MX2012009651A - Aparato y metodos para proporcionar informacion acerca de una o mas variables subterraneas. - Google Patents

Abstract

En algunas modalidades, un método para obtener información acerca de al menos una variable existente en una ubicación objetivo en un pozo bajo tierra y/o formación subterránea circundante incluye entregar una pluralidad de dispositivos de generación de señales a la(s) ubicación(es) objetivo, emitir al menos una señal detectable desde la ubicación objetivo y recibir al menos una de dichas señales. La información acerca de la(s) variable(s) se entrega a partir de al menos algunas de las señales recibidas.

Description

APARATO Y METODOS PARA PROPORCIONAR INFORMACION ACERCA DE UNA O MÁS VARIABLES SUBTERRÁNEAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente divulgación se refiere generalmente a proporcionar información acerca de una o más variables en, o en proximidad de, un pozo bajo tierra o formación subterránea .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En diferentes operaciones que se conducen a través de pozos bajo tierra, a menudo es conveniente ser capaces de obtener información acerca de una o más variables que existen en el pozo o formación subterránea. En el campo de exploración y producción de hidrocarburos, operaciones ejemplares durante las cuales puede ser benéfico tener dicha información son la perforación, cementación, terminación, estimulación (incluyendo tratamiento de pozos) y reparación. Las variables pueden ser cualquier condición, parámetro o propiedad medibles, tal como una o más dimensiones geométricas, la ubicación de un objeto en particular o característica geométrica, temperatura, presión, flujo, composición química, esfuerzos in-situ en el pozo o formación, o similares. Observar que, la presente divulgación no está limitada por el tipo de operación, la ubicación objetivo en el pozo o formación o el tipo de variable.

En un ejemplo en el campo de recuperación de hidrocarburos, a menudo es de importante beneficio aprender acerca de la geometría de un área dentro de un pozo bajo tierra o formación subterránea, tal como la ubicación o dimensiones de fracturas hidráulicas apuntaladas. La fracturación hidráulica es un proceso utilizado ampliamente para la estimulación de pozos de petróleo y gas y que típicamente involucra inyectar fluido en el pozo a una presión mayor que la presión del depósito circundante. La mayor presión de los fluidos que se inyectan provoca que la formación se facture, exponiendo el área de la superficie a través de la cual puede fluir el petróleo o el gas.

Una vez que se forma la fractura hidráulica, el apuntalante _ se entrega típicamente dentro de la fractura durante el tratamiento del pozo para incrementar de manera efectiva la conductividad de la fractura y proporcionar una trayectoria de flujo de hidrocarburos entre el depósito y el pozo de producción. Los apuntalantes aseguran que la trayectoria de flujo creada se mantenga abierta y conductiva después de que se libera la presión de tratamiento. La colocación apropiada el apuntalante a menudo se considera una de las facetas más críticas de la estimulación de fracturas.

Se cree que el área de fractura apuntalada se correlaciona directamente con el potencial y productividad del pozo estimulado, por lo cual mientras más grande es la fractura apuntalada, más productivo es el pozo. Por lo tanto es típicamente conveniente saber la ubicación y/o dimensiones de las fracturas apuntaladas o paquetes de apuntalante dentro de las fracturas conductivas. Por ejemplo, el conocimiento de la ubicación del apuntalante en las fracturas y/o las dimensiones de las fracturas apuntaladas puede, en algunos casos, ayudar en la optimización y mejoramiento de los esfuerzos de fracturación y distribución de apuntalante, ubicación de pozos y estrategias de producción.

Las técnicas existentes de mapeo o visualización de geometrías bajo tierra (p.ej., mapeo microsísmico de fracturas, mapeo de fracturas por inclinómetro , uso de trazadores) se cree que tienen una o más limitaciones. Por ejemplo, algunas de estas técnicas proporcionan información acerca de solamente una dimensión o fractura (p.ej., longitud, altura, profundidad o azimut) . Como otro ejemplo, algunas de estas técnicas solamente proporcionan información acerca de la formación en estrecha proximidad con el pozo. Como otros ejemplos, algunas tecnologías actuales requieren el uso de uno o más pozos vecinos, que pueden incrementar dramáticamente los costos, y/o material radioactivo, que puede ser dañino para el medio ambiente.

Se debe entender que la discusión antes descrita se proporciona para propósitos ilustrativos solamente y no pretende limitar el alcance del tema de esta divulgación, las reivindicaciones adjuntas o las reivindicaciones de cualquier solicitud de patente o patente relacionada. Por lo tanto, ninguna de las reivindicaciones adjuntas o reivindicaciones de cualquier solicitud de patente o patente relacionada se debe limitar a la discusión anterior o requerir que para que, incluya o excluya los ejemplos, características y/o desventajas citadas anteriormente simplemente por su mención anterior .

En consecuencia, existe una necesidad de sistemas, aparatos y métodos mejorados capaces de proporcionar información acerca de una o más variables en un pozo bajo tierra o formación subterránea que tenga uno o más de los atributos, capacidades o características descritas a continuación o en las secciones posteriores de esta divulgación; que proporcione información acerca de una o más variables existentes en un pozo, anillo o formación subterránea; que proporcione dicha información durante al menos uno de la perforación, cementación, terminación, estimulación y reparación; que proporcione dicha información sin la transmisión de señales a la ubicación objetivo; que proporcione información acerca de uno o más de la dimensión geométrica, la ubicación de un objeto en particular o característica geométrica, temperatura,. presión, flujo, composición química o esfuerzos in-situ en 'un pozo bajo tierra, formación subterránea o depósito de hidrocarburos; que se pueda utilizar para mejorar las operaciones de estimulación de pozos y planeación del desempeño de pozos; que proporcione información acerca de la ubicación del apuntalante colocado dentro de una fractura apuntalada u otra área; que proporcione múltiples dimensiones de una fractura geométrica bajo tierra; que proporcione dispositivos de generación de señales en una o más ubicación es objetivo para lograr uno o más de los anteriores; que utilice dispositivos de generación de señales que capturen, generen o proporcionen energía in-situ para transmitir una o más señales; que incorpore nano-dispositivos capaces de generar energía y/o transmitir señales; que utilice dispositivos de generación de señales piezoeléctricas ; que utilice dispositivos de generación de señales que incluyan material de generación de sonido capaces de emitir ondas de sonido detectables desde una ubicación subterránea; que no requiera el uso de pozos vecinos o materiales radiactivos; sea confiable; que sea fácil de implementar; que requiera adaptación mínima de equipo existente; que sea rentable.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En algunas modalidades, se utiliza un método para obtener información acerca de al menos una variable existente en una ubicación objetivo en un pozo bajo tierra y/o formación subterránea circundante. Estos métodos incluyen entregar una pluralidad de . dispositivos de generación de señales a la ubicación objetivo. Al menos algunos de los dispositivos de generación de señales transmiten al menos una señal. Al menos algunas de las señales se reciben y la información acerca de la(s) variable (s) se genera a partir de ellas. Estos métodos no requieren la transmisión de señales a la ubicación objetivo con el fin de obtener o generar la información.

