MX2014009514A - Dispositivo de enfriamiento de herramienta de registro del fondo del pozo. - Google Patents

Abstract

Se describe un dispositivo de enfriamiento de herramientas del fondo del pozo (2) en donde una herramienta del fondo del pozo (1) se acopla térmicamente a una fuente fría recargable (21) que comprende un cuerpo sólido de la fuente fría (211) que está contenido en un recipiente de medio de enfriamiento aislado (22) y en donde la herramienta del fondo del pozo (1) se acopla térmicamente a la fuente fría (21) por medio de un circuito de enfriamiento (23) que comprende un primer intercambiador de calor (11) dispuesto en la herramienta del fondo del pozo (1) y de una manera de comunicación de fluidos que está interconectado con un segundo intercambiador de calor (231) dispuesto en el cuerpo sólido de la fuente fría (211), en donde un sistema de refrigeración (5) se acopla térmicamente a la fuente fría (21) durante una operación del fondo del pozo del dispositivo de enfriamiento (2). Adicionalmente se describe un método para enfriar una herramienta del fondo del pozo (1). También se describe el uso de un cuerpo sólido de la fuente fría enfriado previamente (211) contenido en un recipiente de medio de enfriamiento aislado (22) como una fuente fría (21) para un circuito de enfriamiento (23) que está acoplado térmicamente a una herramienta del fondo del pozo (1) que necesita el enfriamiento durante operaciones del fondo del pozo.

Description

DISPOSITIVO DE ENFRIAMIENTO DE HERRAMIENTA DE REGISTRO DEL FONDO DEL POZO Campo de la Invención La invención se refiere a un dispositivo de enfriamiento de herramienta del fondo del pozo en donde la herramienta del fondo del pozo se acopla térmicamente a una fuente fría recargable que comprende un cuerpo sólido de la fuente fría que está contenido en un recipiente de medio de enfriamiento aislado y en donde la herramienta del fondo del pozo se acopla térmicamente a la fuente fría por medio de un circuito de enfriamiento que comprende un primer intercambiador de calor dispuesto en la herramienta del fondo del pozo y de una manera de comunicación de fluidos que está interconectada con un segundo intercambiador de calor dispuesto en el cuerpo sólido de la fuente fría. Adicionalmente, se refiere a un método para enfriar una herramienta del fondo del pozo y finalmente la invención se refiere al uso de un cuerpo sólido de la fuente fría contenido en un recipiente de medio de enfriamiento aislado como una fuente fría para un circuito de enfriamiento que está acoplado térmicamente a una herramienta del fondo del pozo que necesita el enfriamiento durante operaciones del fondo del pozo .

Antecedentes de la Invención Las herramientas de registro de pozos de petróleo se construyen por definición para funcionar en un ambiente hostil. Esto significa que necesitan operar a temperaturas y presiones, las cuales son significativamente más altas que aquellas encontradas en el uso cotidiano de equipo electrónico. Los métodos que describen el enfriamiento de componentes electrónicos utilizando elementos Peltier han sido dados a conocer en el pasado. Los sistemas termoeléctricos utilizan generalmente elementos Peltier, los cuales son capaces de mover energía térmica de un lado de su envoltura al lado opuesto con la aplicación de un voltaje eléctrico, creando diferencias muy altas en la temperatura de un lado al otro. Estos sistemas se encuentran más comúnmente en PCs, por ejemplo, para ayudar en el enfriamiento de la unidad de procesamiento central . El problema con los elementos Peltier es que su eficiencia efectiva es decir la cantidad de energía consumida en comparación con la cantidad de energía movida entre la superficie caliente y la superficie fría puede encontrarse en valores muy bajos, tal como menos de 2% de eficiencia, cuando se requieren diferencias altas en las temperaturas a través de los elementos. En ambientes calientes, tales como los pozos de perforación de exploración o producción para petróleo y gas, las temperaturas ambientales pueden exceder los 200°C. La electrónica tiene generalmente una temperatura de operación máxima de 70-80°C (para los procesadores) e incluso la electrónica automotriz solo puede funcionar abajo de 150°C. En estos casos, la diferencia de temperatura requerida la cual un sistema tiene que ser capaz de lograr para asegurar que un dispositivo permanezca abajo de 70°C puede ser tan alta como 130°C. En este respecto, a estas temperaturas altas, si se empleó un elemento Peltier para transportar 10 vatios de energía térmica lejos de un dispositivo al depositar la energía térmica en un ambiente caliente de 175°C, por ejemplo, entonces en una eficiencia de 2%, el elemento Peltier consumiría 500 vatios de energía en el proceso. En realidad, estos elementos se clasifican usualmente para niveles de consumo de energía mucho más bajos que éste, de modo que las pérdidas de eficiencia efectivas dan por resultado la incapacidad del sistema para mantener frío el extremo frío.

