MX2014015369A - Control de presion en operaciones de perforacion con desfase aplicado en respuesta a condiciones predeterminadas. - Google Patents

Abstract

Un método para controlar la presión en un pozo de sondeo puede incluir, determinar un punto de ajuste de presión de pozo deseado, agregar un desfase al punto de ajuste en respuesta a una presión de pozo real que se desvía del punto de ajuste por una cantidad predeterminada, y ajustar un dispositivo de control de flujo, influenciando así la presión de pozo real hacia el punto de ajuste más el desfase; un sistema de pozo puede incluir un dispositivo de control de flujo que de manera variable restringe el flujo proveniente de un pozo de sondeo; y un sistema de control que determina un punto de ajuste de presión de pozo deseado, compara el punto de ajuste con una presión de pozo real, y agrega un desfase al punto de ajuste en respuesta a una cantidad de desviación predeterminada entre el punto de ajuste y la presión de pozo real, con lo cual el sistema de control ajusta el dispositivo de control de flujo, y de esta manera tiene influencia en la presión de pozo real hacia el punto de ajuste más el desfase.

Description

CONTROL DE PRESION EN OPERACIONES DE PERFORACION CON DESFASE APLICADO EN RESPUESTA A CONDICIONES PREDETERMINADAS CAMPO DE LA INVENCION Esta divulgación generalmente se refiere a equipo utilizado y operaciones ejecutadas en conjunto con un pozo subterráneo y, en un ejemplo que se describe a continuación, de manera más particular permite el control de la presión en operaciones de perforación, con un desfase siendo aplicado a un punto de ajuste de presión en respuesta a ciertas condiciones predeterminadas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Se sabe cómo controlar la presión en un pozo de sondeo al controlar un nivel de presión aplicada al pozo de sondeo en o cerca de la superficie. Esta presión aplicada puede ser a partir de una o más de una variedad de fuentes, tal como, contrapresión aplicada por un estárter en una linea de retorno de lodo, presión aplicada por una bomba de contrapresión dedicada, y/o presión desviada desde una linea de tubo de subida a la linea de retorno de lodo.

Por lo tanto, se apreciará que continuamente se necesitan mejoras en la téenica del control de presión en operaciones de perforación.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista en sección transversal parcialmente representativa de un sistema de perforación de pozo y método asociado que puede incorporar los principios de esta divulgación.

La figura 2 es una vista esquemática representativa de otro ejemplo del sistema y método de perforación de pozo.

La figura 3 es una vista esquemática representativa de un sistema de control de presión y flujo que se puede utilizar con el sistema y método de las figuras 1 y 2.

La figura 4 es un gráfico de flujo representativo para un método ejemplar de control de presión en un pozo de sondeo, dicho método puede incorporar principios de esta divulgación.

Las figuras 5A y 5B son un gráfico de flujo representativo para otro ejemplo del método de control de presión de pozo de sondeo.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION De manera representativa, se ilustra en la figura 1 un sistema de perforación de pozo 10 y método asociado que pueden incorporar los principios de esta divulgación. Sin embargo, claramente se debiera entender que el sistema 10 y el método son simplemente un ejemplo de una aplicación de los principios de esta divulgación en la práctica, y son posibles una amplia variedad de otros ejemplos. Por lo tanto, el alcance de esta divulgación no queda limitado en lo absoluto a los detalles del sistema 10 y el método aquí descrito y/o mostrado en los dibujos.

En el ejemplo de la figura 1, un pozo de sondeo 12 es perforado rotando una broca 14 en un extremo de una sarta de perforación 16. El fluido de perforación 18, comúnmente conocido como lodo, es circulado hacia abajo a través de la sarta de perforación 16, fuera de la broca 14 y hacia arriba a través de un anillo 20 formado entre la sarta de perforación y el pozo de sondeo 12, a fin de enfriar la broca, lubricar la sarta de perforación, remover cortes y proporcionar una medida de control de presión del pozo de sondeo. Una válvula de no retorno 21 (típicamente una válvula de retención tipo trampa) evita el flujo del fluido de perforación 18 hacia arriba a través de la sarta de perforación 16 (por ejemplo, cuando se están realizando conexiones en la sarta de perforación).