En diferentes modalidades, un método para obtener información acerca de al menos una variable existente en una ubicación objetivo en un pozo bajo tierra y/u formación subterránea circundante involucra entregar una pluralidad de nano-dispositivos a la ubicación objetivo. Al menos algunos de los nano-dispositivos generan o capturan energía in-situ suficiente para energizar la transmisión de al menos una señal detectable. Al menos una señal detectable se transmite desde la ubicación objetivo. Al menos algunas de las señales transmitidas que se emiten son recibidas. La información acerca de la(s) variable (s) se deriva de al menos algunas de las señales recibidas.

Algunas modalidades involucran un método para obtener información acerca de al menos una fractura subterránea o la ubicación de apuntalante dentro de la fractura. Estas modalidades incluyen incorporar una pluralidad de dispositivos de generación de señales en el apuntalante. Entregar el apuntalante a por lo menos una fractura. Al menos algunos de los dispositivos de generación de señales en el apuntalante generan una señal detectable en respuesta a por lo menos una condición o propiedad dentro del pozo. Al menos un receptor recibe al menos una de las señales detectables. La información acerca de la fractura o ubicación del apuntalante dentro de la fractura se deriva de al menos una de las señales recibidas.

Diferentes modalidades incluyen un método de fracturación hidráulica de una formación subterránea próxima a un depósito de hidrocarburos bajo tierra a partir de un pozo. El método de estas modalidades incluye inyectar fluido en el pozo a una presión que es mayor que la presión en el depósito. Los fluidos inyectados desde las fracturas en la formación a partir del pozo y a través de las cuales pueden fluir los hidrocarburos desde el depósito hacia el interior del pozo. Se prepara el apuntalante que incluye una pluralidad de dispositivos de generación de señales. El apuntalante se entrega dentro de la fractura para incrementar la conductividad de la fractura y proporcionar una trayectoria de flujo de hidrocarburos entre el depósito y el pozo. Al menos algunos de los dispositivos de generación de señales en el apuntalante emiten al menos una señal detectable en respuesta a por lo menos una condición o propiedad dentro del pozo. Se recibe al menos una de las señales transmitidas y a partir de las mismas se deriva información acerca de la fractura apuntalada o del apuntalante .

En consecuencia, la presente divulgación incluye características y ventajas que se cree que permiten el avance en la tecnología de recuperación de información bajo tierra. Las características y ventajas potenciales de la presente divulgación descritas anteriormente así como características y beneficios potenciales adicionales serán fácilmente aparentes para aquellos experimentados en la materia con la consideración de la siguiente descripción detallada de diferentes modalidades.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las siguientes figuras son parte de la presente especificación, se incluyen para demostrar ciertos aspectos de diferentes modalidades de esta divulgación y se hace referencia a las mismas en la descripción detallada de este documento : La Figura 1 es una gráfica de curvas que ilustran emisiones acústicas detectadas del rompimiento de apuntalante de arena blanca, perlas de vidrio, apuntalante CarboLite® y apuntalante SinterBall Bauxite ejemplares durante la prueba conducida para ilustrar al menos una modalidad de la presente divulgación.

La Figura 2 es una gráfica de curvas que compara las emisiones acústicas detectadas del rompimiento de apuntalante SinterBall Bauxite y una mezcla de apuntalante SinterBall Bauxite y perlas de vidrio durante la prueba conducida para ilustrar al menos una modalidad de la presente divulgación.

La Figura 3 es una gráfica de curvas que compara las emisiones acústicas detectadas del rompimiento de apuntalante LiteProp™ 108 y una mezcla de apuntalantes LiteProp 108 y CarboLite durante la prueba conducida para ilustrar al menos una modalidad de la presente divulgación.

La Figura 4 es una fotografía de una captura de pantalla de un osciloscopio tomada durante la prueba de apuntalante SinterBall conducida para ilustrar al menos una modalidad de la presente divulgación.

La Figura 5 es una fotografía de una captura de pantalla de un osciloscopio tomada durante la prueba de apuntalante de arena blanca conducida para ilustrar al menos una modalidad de la presente divulgación.

La Figura 6 es una fotografía de una captura de pantalla de un osciloscopio tomada durante la prueba de apuntalante CarboLite conducida para ilustrar al menos una modalidad de la presente divulgación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las características y ventajas de la presente divulgación y características y beneficios adicionales serán fácilmente aparentes para aquellos experimentados en la materia con la consideración de la siguiente descripción detallada de las modalidades ejemplares de la presente divulgación y con referencia a las figuras de acompañamiento. Se debe entender que la descripción en este documento y dibujos adjuntos, son de modalidades ejemplares, y no se pretende que limiten las reivindicaciones de esta solicitud de patente, cualquier patente concedida en adelante o cualquier patente o solicitud de patente que reivindique prioridad a la presente. Por el contrario, la intención es de cubrir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que caigan dentro del espíritu y alcance de las réivindicaciones . Se pueden hacer muchos cambios a las modalidades particulares y detalles divulgados en este documento sin apartarse de dicho espíritu y alcance.

Como se utiliza en este documento y a lo largo · de diferentes porciones (y encabezados) de esta solicitud de patente, los términos "invención", "presente invención" y variaciones de los mismos no se pretende que signifiquen cada modalidad posible abarcada por esta divulgación o cualquier reivindicación (es ) en particular. Por lo tanto, el tema de cada dicha referencia no se debe considerar como necesaria para, o parte de, cada modalidad del mismo o de cualquier reivindicación (es) simplemente a causa de dicha referencia.