En el ejemplo de los sistemas de perforación para exploración de pozos de perforación y la producción de petróleo y gas, donde es necesario que dispositivos tales como instrumentos, artículos mecánicos o eléctricos se mantengan a una temperatura mucho más baja que aquella del ambiente circundante, este consumo de energía no sería práctico, ya que la mayoría de sistemas de transporte de energía (tales como cables conductores) solo pueden llevar un máximo de 1000 vatios, por lo cual la mayoría de la energía se disipa en los sistemas primarios y no en sistemas de soporte tal como el enfriamiento.

El método de refrigeración consiste usualmente de un ciclo de compresión y evaporador individual o una serie de ciclos de compresión y evaporador vinculados, como se describe mejor por un refrigerador doméstico estándar. Aunque, estos sistemas no funcionan bien cuando el radiador de extremo caliente ya está caliente ya que estos sistemas dependen de la convección para retirar el exceso de calor del elemento radiante. Además, la diferencia de temperatura requerida para mantener una temperatura operativa para la electrónica en un ambiente caliente, como se describiera anteriormente, requiere múltiples etapas de refrigeradores cada uno con un fluido de trabajo diferente. En este respecto, los sistemas de tipo freón estándar no manifiestan la temperatura operativa requerida para estas aplicaciones, un problema adicional es que los sistemas de refrigeración requieren compresores y una multitud de partes móviles, con la reducción consecuente en la conflabilidad y la robustez.

En años recientes, se han hecho intentos por utilizar motores Stirling sin pistones en ambientes calientes, tales como pozos de exploración y producción, con un éxito limitado. Los sistemas dependen de la impulsión activa del pistón de compresión únicamente. El pistón de desplazamiento se conecta únicamente a un muelle para el desplazamiento y la resonancia. Estos sistemas necesitan ser adaptados de modo que el montaje completo alterne en resonancia, por lo cual el pistón de desplazamiento oscila en un movimiento armónico fuera de fase con el movimiento armónico del pistón de compresión. El pistón de compresión puede ser oscilado mediante el uso de un accionador lineal o una combinación de bobina de cobre e imán o mediante una conexión de brazo mecánico a un disco giratorio, como se ilustra en el motor Stirling original. En este respecto, estos motores Stirling sin pistones de ciclo beta pueden ser sumamente eficientes ya que solo un pistón está siendo accionado con una reducción efectiva en la carga mecánica o eléctrica como resultado.

Sin embargo, la relación de fases entre el pistón de compresión y el pistón desplazador es una función de la frecuencia resonante del sistema la cual es una función de las masas de los pistones, las relaciones de compresión, la presión del fluido de trabajo y la temperatura del fluido de trabajo. Conforme la temperatura del fluido de trabajo incrementa como resultado de un ambiente externo caliente, la presión del fluido de trabajo también cambia, el resultado es un cambio en la frecuencia resonante del sistema el cual altera la relación de fases entre los pistones. En la práctica, la forma de trapecio del ciclo de Carnot disminuye y disminuye conforme el ángulo de fase de los dos pistones disminuye de los 60 grados típicos a 0 grados. En este respecto, un motor Stirling sin pistones se vuelve cada vez menos eficiente conforme el fluido de trabajo cambia de temperatura y presión además de que el ciclo colapsa y la relación de fases desciende a un ángulo de fase de cero grados lo que significa que no hay una tendencia entre los lados caliente y frío del sistema. El motor Stirling sin pistones requiere que el lado caliente sea enfriado activamente de alguna manera.

