecuaciones hidráulicas. En consecuencia, el sistema descrito en la presente proporcionará datos reológicos en tiempo real de un fluido tratado necesarios para proporcionar cálculos hidráulicos para fluidos tratados con LCM que son todo excepto imposibles de medir en el campo con equipo convencional .

Adicionalmente, la celda de prueba 106 descrita en la presente proporciona la capacidad de medir la reología del fluido cargado con LCM con relación a aquella del fluido libre de partículas de LCM. La capacidad de caracterizar la reología de fluido tratado puede permitir que uno realice cálculos hidráulicos antes de la utilización de un fluido tratado. Esto puede asegurar que los fluidos tratados de mayor viscosidad no causen las excursiones de Densidad de Circulación Equivalente más allá del gradiente de fractura durante las aplicaciones de tratamiento o perforación normal.

En una modalidad ejemplar, el sistema de caracterización 100 de la presente invención puede colocarse en un sitio de equipo de perforación que permite el análisis de fluido de perforación antes de perforar a través de zonas problemáticas conocidas. Específicamente, el sistema de caracterización 100 puede probar de manera sistemática una serie de adiciones de producto antes de la exposición de fluido en una zona problemática conocida. En una modalidad, los tratamientos de prueba pueden seleccionarse en un número de formas, que incluyen, pero no se limitan a, utilizar software de Modelado de Sólidos de DFG disponible de Halliburton Energy Services de Duncan, Oklahoma. Una vez probado y verificado, el instrumento proporcionará datos para permitir recomendaciones de producto y concentración, por lo que proporciona soluciones en tiempo real de alta calidad para problemas de circulación perdida. En otra modalidad, los métodos de la presente invención pueden emplearse durante la mitigación de problemas. En esta modalidad, cuando se anticipa una zona problemática, varios escenarios de tratamiento pueden probarse para asegurar el tratamiento apropiado durante el proceso de perforación. Como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, parte del conocimiento previo de lo qué se espera, típicamente proviene de datos de pozos desplazados .

Aún en otra modalidad ejemplar, el sistema de caracterización 100 puede utilizarse para verificar si la carga de LCM actual es adecuada. En este modo de operación, la celda de prueba 106 puede probar el fluido de perforación en una condición recién recibida. Una vez que se prueba el fluido de perforación por la celda de prueba 106, se pasa a través del sistema de separación de LCM 104. El material de LCM entonces se filtra por el filtro 114 y se trasfiere a un contenedor de desperdicios 116. El lodo base que sale del filtro entonces puede pasarse nuevamente a la celda de prueba 106 para analizarse. En este modo de operación, el sistema de caracterización 100 puede utilizarse para cuantificar la eficiencia de obturación del tratamiento de LCM actual en comparación con el lodo base. En otra modalidad, una vez que el lodo base sale del filtro 114, se reenvía al sistema de mezcla de prueba piloto 102. El sistema de mezcla de prueba piloto 102 entonces puede introducir nuevos materiales de LCM en el lodo de perforación el cual entonces puede pasarse nuevamente a la celda de prueba 106 para comparar las características de diferentes tratamientos de LCM. Como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, el sistema de separación de LCM 102 puede limpiarse en un número de formas. En una modalidad, el sistema de separación de LCM 102 puede limpiarse por flujo inverso con un fluido base limpio.

Representada en la Figura 7 se encuentra una celda de prueba de acuerdo con otra modalidad ejemplar de la presente invención. En esta modalidad, la celda de prueba comprende dos obturadores cónicos 702 , 704 , acoplados a un dispositivo de colocación axial 708 . El primer obturador cónico 702 y el segundo obturador cónico 704 pueden encontrarse en diferentes ángulos de ahusamiento con relación a la pared de celda de prueba 706 . El dispositivo de colocación axial 708 puede utilizarse para mover el primer obturador cónico 702 y el segundo obturador cónico 704 juntos o de manera independiente. Una escobilla 710 puede utilizarse para limpiar la celda de prueba como se describe anteriormente con relación a la Figura 3. Esta modalidad permite que se realice la prueba en cualquier dirección que proporcione investigación de diferentes ángulos de fractura simulados.