Ciertos términos se utilizan en este documento y en las reivindicaciones adjuntas para referirse a componentes particulares. Como apreciar a alguien experimentado en la materia, diferentes personas se pueden referir a un componente por medio de diferentes nombres. Este documento no pretende distinguir entre componentes que difieren en nombre pero no en función. También, los términos "que incluye" y "que comprende" se utilizan en este documento y en las reivindicaciones adjuntas en una forma ampliable y por lo tanto se debe interpretar que significan "incluye, pero no está limitado a...". Además, la referencia en este documento y en las reivindicaciones adjuntas a los componentes y aspectos en una forma singular no limita la presente divulgación o reivindicaciones adjuntas a solamente un dicho componente o aspecto, sino que se debe interpretar generalmente que significa uno o más, como pueda ser adecuado y deseable en cada caso en particular.

De acuerdo con una modalidad de la presente divulgación, uno o más dispositivos de generación de señales se proporcionan selectivamente dentro de un pozo o formación subterránea. Los dispositivos de generación de señales pueden tener cualquier forma, construcción, configuración y operación adecuadas y se pueden desplegar en la(s) ubicación (es) objetivo deseada (s) en el pozo o formación subterránea en cualquier manera adecuada. Por ejemplo, los dispositivos de generación de señales pueden ser de la forma de perlas, alambres, paletas, esferas u otros artículos adecuados entregados en una mezcla de fluido o lechada con equipo de entrega de fluido convencional. Cuando se proporciona información acerca de las fracturas apuntaladas y otras características geométricas, los dispositivos de generación de señales se pueden utilizar o transportar en apuntalante y pueden tener una o más propiedades físicas similares al apuntalante (p.ej., tamaño, forma, densidad, gravedad específica) . Como se utilizan este documento, el término "apuntalante" incluye cualquier sustancia, compuesto o mezcla de fluido-particular útil para ayudar en el apuntalamiento de una fractura, grieta u otra área abierta en una formación de tierra subterránea, u otro propósito deseado en un pozo o formación subterránea. Si se desea, los dispositivos de generación de señales pueden estar agrupados o aglomerados conjuntamente. En modalidades preferidas, generalmente es deseable gue los dispositivos individuales de generación de señales o grupos de los mismos no sean más grandes que las partículas apuntalantes.

En algunas modalidades, los dispositivos de generación de señales pueden ser ellos mismos el apuntalante ("apuntalante de dispositivo de generación de señales"). Cuando se utiliza apuntalante de dispositivo de generación de señales junto con apuntalante de dispositivo de no generación de señales, puede ser deseable para el apuntalante del dispositivo de generación de señales que tenga un tamaño de partículas y gravedad específica similares al otro apuntalante para asegurar la distribución homogénea. Si se desea, el apuntalante de dispositivo de generación de señales puede estar revestidos para resistencia u otras calidades.

En otras modalidades, los dispositivos de generación de señales se pueden incluir en, o proporcionar con, otro apuntalante primario. Por ejemplo, los dispositivos de generación de señales pueden ser componentes separados mezclados en el apuntalante. Como por ejemplo, los dispositivos de generación de señales pueden estar unidos a o formados dentro de partículas de apuntalante, tal como incrustando los dispositivos de generación de señales dentro de un material apuntalante termoplástico o revistiendo los dispositivos de generación de señales sobre la superficie exterior del apuntalante. Para efectividad de costo, puede ser deseable incluir una concentración efectiva mínima de dispositivos de generación de señales.

En algunas modalidades, los dispositivos de generación de señales incluyen nano-dispositivos . Como se utiliza en este documento, el término "nano-dispositivo" incluye, sin limitación, una o más partículas, materiales, dispositivos o compuestos de tamaño de nano-escala capaces de ser utilizados para generar energía y/o emitir una señal detectable. Si se desea, cada partícula, material, dispositivo o compuesto de tamaño de nano-escala puede estar encerrado o contenido dentro de otra partícula. Las partículas, materiales, dispositivos o compuestos de tamaño de nano-escala poseen al menos una característica que tiene una dimensión de nano-escala, tal como diámetro de poro, longitud de plaqueta, diámetro medio de la partícula, espesor del material y similares, y pueden ser funcionalizados o no funcionalizados . En algunas modalidades, la dimensión de nano-escala puede ser de menos de 1000 nanómetros; 500 nanómetros; en algunas modalidades, menos de 200 nanómetros; en algunas modalidades, menos de 150 nanómetros; en algunas modalidades, menos de 100 nanómetros ; en algunas modalidades, menos de 70 nanómetros; en algunas modalidades, menos de 50 nanómetros; en algunas modalidades, menos de 20 nanómetros; en algunas modalidades, menos de 10 nanómetros; en algunas modalidades, menos de 5 nanómetros; en algunas modalidades, menos de 1 nanómetro; en algunas modalidades, menos de 0.5 nanómetros; y asi sucesivamente. En algunas modalidades, la dimensión de nano-escala puede variar entre múltiples nano-dispositivos que se están utilizando.

En algunos casos, los nano-dispositivos se pueden utilizar como los nano-componentes de apuntalante de partículas llenas de nano-compuesto . En una modalidad en particular, los nano-dispositivos se pueden formar dentro de apuntalante deformable ultraligero (ULW, Ultra-Lightweight) , tal como LiteProp™ 108 ofrecido por Baker Hughes Incorporated, el cesionario de la presente solicitud. En este ejemplo, los nano-dispositivos se pueden utilizar ya sea en lugar de una porción de las otras nano-partículas formadas dentro del apuntalante LiteProp™ 108, o se pueden agregar al mismo.