En el caso de una aplicación de la tecnología de enfriador Stirling dentro de un pozo de perforación para la exploración o producción, el ambiente puede estar muy caliente (hasta 175°C) . El enfriamiento se tiene que realizar por vía de la convección al (los) líquido(s) del pozo de perforación, preferiblemente mientras la herramienta del fondo del pozo está en movimiento. El enfriador Stirling tiene que ser dispuesto para funcionar en estas condiciones de ambientes calientes. Transferirá energía térmica en una eficiencia total de aproximadamente 25% y como tal permitirá el enfriamiento de una fuente fría, la cual a su vez está dentro de un matraz Dewar.

El documento US 2006/0144619 Al describe un aparato para la circulación de un refrigerante a través de un conducto térmico que está acoplado de manera térmica a un elemento de intercambio de calor del chasis que incluye una pluralidad de secciones de recepción acopladas de manera térmica a una pluralidad correspondiente de dispositivos electrónicos. La temperatura de uno o más de la pluralidad de dispositivos electrónicos se puede percibir y el caudal del refrigerante se puede ajustar de acuerdo con la temperatura percibida. El conducto térmico se puede colocar en comunicación de fluidos con un intercambiador de calor, quizás sumergido en un material, tal como en un material de cambio de fase, que incluye un material de cambio de fase eutéctico, un sólido, un líquido o un gas. Se puede utilizar una variedad de mecanismos para enfriar el aparato cuando se lleva a la superficie después de la operación en el pozo de perforación. En algunos casos, es deseable retirar y reemplazar completamente el aparato. En otros casos, se utiliza una bomba de carga. La bomba de carga se puede utilizar para hacer circular el refrigerante en el conducto del aparato. Para una vuelta rápida, el refrigerante puede ser enfriado mientras se hace circular. Esto puede ocurrir ya sea al reemplazar el refrigerante por un nuevo refrigerante o al enfriar simplemente el refrigerante existente y hacerlo circular dentro del conducto hasta que la temperatura del refrigerante que se hace circular permanezca a una temperatura seleccionada.

El documento US2004/00264543 Al describe un sistema de gestión de temperatura para gestionar la temperatura de un componente térmico, discreto. El sistema de gestión de temperatura comprende un intercambiador de calor en contacto térmico con el componente térmico. El sistema también comprende un dispositivo de transferencia de fluido que hace circular un fluido refrigerante a través de un sistema de conductos térmicos. Conforme el refrigerante fluye a través del intercambiador de calor, absorbe calor del componente. Con la salida del intercambiador de calor, el refrigerante calentado fluye al disipador de calor donde el disipador de calor absorbe el calor del fluido refrigerante, el disipador de calor comprende un material de cambio de fase . El material de cambio de fase se diseña para aprovechar el calor absorbido durante el cambio de fase en ciertos intervalos de temperatura. Por ejemplo, el material de cambio de fase puede ser un material eutéctico que tiene una composición de componentes diseñada para lograr un punto de fusión deseado para el material. El punto de fusión deseado aprovecha el calor latente de la fusión para absorber energía. Cuando el material cambia su estado físico, absorbe energía sin un cambio en la temperatura del material. Por lo tanto, el calor adicional solo cambiará la fase del material, no su temperatura. Para aprovechar el calor latente de la fusión, el material eutéctico tendría un punto de fusión abajo del punto de ebullición del agua y abajo de la temperatura de mantenimiento deseada del componente térmico.

Sumario de la Invención La invención tiene por objetivo remediar o reducir por lo menos una de las desventajas de la técnica anterior o por lo menos proporcionar una alternativa útil para la técnica anterior.

Breve Descripción de la Figura A continuación se describe un ejemplo de una modalidad preferida la cual se visualiza en el dibujo asociado, en el cual: La Figura 1 representa una sección axial de un objeto enfriado que está conectado a una fuente fría acoplada térmicamente a un sistema de refrigeración de acuerdo con la invención.

Descripción Detallada de la Invención El objetivo se logra a través de cualidades las cuales se especifican en la descripción posterior y en las reivindicaciones que siguen.