El control de la presión del pozo de sondeo es muy importante en una perforación con presión administrada, y en otros tipos de operaciones de perforación. De preferencia, la presión del pozo de sondeo es controlada con precisión para evitar una pérdida excesiva de fluido dentro de la formación de la tierra que rodea al pozo de sondeo 12, la fracturación no deseada de la formación, el caudal de entrada no deseado de fluidos de la formación dentro del pozo de sondeo, etc.

En.una perforación de presión administrada típica, se desea mantener la presión del pozo de sondeo justo ligeramente por encima de una presión de poro de la formación penetrada por el pozo de sondeo, sin exceder una presión de fractura de la formación. Esta téenica es especialmente útil en situaciones donde el margen entre la presión del poro y la presión de fractura es relativamente pequeña.

En una perforación sub-equilibrada típica, se desea mantener la presión del pozo de sondeo de cierta forma por debajo de la presión de poro, obteniendo así un caudal de entrada controlado del fluido proveniente de la formación. En una perforación sobre-equilibrada típica, se desea mantener la presión del pozo de sondeo de cierta forma por arriba de la presión de poro, evitando así (o al menos mitigando) el caudal de entrada de fluido proveniente de la formación.

Se puede agregar nitrógeno u otro gas, u otro fluido de peso más ligero al fluido de perforación 18 para el control de la presión. Esta técnica es útil, por ejemplo, en operaciones de perforación sub-equilibradas.

En el sistema 10, un control adicional sobre la presión del pozo de sondeo se obtiene cerrando el anillo 20 (por ejemplo, aislándolo de la comunicación con la atmósfera y permitiendo que el anillo sea presurizado en o cerca de la superficie utilizando un dispositivo de control rotativo 22 (RCD). El RCD 22 sella alrededor de la sarta de perforación 16 por encima de una cabeza de pozo 24. Aunque no se muestra en la figura 1, la sarta de perforación 16 se extendería hacia arriba a través del RCD 22 para conexión, por ejemplo, a una tabla giratoria (que no se muestra), una línea de tubo de subida 26, una barra conductora Kelly (que no se muestra), un accionador superior y/u otro equipo de perforación convencional.

El fluido de perforación 18 sale de la cabeza de pozo 24 a través de una válvula de alas 28 en comunicación con el anillo 20 por debajo del RCD 22. El fluido 18 entonces fluye a través de las líneas de retorno de lodo 30, 73 a un colector de estárter 32, el cual incluye estárteres redundantes 34 (solamente uno de los cuales se pudiera utilizar a la vez). Se aplica contrapresión al anillo 20 al restringir de manera variable el flujo de fluido 18 a través del estárter operativo 34.

Mientras mayor es la restricción al flujo a través del estárter 34, mayor es la contrapresión aplicada al anillo 20. Por lo tanto, la presión pozo abajo (por ejemplo, la presión en el fondo del pozo de sondeo 12, la presión en una zapata de entubado pozo abajo, la presión en una formación o zona particular, etc.), se puede regular de manera conveniente al modificar la contrapresión aplicada al anillo 20. Se puede utilizar un modelo hidráulico, tal como se describe de manera más completa a continuación, para determinar una presión aplicada al anillo 20 en o cerca de la superficie que tendrá como resultado una presión pozo abajo deseada, de manera que un operador (o un sistema de control automatizado) fácilmente puede determinar cómo regular la presión aplicada al anillo en o cerca de la superficie (la cual puede ser medida de manera conveniente) para obtener la presión pozo abajo deseada.