Después de ser desplegados, los dispositivos de generación de señales son útiles para proporcionar una o más señales detectables que se pueden recibir y procesar en cualquier manera adecuada. En algunas modalidades, los dispositivos de generación de señales pueden incluir generación de energía, capacidades de transmisión o detección, o una combinación de las mismas. Por ejemplo, cada dispositivo de generación de señales puede ser capaz de generar o capturar energía in-situ suficiente para la transmisión de una o más señales detectables (p.ej., ondas de sonido, vibraciones, ondas de radio de una frecuencia adecuada) . En algunas modalidades, los dispositivos de generación de señales pueden generar energía de o reaccionar a la energía térmica o temperatura estática al fondo del pozo (BHST, Bottom Hole Static Temperature) , absorción de fluido (p.ej., circuito de terminación de absorción de agua), inflamación de partículas, cambios en la temperatura, esfuerzo o presión mecánica, u otras propiedades o condiciones dentro del pozo. En diferentes modalidades, los dispositivos de generación de señales pueden incluir una o más micro-baterías para proporcionar energía.

En algunas modalidades, los dispositivos de generación de señales pueden ellos mismos emitir la(s) señal (es) . En otras modalidades, la energía generada por los dispositivos de generación de señales se puede utilizar para accionar uno o más transmisores para emitir la señal detectable. Cuando se incluyen, los transmisores pueden tener cualquier forma, configuración y operación adecuadas. Por ejemplo, se pueden incluir micro-transmisores de ondas de radio en los dispositivos de generación de señales, asociados con o en comunicación con los dispositivos de generación de señales o colocados de otra forma lo suficientemente cerca de los dispositivos de generación de señales que serán accionados por la energía que se proporciona de este modo.

Si se desea, los dispositivos de generación de señales, tales como los nano-dispositivos , pueden incluir material (es) piezoeléctrico ( s ) útiles para la generación de energía. Bajo la teoría del efecto piezoeléctrico directo, el material piezoeléctrico (p.ej., ciertos cristales, polímeros, cerámicas, esquisto, esmalte, madera, combinaciones de los mismos, etc.) es capaz de generar un potencial eléctrico en respuesta a los esfuerzos mecánicos aplicados. Si el material no está en cortocircuito, la carga aplicada induce voltaje a través del material. Por lo tanto, los dispositivos piezoeléctricos de generación de señales pueden ser útiles para producir electricidad en respuesta a la aplicación de esfuerzo a los mismos. En consecuencia, en algunas modalidades, los dispositivos de generación de señales se pueden desplegar en una formación subterránea, tal como en una fractura hidráulica, y se pueden activar (para generar electricidad) mediante esfuerzo impuesto en los dispositivos provocado por el movimiento de la formación, tal como el cierre de fractura. El esfuerzo de cierre de la fractura se puede utilizar entonces por los dispositivos de generación de señales para crear energía eléctrica.

En otras modalidades, los dispositivos piezoeléctricos de generación de señales pueden ser útiles para crear movimiento cuando se les aplica un campo eléctrico. Bajo la teoría del efecto piezoeléctrico inverso, se produce esfuerzo o deformación por el material piezoeléctrico con la aplicación de un campo eléctrico. En consecuencia, después de que se despliegan estos dispositivos piezoeléctricos de generación de señales en la ubicación deseada, se puede aplicar un campo eléctrico a los dispositivos de generación de señales. Algunos métodos para aplicar un campo eléctrico en una ubicación bajo tierra se divulgan en el documento de Solicitud de Patentes de los Estados Unidos Número de Serie 12/421,061, presentado el 9 de abril de 2009, intitulado "Electrolocation Apparatus & Methods for Mapping from a Subterranean Well", (Aparato y Métodos de Electro-ubicación para Mapear desde un Pozo Subterráneo) , que tiene un concesionario común con la presente solicitud y el cual se incorpora por referencia en este documento en su totalidad. Sin embargo, la presente divulgación no está limitada a los detalles, técnicas o aplicaciones que se divulgan en la referencia anterior. El movimiento resultante (p.ej., vibración) provocado por los dispositivos de generación de señales puede ser la señal detectable, o se puede utilizar para generar una señal detectable.

En algunas modalidades, los dispositivos de generación de señales pueden incluir material de generación de sonido. El material de generación de sonido puede, por ejemplo, ser capaz de emitir ondas de sonido detectables en respuesta a una o más propiedades o condiciones dentro del pozo, tales como las descritas anteriormente. En modalidades preferidas, el material de generación de sonido incluye burbujas de vidrio, o perlas de vidrio o cerámica, (o una aglomeración de los mismos) , las cuales se romperán cuando estén sujetas a una o más propiedades o condiciones dentro del pozo. El rompimiento de estos materiales generará ondas de sonido que son detectables, tal como con el uso de receptores (p.ej., micros!smicos ) como se describe más adelante. Como se utilizan este documento, el término "romper" y variaciones del mismo significa al menos uno de grieta, falla, fractura, colapso, expansión, deformación, separación, desprendimiento o fragmentación suficiente, dependiendo de las circunstancias, para generar sonido detectable en respuesta a una propiedad o condición dentro del pozo.

Por ejemplo, las perlas de vidrio o de cerámica, asi como las burbujas de vidrio, se romperán bajo cierto esfuerzo impuesto provocado por el movimiento de la formación, tal como cierre de fractura, suficiente para generar emisiones de sonido detectables. En algunas aplicaciones, las perlas de vidrio o cerámica se pueden romper suficientemente bajo esfuerzos de punto-a-punto de 492 - 633 kg/cm2 (7000 - 9000 psi) aplicados a las mismas. Con otro ejemplo, las burbujas de vidrio se pueden romper, tal como por la expansión o fragmentación, debido a un cambio de temperatura en la formación subterránea. En todavía otro ejemplo, las burbujas de vidrio pueden colapsar debido a un cambio en la presión hidrostática .

Los materiales de generación de sonido no están limitados a las perlas de vidrio o cerámica o burbujas de vidrio, pero se pueden construir de cualquier otro material o combinación de materiales adecuados, tales como ciertos plásticos, aleaciones de metal y otros materiales frágiles adecuados, capaces de romperse suficientemente y generar sonido detectable en respuesta a una o más propiedades o condiciones dentro del pozo. Igualmente, los materiales de generación de sonido pueden tener cualquier otra geometría y configuración adecuada, tal como paleta o barras, capaces de romperse y generar sonido detectable en respuesta a una o más propiedades o condiciones dentro del pozo.