La expresión "herramienta del fondo del pozo" se utiliza para cualquier objeto que se proporcione en un pozo de perforación con el propósito de que sea utilizado cuando se ejecuta una acción (aparato) o cuando se obtiene información (sensor) .

Un dispositivo de enfriamiento se acopla térmicamente a una herramienta del fondo del pozo, en lo sucesivo también llamada objeto enfriado, que requiere una temperatura de operación considerablemente inferior a la temperatura ambiente que está presente en los pozos de perforación en la mayoría de estructuras productoras de petróleo y/o gas, por ejemplo herramientas de registro que utilizan la imagenología de retrodispersión de rayos X para obtener imágenes de mecanismos y componentes en el pozo, para mantener una temperatura favorable de la herramienta, el dispositivo de enfriamiento se dispone con una fuente fría conectada térmicamente al objeto enfriado. La fuente fría está actuando como receptor de la energía térmica que es retirada del objeto enfriado es decir la herramienta del fondo del pozo. La fuente fría se dispone en la forma de un cuerpo de metal sólido. Para el propósito del fondo del pozo, el cuerpo de metal es preferiblemente cilindrico.

La fuente fría se puede conectar con un sistema de refrigeración dispuesto para cargar la fuente fría, es 26 RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se describe un dispositivo de enfriamiento de herramientas del fondo del pozo (2) en donde una herramienta del fondo del pozo (1) se acopla térmicamente a una fuente fría recargable (21) que comprende un cuerpo sólido de la fuente fría (211) que está contenido en un recipiente de medio de enfriamiento aislado (22) y en donde la herramienta del fondo del pozo (1) se acopla térmicamente a la fuente fría (21) por medio de un circuito de enfriamiento (23) que comprende un primer intercambiador de calor (11) dispuesto en la herramienta del fondo del pozo (1) y de una manera de comunicación de fluidos que está interconectado con un segundo intercambiador de calor (231) dispuesto en el cuerpo sólido de la fuente fría (211) , en donde un sistema de refrigeración (5) se acopla térmicamente a la fuente fría (21) durante una operación del fondo del pozo del dispositivo de enfriamiento (2) . Adicionalmente se describe un método para enfriar una herramienta del fondo del pozo (1) . También se describe el uso de un cuerpo sólido de la fuente fría enfriado previamente (211) contenido en un recipiente de medio de enfriamiento aislado (22) como una fuente fría (21) para un circuito de enfriamiento (23) que está acoplado térmicamente a una herramienta del fondo del pozo (1) que necesita el enfriamiento durante operaciones del fondo del pozo. decir el enfriamiento del metal sólido de la fuente fría.

La fuente fría está contenida en un recipiente de medio de enfriamiento aislado, por ejemplo un matraz de Dewar. La fuente fría comprende una línea de flujo de fluido integrada que está conectada a un circuito de enfriamiento capaz de hacer circular un medio de enfriamiento a través de la fuente fría, la línea de flujo de fluido integrada actúa como un primer intercambiador de calor que trasfiere energía térmica del medio de enfriamiento al metal de la fuente fría y a través de un segundo intercambiador de calor en el objeto enfriado con el propósito de retirar la energía térmica del objeto enfriado, es decir la herramienta en cuestión, transfiriendo la energía térmica a la fuente fría. Preferiblemente las porciones del circuito de enfriamiento que conectan la fuente fría y el segundo intercambiador de calor se aislan para evitar la transferencia indeseable de energía térmica del ambiente al medio de enfriamiento.

El recipiente de la fuente fría comprende medios de acoplamiento del sistema de refrigeración para permitir que el sistema de refrigeración sea desconectado de la fuente fría. El propósito de la desconexión del sistema de refrigeración es intercambiar el sistema de refrigeración por otro con el propósito de adaptar la capacidad de enfriamiento total a los requerimientos de la operación que es realizada. Adicionalmente , la carga inicial puede tener lugar en la superficie utilizando un refrigerador estacionario de alta capacidad antes, de la reconexión del sistema de refrigeración y la fuente fría.