La Figura 8 representa una celda de prueba de acuerdo con otra modalidad ejemplar de la presente invención. Un primer obturador cónico 802 y un segundo obturador cónico 804 se acoplan a un dispositivo de colocación axial 808 y se colocan para formar diferentes anchos de espacio libre con la pared de celda de prueba 806 . El dispositivo de colocación axial 808 puede utilizarse para mover el primer obturador cónico 802 y el segundo obturador cónico 804 juntos o de manera independiente. Como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, la simplicidad de esta configuración permite que un índice de bombeo rinda dos índices de esfuerzo cortante. En consecuencia, los resultados de reología pueden obtenerse utilizando una geometría fija. Una escobilla (no mostrada) puede utilizarse para limpiar la celda de prueba 800 como se describe anteriormente con relación a la Figura 3. Esta disposición proporciona una prueba simplificada de reología. En esta modalidad, dos diferentes presiones diferenciales 810, 812 pueden medirse en un índice de bombeo y el índice de bombeo puede fijarse para aproximarse al índice de esfuerzo cortante requerido. En una modalidad ejemplar, el efecto de reducción de esfuerzo cortante puede determinarse al comparar las relaciones de presión diferencial medidas en varios índices de bombeo.

En otra modalidad ejemplar (no mostrada) , puede agregarse un tercer obturador cónico a la configuración ilustrada en la Figura 8. El tercer obturador cónico proporciona un tercer ancho de espacio libre, de manera que con tres diferentes índices de bombeo constante se incrementa el margen de operación de las mediciones a nueve diferentes índices de esfuerzo cortante. La capacidad de manipular los anchos de espacio libre y los índices de flujo hace posible evaluar selectivamente un comportamiento reológico en un régimen de índice de esfuerzo cortante bajo en donde los viscoplásticos muestran su comportamiento de ,x tensión de límite elástico" y una amplia clase de fluidos de reducción de esfuerzo cortante muestran comportamiento "similar a Newtoniano" . Adicionalmente, como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, el comportamiento reológico puede evaluarse en un régimen de índice de esfuerzo cortante intermedio en donde se revelan detalles de la función de viscosidad dependiente del índice de esfuerzo cortante, y en el régimen "similar a Newtoniano superior". Además, como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, un amplio margen de índices de esfuerzo cortante mejora la caracterización del comportamiento de flujo y la probabilidad de definir el modelo reológico que mejor describa la reología de cualquier fluido que no obturará los espacios libres.

Esta modalidad ejemplar mejora la evaluación del parámetro de tensión de límite elástico el cual representa la tensión de esfuerzo cortante mínima requerida para iniciar un flujo de esfuerzo cortante y refleja la transición entre el comportamiento similar a sólido (elástico, Hookeano, etc.) y comportamiento similar a viscoso (Newtoniano, de reducción de esfuerzo cortante, etc.). Este parámetro es importante para definir el comportamiento de flujo de una clase de sistemas que muestra comportamiento viscoplástico, tal como ciertas formulaciones de lodos de perforación. Como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, un incremento de la tensión de límite elástico es seguido por incrementos en las viscosidades aparentes y pérdidas de presión anular. También se sabe bien que un incremento en la pérdida de presión anular es seguido por un incremento en la Densidad de Circulación Equivalente ( "ECD" ) . Por lo tanto, la tensión de límite elástico es particularmente importante para reducir las excursiones o alteraciones en "ECD" .

Como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, la ECD representa la presión hidráulica efectiva ejercida en la parte inferior del sondeo por los efectos combinados de la densidad del lodo y la pérdida de presión anular total que resulta de las pérdidas de fricción hidráulica generadas conforme el fluido de perforación circula a través de los canales anulares en la sarta de perforación. Como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, es deseable mantener un flujo laminar en los canales anulares de la sarta de perforación. Además, las pérdidas de fricción anular son altamente sensibles al valor de la tensión de límite elástico, con una tensión de límite elástico más inferior indicando una pérdida de presión anular total más baja. En consecuencia, una tensión de límite elástico más inferior reducirá la contribución de la pérdida de presión anular al valor de ECO. Además, como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, aunque la presente invención se describe como utilizando un obturador cónico, es posible utilizar un obturador que tenga una forma diferente en otra modalidad sin apartarse del alcance de la presente invención. Por ejemplo, el obturador puede comprender una serie de obturadores en forma de cuña y paredes de celda de prueba correspondientes .