En la modalidad preferida, los materiales de generación de sonido son lo suficientemente fuertes para evitar el rompimiento durante el bombeo, entrega y migración en la formación subterránea, poseen tamaño de partícula, densidad de partícula y propiedades de capacidad de transportabilidad que son sustancialmente las mismas que las del apuntalante dentro del cual se llevan, y se mezclan dentro del apuntalante en un volumen suficiente para proporcionar la(s) transmisión (es ) de onda de sonido deseada(s). Por ejemplo, en algunas aplicaciones, las perlas de vidrio se pueden proporcionar en un 5% en peso de las partículas de apuntalante .

La(s) señal (es) generada (s) mediante el uso de los dispositivos de generación de señales puede (n) ser detectable ( s ) en cualquier manera adecuada. Por ejemplo, las señales energizadas por los dispositivos de generación de señales pueden ser recibidas por receptores apropiados colocados en el pozo, uno o más pozos vecinos, en la superficie u otras ubicaciones, o una combinación de los mismos. Si se desea, se puede utilizar los receptores que se utilizan en el monitoreo microsísmico convencional. En algunas modalidades, el (los) receptores pueden estar colocados en el revestimiento (p.ej., cemento, collar de revestimiento) u otro componente montado en el pozo, pueden llevarse en una tubería flexible u otra tubería, columna de perforación, línea de alambre, herramienta dentro del pozo u otro componente desplegado en el pozo, o una combinación de los mismos. En algunos casos, pueden ser útiles múltiples receptores en diferentes ubicaciones, tal como para triangular la fuente de las señales transmitidas para determinar ubicación, dimensiones u otras variables.

Si se desea, los sistemas y/o técnicas de la presente divulgación se pueden utilizar en la recopilación de información acerca de variables en el pozo o formación subterránea a lo largo de múltiples intervalos o ángulos en el pozo. En algunas aplicaciones, se pueden utilizar los mismos receptores para recibir señales de los transmisores en diferentes ubicaciones, mientras que en otras aplicaciones, se pueden garantizar múltiples conjuntos de receptores en diferentes ubicaciones. Por ejemplo, si los receptores se bajan dentro del pozo en una línea de alambre o por cable u otro portador, los múltiples conjuntos de receptores se pueden colocar en la misma línea de alambre u otro portador en intervalos espaciados. Igualmente, se pueden incrustar múltiples conjuntos de receptores en, o conectados con, el revestimiento (no mostrado) u otro accesorio en el pozo en intervalos deseados para recibir señales desde los transmisores en diferentes ubicaciones objetivo.

Después de que se reciben las señales, se puede utilizar cualquier método adecuado para procesar las y por último deducir o proporcionar la ubicación, dimensiones, geometría, relaciones espaciales u otras variables dentro del pozo deseadas. Por ejemplo, se puede utilizar software para la conversión/procesamiento de datos para convertir las señales de radio transmitidas en información útil. Las técnicas de modelación matemática, como son y se han vuelto más conocidas, se pueden utilizar para formular y aplicar los algoritmos apropiados mediante uno o más dispositivos de computación para determinar la relación entre señales recibidas y la información variable deseada.

En aplicaciones donde la variable incluye determinar una o más dimensiones geométricas subterráneas, las señales de múltiples dispositivos de generación de señales se pueden procesar para determinar las ubicaciones de las mismas. Por ejemplo, las señales se pueden mapear en un proceso similar a otras técnicas conocidas de mapeo microsísmico . Cuando los dispositivos de generación de señales se utilizan en apuntalante distribuido en toda un área de fractura apuntalada, por ejemplo, tal información se puede utilizar para caracterizar la orientación azimutal, las dimensiones geométricas (p.ej., longitud, ancho, alto, profundidad), ubicación bajo tierra de todo o parte del paquete de apuntalante o área de fractura apuntalada o una combinación de los mismos. En algunas aplicaciones, si se despliegan los suficientes dispositivos de generación de señales y se reciben las transmisiones, se puede determinar el ancho de la fractura. Sin embargo, la presente divulgación no está limitada a determinar la ubicación y dimensiones de las fracturas hidráulicas. Algunos ejemplos de otras características subterráneas que se pueden medir o mapear en diferentes aplicaciones son las fracturas que ocurren de manera natural, los agujeros de gusano o canales creados por estimulación de matriz y similares. Si se desea, se pueden utilizar otras tecnologías de translocación, tales como reflectancia de señal y resistencia eléctrica en conjunto con aparatos, sistemas y/o métodos de la presente divulgación.

E emplos Los siguientes ejemplos ilustran que el material de generación de sonido de muestra en la forma de perlas de vidrio y apuntalante de cerámica ejemplares emitirán sonido detectable con el rompimiento debido a la aplicación a los mismos de esfuerzo mecánico punto-a-punto de la misma magnitud general que se espera en ciertas operaciones de fracturación hidráulica. Como tal, los ejemplos ilustran la práctica de una o más modalidades de la presente invención.

Otras modalidades dentro del alcance de las reivindicaciones de este documento serán aparentes para alguien experimentado la materia con la consideración de la especificación y la práctica de la invención como se divulguen este documento. Se pretende que la especificación, junto con el ejemplo, se considera en cómo ejemplares solamente, con el alcance y espíritu de la invención siendo indicado por las reivindicaciones que siguen.

Se estableció un ensayo de aplastamiento modificado de apuntalante API/ISO (APIRP19C e ISO 13503-0) para demostrar y medir el comportamiento acústico de diferentes materiales durante la aplicación de esfuerzo. La prueba utilizó una celda de aplastamiento ISO estándar que tiene un pistón con un diámetro de 5.08 cm (2 pulgadas) y una prensa hidráulica de marco de carga MTS (con capacidad de carga de 35,153 kg/cm2 (500 kpsi)) .con unidad de adquisición de datos. Un transductor acústico, con gel de acoplamiento, se montó en la placa del marco de carga y se acopló a un contador universal de HP y un osciloscopio Textronix. El contador se estableció para monitorear el número total de eventos acústicos (cuenta) y el osciloscopio mostró la forma de onda y amplitud (volumen) . Se utilizó una cámara digital montada en un triple para generar capturas de pantalla del osciloscopio con el fin de documentar los eventos acústicos de muestra.