Una interconexión del recipiente de la fuente fría/sistema de refrigeración comprende medios de intercambio de calor para lograr un acoplamiento térmico eficiente durante la carga de la fuente fría.

El sistema de refrigeración se puede disponer como un sistema de circulación de nitrógeno líquido, una máquina Stirling o un refrigerador regular que utiliza un ciclo de compresión y evaporador individual o una serie de ciclos de compresión y evaporador vinculados. Para las operaciones a largo plazo del fondo del pozo, se prefiere una máquina Stirling.

El sistema de refrigeración se puede disponer para operar durante interrupciones en las operaciones del objeto enfriado, es decir la herramienta en cuestión. De ese modo los requerimientos con respecto a la transferencia de energía de una instalación superficial se reducen.

El medio de enfriamiento es preferiblemente un fluido.

El circuito de enfriamiento comprende una bomba de circulación conectada a un controlador de la bomba.

El circuito de enfriamiento y el recipiente del medio de enfriamiento pueden comprender uno o más medios de expansión del medio de enfriamiento, por ejemplo acumulador (es) , pistón(es) o fuelle(s) para adaptar los volúmenes de medios disponibles a los cambios de volúmenes de medios de enfriamiento actuales debido al cambio en las temperaturas de los medios de enfriamiento.

Preferiblemente, se instalan sensores de temperatura en la fuente fría y cerca del objeto enfriado. Los sensores se utilizan para supervisar el cambio en la temperatura de la herramienta y aquella de la fuente fría conforme el montaje desciende en un pozo caliente. Durante la operación del dispositivo de enfriamiento, el medio de enfriamiento transferirá calor a la fuente fría, la fuente fría es calentada a pesar de la carga realizada por el sistema de refrigeración. De esta manera, habrá una disminución gradual en la capacidad de enfriamiento para la misma cantidad de flujo de líquido. Para compensarlo, la velocidad de la bomba, es decir la velocidad de flujo del medio de enfriamiento se puede alterar para lograr aún un enfriamiento suficiente. Un microprocesador del fondo del pozo con la lógica de los elementos de programación (software) especializada puede utilizar las entradas del sensor de temperatura para optimizar el flujo del medio de enfriamiento y en consecuencia ajustar la velocidad de la bomba .

La operación continua de un objeto enfriado como una cámara de rayos X del fondo del pozo requerirá la implementación exitosa de algunos elementos clave: • El uso prolongado de la fuente fría dependerá en gran medida de un excelente aislamiento total del equipo completo involucrado en el intercambio de calor.

• Los medios de enfriamiento que se utilizan necesitan tener características de transferencia de calor muy buenas, necesitan tener poco cambio en la viscosidad con la temperatura y preferiblemente un gran margen entre los puntos de congelamiento y ebullición.

• La lógica del software y la herramienta utilizada para operar el sistema de enfriamiento necesita ejecutar un bucle de retroalimentación continuo y una optimización de recursos para asegurar un tiempo de operación máximo. La entrada de diversos sensores de temperatura se utiliza para supervisar la temperatura ambiente del pozo de perforación, la temperatura del objeto enfriado así como también la temperatura de la fuente fría. El objeto enfriado se enfría por consiguiente a través de la variación de la velocidad de la bomba. Las interrupciones durante la operación de la herramienta se pueden utilizar para ejecutar el sistema de refrigeración para enfriar de nuevo la fuente fría, especialmente si el sistema de refrigeración es una máquina Stirling. La capacidad de enfriamiento restante se modela de antemano y se reporta al ingeniero en la superficie por vía de medios de transferencia de señales conocidos per se.

• Cuando los límites de temperatura son excedidos, el sistema emite primero alertas y en caso de que el ingeniero no tome alguna acción es capaz de realizar una parada de emergencia.