Aunque la presente invención se discute en la presente en el contexto de fluidos de perforación, como puede apreciarse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, los métodos y sistemas de la presente invención pueden utilizarse para analizar otros fluidos. Además, como puede entenderse por aquellos con experiencia ordinaria en la técnica, con el beneficio de esta descripción, el sistema de caracterización 100 puede realizar uno o cualquier combinación de los modos de operación discutidos anteriormente. Por ejemplo, en una modalidad ejemplar, la celda de prueba 106 puede utilizarse en un modo combinado de operación por lo que proporciona una medición de reología del fluido tratado, así como optimización de fluido.

Por lo tanto, la presente invención se adapta bien para lograr las finalidades y ventajas mencionadas así como aquellas que son inherentes en la presente. Las modalidades particulares descritas anteriormente son ilustrativas solamente, ya que la presente invención puede modificarse y practicarse en formas diferentes pero equivalentes, aparentes para aquellos expertos en la técnica que tienen el beneficio de las enseñanzas de la presente. Además, no se pretenden limitaciones a los detalles de construcción o diseño mostrados en la presente, diferentes a las descritas en las siguientes reivindicaciones. Por lo tanto, es evidente que las modalidades ilustrativas particulares descritas anteriormente pueden alterarse o modificarse y todas las variaciones se consideran dentro del alcance y espíritu de la presente invención. Además, los térmicos en las reivindicaciones tienen su significado simple y ordinario a menos que se defina explícita y claramente lo contrario por el titular.

Claims (21)

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 sistema de caracterización caracterizado porque comprende : un sistema mezclador de prueba piloto; un sistema de separación de LCM acoplado al sistema mezclador piloto; y una celda de prueba acoplada al sistema de separación de LCM.

2. El sistema de caracterización de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el mezclador de prueba piloto comprende: una artesa de mezcla; una bomba de suministro de lodo que se puede acoplar de manera removible a la artesa de mezcla; una unidad de almacenamiento de producto que se puede acoplar de manera removible a la artesa de mezcla; y un dispositivo de cierre que se puede conectar de manera removible a la artesa de mezcla.

3. El sistema de caracterización de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el sistema de separación de LCM comprende: un filtro para remover materiales de LCM; y un contenedor de desperdicios acoplado al filtro.

4. El sistema de caracterización de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque la celda de prueba comprende : una porción cónica; un dispositivo de colocación axial que corre a través de la porción cónica; y un obturador acoplado al dispositivo de colocación axial ; en donde el dispositivo de colocación axial se puede operar para mover el obturador dentro y fuera de la porción cónica.

5. El sistema de caracterización de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el obturador es un obturador cónico .

6. Una celda de prueba para analizar un fluido caracterizada porque comprende: una primera porción interior cónica; un dispositivo de colocación axial colocado a lo largo de un eje de la celda de prueba; un primer obturador cónico acoplado al dispositivo de colocación axial; en donde el primer obturador cónico puede moverse dentro y fuera de la primera porción interior cónica a lo largo del eje de la celda de prueba; una entrada de fluido en una primera ubicación de la celda de prueba; y una salida de fluido en una segunda ubicación en la celda de prueba.

7. La celda de prueba de conformidad con la reivindicación 6, se caracteriza además porque comprende una escobilla acoplada al dispositivo de colocación axial.

8. La celda de prueba de conformidad con la reivindicación 6, se caracteriza además porque comprende una bomba de desplazamiento positivo, en donde la bomba de desplazamiento positivo controla el flujo de fluido a través de la celda de prueba.

9. La celda de prueba de conformidad con la reivindicación 6, se caracteriza además porque comprende: un segundo obturador cónico acoplado al dispositivo de colocación axial; en donde el segundo obturador cónico puede moverse dentro y fuera de una segunda porción interior cónica a lo largo del eje de la celda de prueba.