Las pruebas se condujeron en los siguientes materiales: i) 40 g de arena blanca de Ottawa en malla de 20/40 con una gravedad especifica promedio (ASG, Average Specific Gravity) de 2.65. ii) 40 g de perlas de vidrio de borosilicato en malla de 20/40 con una ASG de 2.65. iii) 40 g de apuntalante CarboLite® (cerámico) (Carb. ) (vendido por CARBO Ceramics, Inc.) en malla de 20/40 con una ASG de 2.70. iv) 40 g de apuntalante SinterBall Bauxite (vendido por Sintex Minerals & Service, Inc. ) en malla de 20/40 con una ASG de 3.60. v) 53 g (95%) de apuntalante SinterBall Bauxite y 3 g (5%) de perlas de vidrio. vi) 16 g de apuntalante LiteProp™ 108 (plástico) (LP 108) en malla de 14/40 como una ASG de 1.05. vii) 15 g [95%) de apuntalante LiteProp™ 108 y 1 g de apuntalante CarboLite®.

Se obtuvieron los resultados de la prueba para los incisos i) -vii) anteriores en las cargas aplicadas al pistón de la celda de aplastamiento llena de 7.03 kg/cm2 a 1054.6 kg/cm2 (100 psi a 15, 000 psi) a una tasa de 140.6 kg/cm2/minuto (2000 psi/minuto) para simular los esfuerzos potenciales de cierre de fractura subterránea. La presión en la celda se mantuvo a 1054.6 kg/cm2 (15,000 psi) por 2 minutos antes de ser descargada a 0 kg/cm2 a lo largo de 2 minutos. El número de eventos acústicos se midió a cada marca de 70.3 kg/cm2 (1000 psi) y se muestran en la Tabla 1. Ni el contador ni el osciloscopio se calibraron para detectar eventos acústicos específicos de materiales específicos, detectando así fácilmente todas las emisiones acústicas en cada corrida. Los niveles de detección se dejaron igual para todas las pruebas, permitiendo una comparación directa entre los diferentes materiales que se probaron.

En las Figuras 1-3, el número de eventos acústicos mostrado para cada corrida de prueba en la Tabla 1 se gráfica a lo largo de la duración de las pruebas mientras se incrementaba la presión aplicada. Como se 'muestra en la Figura 1, las perlas de vidrio mostraron un incremento más dramático en los conteos a 492.2 kg/cm2 (7000 psi) en una magnitud de eventos acústicos que se cree que proporciona las suficientes emisiones de sonido para que sean detectables en el entorno dentro del pozo. El apuntalante cerámico (CarboLite®) también mostró un incremento importante, aunque más gradual, alrededor de los niveles de 562.5 kg/cm2 (8000 psi) en niveles de conteo que se cree que proporcionan emisiones de sonido detectables. Estas presiones reflejan los esfuerzos de cierre de fractura típicos, indicando que las perlas de vidrio y apuntalante CarboLite se romperán a las presiones deseadas. En comparación, los apuntalantes de arena blanca y SinterBall demostraron cantidades de eventos acústicos con menos probabilidad de ser detectados durante eventos de cierre de fractura típicos.

La Figura 2 ilustra que la inclusión de 5% de perlas de vidrio en una mezcla de apuntalante de SinterBall proporcionó incrementos en eventos acústicos en múltiplos importantes. Igualmente, la Figura 3 muestra que la inclusión de 5% de CarboLite en una mezcla de apuntalante LiteProp 108 incrementó dramáticamente el número de eventos acústicos.

Las Figuras 4-6 son capturas de pantalla de muestra del osciloscopio durante la prueba e ilustran las formas de onda de sonido (volumen) provocada por el rompimiento de los materiales que se probaron. El eje x representa el tiempo de la prueba, mientras que el eje y refleja la amplitud de los eventos acústicos detectados. La Figura 4 es una captura de pantalla tomada durante la corrida de prueba de SinterBall, que indica consistentemente emisiones de sonido silenciosas y una cantidad de eventos acústicos (rompimiento) que se cree que son insuficientes para crear sonido lo suficientemente detectable en un entorno dentro del pozo típico. La Figura 5 ilustra que el rompimiento del apuntalante de arena blanca fue sustancialmente más ruidoso, y la Figura 6 refleja amplitudes importantes de sonido detectado durante el rompimiento del CarboLite. Las Figuras 5 y 6 también ilustran en la amplitud de las emisiones de sonido durante estas corridas de prueba fueron las más grandes cuando el número de conteos de los materiales que se probaron se incrementaron sustancialmente, y luego disminuyeron después de que el número de conteos alcanzó una meseta. Estos datos soportan un hallazgo en que el CarboLite y las perlas de vidrio (que mostraron un incremento más dramático en conteos) podrían ser materiales de generación de sonido ideales cuando sus presiones de rompimiento máximas se alinean con los esfuerzos de cierre de fractura esperados u otros eventos dentro del pozo .

El porcentaje de finos aplastados se midió a través de una malla 40 por cada ejecución después de la prueba. Como se muestra en la Tabla 1, hubo una reducción importante en el tamaño de la masa que se puso en prueba de perlas de vidrio y apuntalante CarboLite (así como el apuntalante de arena blanca) , lo que indica que son susceptibles al rompimiento efectivo a presiones de cierre de fractura típicas. En consecuencia, los resultados de la prueba indican que ciertos materiales, tales como perlas de vidrio y apuntalante cerámico, se romperán suficientemente bajo las presiones aplicadas equivalentes a los esfuerzos de cierre de fractura subterránea esperados y emitirán sonido en amplitudes que se cree que son detectables por receptores micros!smicos actualmente disponibles. Dichos materiales se pueden entonces emplear de manera efectiva como materiales de generación de sonido de acuerdo con la pr,esente divulgación.