En un primer aspecto, la invención se refiere particularmente a un dispositivo de enfriamiento de herramientas del fondo del pozo, en donde una herramienta del fondo del pozo se acopla térmicamente a una fuente fría recargable que comprende un cuerpo sólido de la fuente fría que está contenido en un recipiente de medio de enfriamiento aislado y en donde la herramienta del fondo del pozo se acopla térmicamente a la fuente fría por medio de un circuito de enfriamiento que comprende un primer intercambiador de calor dispuesto en la herramienta del fondo del pozo y de una manera de comunicación de fluidos que está interconectado con un segundo intercambiador de calor dispuesto en el cuerpo sólido de la fuente fría, en donde un sistema de refrigeración se acopla térmicamente a la fuente fría durante una operación del fondo del pozo del dispositivo de enfriamiento.

El circuito de enfriamiento puede comprender una bomba de circulación dispuesta con un controlador de bomba que genera señales de control de bomba por lo menos con base en una entrada de los sensores de temperatura localizados en la herramienta del fondo del pozo y en la fuente fría.

El circuito de enfriamiento puede comprender medios de expansión del medio del enfriamiento capaces de contener una porción variable de un medio de enfriamiento incluido en el circuito de enfriamiento.

El recipiente del medio de enfriamiento puede comprender medios de acoplamiento para el sistema de refrigeración, una interconexión del recipiente/sistema de refrigeración que forma el acoplamiento térmico entre la fuente fría y el sistema de refrigeración.

El sistema de refrigeración se puede elegir del grupo que comprende un sistema de circulación de nitrógeno líquido, una máquina Stirling y un refrigerador que utiliza un ciclo de compresión y evaporación individual o una serie de ciclos de compresión y evaporación vinculados.

En un segundo aspecto, la invención se refiere en particular a un método para enfriar una herramienta del fondo del pozo, en donde el método comprende los pasos que consisten en: cargar una fuente fría mediante el enfriamiento de un primer medio de enfriamiento contenido en un recipiente de medio de enfriamiento aislado; hacer circular un primer medio de enfriamiento en un circuito de enfriamiento que interconecta un primer intercambiador de calor y un segundo intercambiador de calor; transferir energía térmica de la herramienta del fondo del pozo al primer medio de enfriamiento por vía del primer intercambiador de calor; transferir energía térmica del medio de enfriamiento a la fuente fría por vía del segundo intercambiador de calor, en donde el método comprende el paso adicional que consiste en: cargar la fuente fría por medio de un sistema de refrigeración durante la operación del fondo del pozo de la herramienta del fondo del pozo.

La carga de la fuente fría se puede realizar por medio de un sistema de refrigeración antes de la operación del fondo del pozo de la herramienta del fondo del pozo.

En un tercer aspecto, la invención se refiere en particular al uso de un cuerpo sólido de la fuente fría pre-enfriado que está contenido en un recipiente de medio de enfriamiento aislado como una fuete fría para que un circuito de enfriamiento sea acoplado térmicamente a una herramienta del fondo del pozo que necesita el enfriamiento durante las operaciones de fondo del pozo.

Un objeto enfriado 1, también llamado una herramienta del fondo del pozo, se conecta térmicamente con un dispositivo de enfriamiento 2 por medio de un circuito de enfriamiento 23 que interconecta un primer intercambiador de calor 11 dispuesto en el objeto enfriado 1 y un segundo intercambiador de calor 231 dispuesto en un recipiente de medio de enfriamiento asilado 22.

El dispositivo de enfriamiento 2 comprende una fuente fría 21 en la forma de un cuerpo sólido 211 contenido en el recipiente de medio de enfriamiento 22, el recipiente 22 está preferiblemente en la forma de un matraz de Dewar o similares. El cuerpo sólido 211 se hace de un material que exhibe capacidad térmica y conductividad térmica satisfactorias con el fin de absorber calor a una velocidad razonable, preferiblemente un metal como cobre. El medio de enfriamiento del cuerpo sólido 211 se dispone con una porción de conducto de medio de enfriamiento dispuesta como el segundo intercambiador de calor 231.

El circuito de enfriamiento 23 incluye una bomba de circulación 232 que realiza la circulación de un medio de enfriamiento 3 en el circuito 23 y el primer intercambiador de calor y el segundo intercambiador de calor 11, 231 están conectados a la misma. Los conductos de medio de enfriamiento 234 que constituyen porciones del circuito de enfriamiento 23 y que conectan los intercambiadores de calor 11, 231 se aislan para evitar un calentamiento indeseable del segundo medio de enfriamiento 3 mientras que fluye entre el dispositivo de enfriamiento 2 y el objeto enfriado 1.