10. La celda de prueba de conformidad con la reivindicación 9, se caracteriza además porque comprende: un tercer obturador cónico acoplado al dispositivo de colocación axial; en donde el tercer obturador cónico puede moverse dentro y fuera de una tercera porción interior cónica a lo largo del eje de la celda de prueba.

11. La celda de prueba de conformidad con la reivindicación 10, se caracteriza porque cada uno del primer obturador cónico, el segundo obturador cónico y el tercer obturador cónico puede moverse de manera independiente por el dispositivo de colocación axial.

12. Un método para medir la reología de un primer fluido caracterizado porgue comprende: pasar el primer fluido a través de un espacio libre formado entre un obturador cónico y una porción cónica de la celda de prueba; medir una caída de presión a lo largo del espacio libre; utilizar la medición de caída de presión para determinar una tensión de esfuerzo cortante; , medir el índice de flujo del primer fluido a través del espacio libre; utilizar la medición del índice de flujo y la geometría de flujo para determinar un índice de esfuerzo cortante promedio; y predecir parámetros de modelo reológico del primer fluido utilizando la tensión de esfuerzo cortante y el índice de esfuerzo cortante promedio.

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, se caracteriza porque los parámetros del modelo reológico se seleccionan a partir de un grupo que consiste de: viscosidad plástica, punto de límite elástico del modelo de Bingham y los parámetros del modelo de Herschel-Bulkley.

14. El método de conformidad con la reivindicación 12, se caracteriza además porque comprende: pasar un segundo fluido a través de un espacio libre formado entre un obturador cónico y una porción cónica de la celda de prueba; medir una caída de presión a lo largo del espacio libre; utilizar la medición de caída de presión para determinar una tensión de esfuerzo cortante; medir el índice de flujo del segundo fluido a través del espacio libre; utilizar la medición del índice de flujo para determinar un índice de esfuerzo cortante promedio; predecir un modelo reológico del segundo fluido utilizando la tensión de esfuerzo cortante y el índice de esfuerzo cortante promedio; y comparar el modelo reológico del primer fluido y el segundo fluido.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, se caracteriza porque el primer fluido es un fluido cargado con LCM y el segundo fluido es un fluido libre de partículas de LCM.

16. Un método para optimizar la eficiencia de sellado caracterizado porque comprende: crear un espacio libre entre un obturador cónico y una porción cónica en una celda de prueba; en donde el ancho de espacio libre simula un ancho de fractura; hacer fluir un primer fluido a través del espacio libre; determinar la eficiencia de sellado del primer fluido de perforación; despejar el espacio libre; hacer fluir un segundo fluido a través del espacio libre; determinar la eficiencia de sellado del segundo fluido; y determinar cuál del primer fluido y el segundo fluido es más efectivo para sellar el espacio libre.

17. El método de conformidad con la reivindicación 16, se caracteriza porque determinar la eficiencia de sellado comprende identificar el volumen de un fluido requerido para sellar el espacio libre.

18. Un método para optimizar la eficiencia de sellado caracterizado porque comprende: crear un espacio libre entre un obturador cónico y una porción cónica en una celda de prueba; en donde el ancho de espacio libre simula un ancho de fractura; hacer fluir un primer fluido a través del espacio libre; determinar la eficiencia de sellado del primer fluido; hacer fluir un segundo fluido a través del espacio libre; determinar la eficiencia de sellado de una mezcla del primer fluido y el segundo fluido; y determinar si el segundo fluido mejoró la eficiencia de sellado del primer fluido.

19. Un método para determinar un margen de rendimiento óptimo para un fluido caracterizado porque comprende : crear un espacio libre entre un obturador cónico y una porción cónica en una celda de prueba; hacer fluir un fluido a través del espacio libre; determinar la eficiencia de sellado del fluido mientras se cambia el ancho de espacio libre; y identificar un margen de anchos de espacio libre de rendimiento óptimo para el fluido de perforación.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19, se caracteriza porque la eficiencia de sellado del fluido se determina basado en factores seleccionados a partir del grupo que consiste de índice de sellado y pérdida de fluido total en un período de tiempo fijo.

21. El método de conformidad con la reivindicación 19, se caracteriza porque el fluido es un fluido de perforación.