Tabla 1 NUMERO DE TIEMPO Presión NÚMERO DE EVENTOS ACÚSTICOS REGISTRADOS/1000 EVENTOS ACÚSTICOS 95% Perlas 95? SB LP Arena LP Min . psi de CarboLite SinterBall + 5% 108 + Blanca 108 vidrio Vidrio 5% Carb. 0. 0 100 0.000 0.000 0.000 0. 000 0. 000 0 0 0. 5 1000 0.010 0.110 0.000 0. 000 0. 000 0 0 1. 0 2000 0.750 0.203 0.080 0. 005 0. 252 0 0 1 5 3000 17. 000 1.222 0.700 0. 141 1. 560 0 0 2 0 4000 116. 000 6.320 5.800 2. 898 8. 600 0 0 2 5 5000 425. 000 17. 546 21. 900 8. 787 28. 200 0 0 3 0 6000 830. 000 46. 858 58. 000 20 168 65. 000 0 0 3. 5 7000 1000 .000 192. 000 129. 000 41 000 118 .000 0 0 4. 0 8000 1037 .000 1060 .000 330. 000 77 000 191 .000 0 0 4. 5 9000 1052 .000 1475 .000 725. 000 129 .000 295 .000 0 3 5 0 10000 1055 .000 1688 .000 1050 .000 185 .000 390 .000 0 3 5 5 11000 1056 .251 1832 .000 1530 .000 249 .000 488 .000 0 4 6. 0 12000 1057 .155 1965 .000 1860 .000 310 .000 563 .000 0 10 6. 5 13000 1057 .789 2060 .000 2060 .000 383 .000 636 .000 0 10 7 0 14000 1058 .430 2160 .000 2299 .000 453 .000 699 .000 0 76 7. 5 15000 1058 .803 2223 .000 2414 .000 505 .000 748 .000 0 76 8. 0 15000 1058 .815 2246 .000 2430 .000 766 .729 0 76 8. 5 15000 1058 .840 2443 .000 530 .000 772 .304 0 76 9 0 15000 1058 .933 2259 .000 2463 .000 534 .621 775 .756 0 76 9 5 15000 1058 .933 2263 .189 2469 .275 536 .829 777 .848 0 76 11 .5 0 1058 .933 2263 .754 2469 .474 537 .011 778 .021 0 76 Finos 53 .5 41 .1 32 .4 6 .3 11 .9 n/d n/d Aplastados (%) Las modalidades preferidas de la presente divulgación ofrecen entonces ventajas sobre el arte actual y se adaptan bien para llevar a cabo uno o más de los objetivos de esta divulgación. Sin embargo, la presente invención no requiere cada uno de los componentes y actos descritos anteriormente y de ninguna forma está limitada a las modalidades, métodos de operación, variables, valores o rangos de valores antes descritos. Cualquiera o más de los componentes, características y procesos anteriores se pueden emplear en cualquier configuración adecuada sin la inclusión de otro de dichos componentes, características y procesos. Además, la presente invención incluye características, capacidades, funciones, métodos, usos y aplicaciones adicionales que no han sido tratadas específicamente en este documento pero que son, o se harán, aparentes a partir de la descripción de este documento, los dibujos y reivindicaciones adjuntas.

Los métodos que se proporcionan en o que son aparentes a partir de la descripción anterior o se reivindican en este documento, y cualquier otro método que pueda caer dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, se pueden llevar a cabo en cualquier orden adecuado que se desee y no están necesariamente limitados a ninguna secuencia descrita en este documento o que pueda estar enlistado en las reivindicaciones adjuntas. Además, los métodos de la presente divulgación no necesariamente requieren el uso de las modalidades particulares que se muestran y se describen en este documento, sino que son igualmente aplicables con cualquiera otra estructura, forma y configuración de componentes adecuadas.

Mientras que se han mostrado y descrito modalidades ejemplares, muchas variaciones, modificaciones y/o cambios del sistema, aparato y métodos de la presente divulgación tal como en los componentes, detalles de construcción y operación, acomodo de partes y/o métodos de uso, son posibles, se contemplan por el (los) solicitante ( s) de patente, dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, y se pueden hacer y utilizar por alguien experimentado en la materia sin apartarse del espíritu o enseñanzas de la invención y alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, todo el tema que se establece en este documento o que se muestra en los dibujos de acompañamiento se debe interpretar como ilustrativo, y el alcance de la divulgación y las reivindicaciones adjuntas no deben limitarse a las modalidades que se describen y se muestran en este documento.

Claims (27)

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

1. Un método para obtener información acerca de al menos una variable existente en una ubicación objetivo en un pozo bajo tierra y/o formación subterránea circundante sin la necesidad de transmitir señales a la ubicación objetivo, el método comprende: entregar una pluralidad de dispositivos de generación de señales a la ubicación objetivo; al menos algunos de los dispositivos de generación de señales transmiten al menos una señal; recibir señales de al menos algunos de los dispositivos de generación de señales; y generar información acerca de dicha al menos una variable de al menos algunas de las señales recibidas.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, además incluye al menos algunos de los dispositivos de generación de señales que proporcionan suficiente energía para la transmisión de al menos una señal.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, además incluye incorporar al menos una batería en al menos algunos de los dispositivos de generación de señales, al menos una de dichas baterías proporciona la energía.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 2, además incluye construir los dispositivos de generación de señales como nano-dispositivos que tienen material piezoeléctrico, y al menos algunos de los nano-dispositivos generan energía a partir de fuerza aplicada a los mismos.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque al menos algunos de los dispositivos de generación de señales generan energía de al menos uno de cambios en la temperatura estática dentro del pozo, inflamación de partículas, absorción de fluido, energía térmica, cambios en la presión y cambios en el esfuerzo aplicado a los mismos.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque al menos algunos de los dispositivos de generación de señales incluyen un circuito de terminación de absorción de agua.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 2, además incluye asociar al menos un micro-transmisor con al menos algunos de los dispositivos de generación de señales.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1, además incluye entregar los dispositivos de generación de señales a la ubicación objetivo dentro de apuntalante, formar al menos algunos de los dispositivos de generación de señales para que tengan un tamaño y densidad al menos aproximadamente igual que el tamaño y densidad del apuntalante, distribuir el apuntalante en al menos una fractura formada en la formación subterránea, al menos algunos de los dispositivos de generación de señales transmiten al menos una señal en respuesta a por lo menos una propiedad o condición dentro del pozo .