El circuito de enfriamiento 23 también incluye medios de expansión del circuito de enfriamiento 236 que permiten que el medio de enfriamiento 3 se expanda en el medio de expansión 236 durante un incremento de temperatura causado por la operación del objeto enfriado 1.

La bomba de circulación 232 se conecta de una manera de comunicación de señales a un controlador de bomba 233. El controlador de bomba 233 incluye varios sensores de temperatura 12, 235 para la supervisión de la temperatura del objeto enfriado 1 y la fuente fría 21, por lo menos. El controlador de bomba 233 se dispone para que el ajuste de la velocidad de la bomba 232 se adapte a la necesidad de capacidad de enfriamiento conforme la . temperatura de la fuente fría 21 se incrementa gradualmente durante las operaciones del fondo del pozo.

El dispositivo de enfriamiento 2 incluye medios de acoplamiento 24 para la conexión de un sistema de refrigeración 5 que comprenden la interconexión del recipiente/sistema de refrigeración 51 que actúa como un acoplamiento térmico para la transferencia de energía térmica entre la fuente fría 21 y el sistema de refrigeración 5 cuando existe la necesidad de cargar el dispositivo de enfriamiento 2. El sistema de refrigeración 5 podría ser conectado de manera liberable al dispositivo de enfriamiento 2 para permitir que el sistema de refrigeración 5 sea liberado si existe la necesidad de intercambiar el sistema de refrigeración 5 por otro (el cual no se muestra) con el propósito de adaptar la capacidad de carga a los requerimientos de la operación que se realiza o para conectar la fuente fría a un refrigerador estacionario (el cual no se muestra) en la superficie antes de hacer descender el objeto enfriado 1 y el dispositivo de enfriamiento 2 dentro del pozo de perforación. El sistema de refrigeración 5 podría estar en la forma de un sistema de circulación de nitrógeno líquido, una máquina Stirling o un refrigerador regular que utiliza un ciclo de compresión y evaporador individual o una serie de ciclos de compresión y evaporador vinculados; sin embargo, cualquier tipo de sistema de refrigeración 5 que ofrezca una capacidad adecuada es pertinente. Se prefiere una máquina Stirling si la capacidad de suministro de energía del fondo del pozo no está permitiendo la operación simultánea del objeto enfriado 1 y el sistema de refrigeración 5. El sistema de refrigeración 5 en la forma de una máquina Stirling se puede disponer para operar durante interrupciones en las operaciones del objeto enfriado 1. De ese modo, los requerimientos con respecto a la transferencia de energía de una instalación de la superficie se reducen.

Mientras que se prepara el montaje de herramienta y dispositivo de enfriamiento 1, 2 para la operación del fondo del pozo, el dispositivo de enfriamiento 2 se (re) carga en la superficie, es decir el medio de enfriamiento 211 contenido en el recipiente de medio de enfriamiento 22 se enfría por medio del sistema de refrigeración 5, posiblemente por un refrigerador estacionario de alta capacidad (el cual no se muestra) localizado en una instalación superficial (la cual no se muestra) conectada al dispositivo de enfriamiento 2 por vía del medio de acoplamiento 24. Después, el montaje de herramienta y dispositivo de enfriamiento 1, 2 con el sistema de refrigeración 5 conectado se hacen descender dentro del pozo de perforación.