9. El método de acuerdo con la reivindicación 8, además incluye incorporar los dispositivos de generación de señales dentro de apuntalante ultraligero, y formar los dispositivos de generación de señales con sustancialmente el mismo tamaño de partículas y gravedad específica que el apuntalante ultraligero.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 8, además incluye dispersar el apuntalante en al menos una fractura formada en la formación subterránea como parte de un paquete de apuntalante, proporcionar una pluralidad de receptores para recibir al menos algunas de las señales transmitidas, y colocar al menos algunos de los receptores en el pozo o en la superficie.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, además incluye triangular las señales recibidas para determinar al menos uno de al menos una dimensión del paquete apuntalante o la ubicación del paquete apuntalante en la formación subterránea.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 1, además incluye construir al menos algunos de los dispositivos de generación de señales para que incluyan material de generación de sonido, la señal generada por los dispositivos de generación de sonido son ondas de sonido detectables emitidas por el material de generación de sonido en respuesta a por lo menos una condición o propiedad dentro del pozo.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el material de generación de sonido incluye al menos uno de vidrio, burbujas de metal o plástico, esferas, perlas, paletas o barras.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el material de generación de sonido se rompe en respuesta a por lo menos uno de esfuerzos de cierre de fractura aplicados al mismo, cambios en la presión o cambios en la temperatura.

15. Un método para obtener información acerca de al menos una variable existente en una ubicación objetivo en un pozo bajo tierra y/o formación subterránea circundante, el método comprende: entregar una pluralidad de nano-dispositivos a la ubicación objetivo; al menos algunos de los nano-dispositivos generan o capturan energía in-situ suficiente para energizar la transmisión de al menos una señal detectable adujo; y transmitir al menos una señal detectable desde la ubicación objetivo; recibir al menos algunas de las señales transmitidas; y entregar información acerca de dicha al menos una variable de al menos una de las señales recibidas.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 15, además incluye al menos un transmisor energizado por energía generada por al menos uno de los nano-dispositivos que transmiten dicha al menos una señal.

17. El método de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque la ubicación objetivo incluye al menos una fractura hidráulica, además incluye incorporar los nano-dispositivos en el apuntalante, distribuir el apuntalante dentro de al menos una fractura hidráulica, y entregar información acerca de la ubicación del apuntalante en la formación subterránea a partir de múltiples señales recibidas .

18. El método de acuerdo con la reivindicación 17, además incluye construir los nano-dispositivos para que cada uno incluya material piezoeléctrico, al menos algunos de los nano-dispositivos generan energía eléctrica a partir de al menos uno de esfuerzo de cierre de fractura y un campo eléctrico aplicado a los mismos.

19. El método de acuerdo con la reivindicación 17, además incluye: entregar una pluralidad de nano-dispositivos a múltiples ubicaciones objetivo; al menos algunos de los nano-dispositivos generan energía ; al menos un transmisor energizado por la energía generada por al menos uno de los nano-dispositivos en cada ubicación objetivo emite al menos una señal; recibir al menos algunas de las señales emitidas; y entregar información acerca de al menos una variable en cada ubicación objetivo a partir de al menos algunas de las señales recibidas.

20. El método de acuerdo con la reivindicación 19, además incluye proporcionar una pluralidad de receptores para recibir las señales emitidas, en donde los mismos receptores reciben las señales emitidas de los transmisores en múltiples ubicaciones objetivo.

21. El método de acuerdo con la reivindicación 15, además incluye incorporar los nano-dispositivos en apuntalante, dispersar el apuntalante en al menos una característica geométrica en la formación subterránea como parte de un paquete de apuntalante, y triangular las señales recibidas para determinar al menos uno de al menos una dimensión del paquete apuntalante o la ubicación del paquete apuntalante en la formación subterránea.

22. El método de acuerdo con la reivindicación 21, además incluye entregar los nano-dispositivos a múltiples ubicaciones objetivo, transmitir al menos una señal detectable desde cada ubicación objetivo, recibir al menos una de las señales transmitidas desde cada ubicación objetivo, y entregar información acerca de al menos una variable en cada ubicación objetivo a partir de las señales recibidas .

23. Un método para obtener información acerca de fractura subterránea o la ubicación de apuntalante dentro de la fractura, el método comprende: incorporar una pluralidad de dispositivos de generación de señales en el apuntalante; entregar el apuntalante a dicha al menos una fractura ; al menos algunos de los dispositivos de generación de señales en el apuntalante generan una señal detectable en respuesta a por lo menos una condición o propiedad dentro del pozo; al menos un receptor recibe al menos una de las señales detectables ; y derivar información acerca de la fractura o ubicación del apuntalante dentro de la fractura a partir de al menos una de las señales recibidas.

24. El método de acuerdo con la reivindicación 23, además incluye construir al menos algunos de los dispositivos de generación de señales para que incluyan material de generación de sonido, la señal detectable generada por los dispositivos de generación de señales son ondas de sonido detectables emitidas por el material de generación de sonido en respuesta a por lo menos una condición o propiedad dentro del pozo.

25. El método de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado porque el material de generación de sonido incluye al menos uno de vidrio, burbujas de metal o plástico, esferas, perlas, paletas o barras.

26. El método de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado porque el material de generación de sonido se rompe en respuesta a por lo menos uno de esfuerzo de cierre de fractura aplicado al mismo, cambios en la presión o cambios en la temperatura.

27. Un método de fracturación hidráulica de una formación subterránea próxima a un depósito de hidrocarburos bajo tierra a partir de un pozo, el método comprende: inyectar fluido en el pozo a una presión que es mayor que la presión en el depósito los fluidos inyectados desde las fracturas en la formación a partir del pozo y a través de las cuales pueden fluir los hidrocarburos desde el depósito hacia el interior del pozo; preparar apuntalante que incluye una pluralidad de dispositivos de generación de señales; entregar el apuntalante dentro de la fractura para incrementar la conductividad de la fractura y proporcionar una trayectoria de flujo de hidrocarburos entre el depósito y el pozo; al menos algunos de los dispositivos de generación de señales en el apuntalante emiten al menos una señal detectable en respuesta a por lo menos una condición o propiedad dentro del pozo; recibir al menos una de las señales emitidas; y derivar información acerca de la fractura apuntalada o apuntalante a partir de al menos una de las señales recibidas.