Durante la operación de la herramienta del fondo del pozo 1 necesitada de enfriamiento, el medio de enfriamiento 3 se hace circular en el circuito de enfriamiento 23 por medio de la bomba de circulación 232 que es controlada por el controlador de bomba 233 con base en la supervisión de las temperaturas de la herramienta 1 y la temperatura de salida del medio de enfriamiento 3 al segundo intercambiador de calor 231 en la fuente fría 21. De esta manera la energía térmica es transferida de la herramienta del fondo del pozo a la fuente fría 21 por medio de la interacción de los intercambiadores de calor 11, 231, el medio de enfriamiento 3 y la bomba 232. Si ocurre una etapa de capacidad de enfriamiento insuficiente debido a que la temperatura de la fuente fría 21 es muy alta, se puede realizar una carga adicional en un punto mediante la operación del sistema de refrigeración 5 o en el caso de que el sistema de refrigeración 5 no sea capaz de mantener la temperatura prescrita de la fuente fría 2, la adquisición de datos de la herramienta del fondo del pozo se detiene temporalmente y consecuentemente al hacer esto no hay un requerimiento de enfriamiento. El enfriador Stirling se puede poner en funcionamiento para recargar la fuente fría a un nivel suficiente que luego permite el comienzo nuevamente de la operación.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de enfriamiento de herramientas del fondo del pozo (2) , en donde una herramienta del fondo del pozo (1) se acopla térmicamente a una fuente fría recargable (21) que comprende un cuerpo sólido de la fuente fría (211) que está contenido en un recipiente de medio de enfriamiento aislado (22) y en donde la herramienta del fondo del pozo (1) se acopla térmicamente a la fuente fría (21) por medio de un circuito de enfriamiento (23) que comprende un primer intercambiador de calor (11) dispuesto en la herramienta del fondo del pozo (1) y de manera de comunicación de fluidos que está interconectado con un segundo intercambiador de calor (231) dispuesto en el cuerpo sólido de la fuente fría (211) , caracterizado porque un sistema de refrigeración (5) se acopla térmicamente a la fuente fría (21) durante una operación del fondo del pozo del dispositivo de enfriamiento (2) .

2. El dispositivo de enfriamiento (2) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito de enfriamiento (23) comprende una bomba de circulación (232) dispuesta con un controlador de bomba (233) que genera señales de control de bomba por lo menos basados en una entrada de sensores de temperatura (12, 235) localizados en la herramienta del fondo del pozo (1) y en la fuente fría (21) .

3. El dispositivo de enfriamiento (2) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito de enfriamiento (23) comprende medios de expansión del medio de enfriamiento (236) capaces de contener una porción variable de un medio de enfriamiento (3) incluida en el circuito de enfriamiento (23) .

4. El dispositivo de enfriamiento (2) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el recipiente de medio de enfriamiento (22) comprende medios de acoplamiento (24) para el sistema de refrigeración (5) , una interconexión del recipiente/sistema de refrigeración (51) forma el acoplamiento térmico entre la fuente fría (21) y el sistema de refrigeración (5) .

5. El dispositivo de enfriamiento (2) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de refrigeración (5) se elige del grupo que comprende un sistema de circulación de nitrógeno líquido, una máquina Stirling y un refrigerador que utiliza un ciclo de compresión y evaporador individual o una serie de ciclos de compresión y evaporador vinculados.

6. Un método para enfriar una herramienta del fondo del pozo (1) , el método comprende los pasos que consisten en: cargar una fuente fría (21) al enfriar un cuerpo sólido de la fuente fría (211) contenido en un recipiente de medio de enfriamiento aislado (22) ; hacer circular un medio de enfriamiento (3) en un circuito de enfriamiento (23) que interconecta un primer intercambiador de calor y un segundo intercambiador de calor (11, 231); transferir energía térmica de la herramienta del fondo del pozo (1) al medio de enfriamiento (3) por vía del primer intercambiador de calor (11) ; transferir energía térmica del medio de enfriamiento (3) a la fuente fría (21) por vía del segundo intercambiador de calor (231) , caracterizado porque el método comprende el paso adicional que consiste en: - cargar la fuente fría (21) por medio de un sistema de refrigeración (5) durante la operación del fondo del pozo de la herramienta del fondo del pozo (1) .

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la carga de la fuente fría (21) se realiza por medio de un sistema de refrigeración (5) antes de la operación del fondo del pozo de la herramienta del fondo del pozo (1) .

8. El uso de un cuerpo sólido de la fuente fría enfriado previamente (211) contenido en un recipiente de medio de enfriamiento aislado (22) como una fuente fría (21) para un circuito de enfriamiento (23) que se acopla térmicamente a una herramienta del fondo del pozo (1) que necesita el enfriamiento durante operaciones del fondo del pozo.