La presión aplicada al anillo 20 se puede medir en o cerca de la superficie a través de una variedad de sensores de presión 36, 38, 40 cada uno de los cuales está en comunicación con el anillo. El sensor de presión 36 detecta la presión por debajo del RCD 22, pero por encima de una pila de dispositivos antierupción (BOP) 42. El sensor de presión 38 detecta la presión en la cabeza del pozo por debajo de la pila BOP 42. El sensor de presión 40 detecta la presión en las lineas de retorno de lodo 30, 73 corriente arriba del colector de estárter 32.

Otro sensor de presión 44 detecta la presión en la linea de tubo de subida 26. Otro sensor de presión todavía 46 detecta la presión corriente abajo del colector de estárter 32, pero corriente arriba de un separador 48, agitador 50 y foso de lodo 52. Sensores adicionales incluyen sensores de temperatura 54, 56, medidor de flujo Coriolis 58 y medidores de flujo 62, 64, 66.

No todos estos sensores son necesarios. Por ejemplo, el sistema 10 podría incluir solamente dos de los tres medidores de flujo 62, 64, 66. Sin embargo, la entrada de todos los sensores disponibles puede ser útil para el modelo hidráulico al determinar cuál debiera ser la presión aplicada al anillo 20 durante la operación de perforación.

Se pueden utilizar otros tipos de sensor si así se desea. Por ejemplo, no es necesario que el medidor de flujo 58 sea un medidor de flujo Coriolis, debido a que se podría utilizar un medidor de flujo de turbina, medidor de flujo acústico, u otro tipo de medidor de flujo.

Además, la sarta de perforación 16 puede incluir sus propios sensores 60, por ejemplo, para medir directamente la presión pozo abajo. Dichos sensores 60 pueden ser del tipo conocido por aquellos expertos en la téenica como presión mientras se perfora (PWD), medición mientras se perfora (MWD) y/o registro mientras se perfora (LWD). Estos sistemas de sensor de sarta de perforación generalmente proporcionan al menos la medición de la presión, y también pueden proporcionar medición de temperatura, detección de características de la sarta de perforación (tal como vibración, peso en broca, sacudida, etc.), características de la formación (tal como resistividad, densidad, etc.) y/u otras mediciones. Se pueden utilizar diversas formas de telemetría cableada o inalámbrica (acústica, impulso de presión, electromagnéticas, etc.) para transmitir las mediciones de sensor pozo abajo a la superficie.

Se podrían incluir sistemas adicionales en el sistema 10, si así se desea. Por ejemplo, se podría utilizar otro medidor de flujo 67 para medir la velocidad de flujo de fluido 18 que sale de la cabeza de pozo 24, otro medidor de flujo Coriolis (que no se muestra) podría ser interconectado directamente corriente arriba o corriente abajo de una bomba de lodo 68 de la torre de perforación, etc.

Se podría incluir una menor cantidad de sensores en el sistema 10, si así se desea. Por ejemplo, la salida de la bomba de lodo de la torre de perforación 68 podría ser determinada contando los golpes de bomba, en lugar de utilizar el medidor de flujo 62 o cualesquiera otros medidores de flujo.

Observar que el separador 48 podría ser un separador de 3 ó 4 fases, o un separador de gas de lodo (en ocasiones referido como un "desgasificador pobre chico"). Sin embargo, el separador 48 no necesariamente es utilizado en el sistema 10.

El fluido de perforación 18 es bombeado a través de la linea de tubo de subida 26 y dentro de la sarta de perforación 16 a través de la bomba de lodo de torre de perforación 68. La bomba 68 recibe el fluido 18 desde el foso de lodo 52 y lo hace fluir a través de un colector de tubo de subida 70 al tubo de subida 26. El fluido 18 entonces circula hacia abajo a través de la sarta de perforación 16, hacia arriba a través del anillo 20, a través de las lineas de retorno de lodo 30, 73, a través del colector de estárter 32, y después a través del separador 48 y el agitador 50 al foso de lodo 52 para acondicionamiento y recirculación.

Observar que, en el sistema 10 tal como hasta ahora se ha descrito, el estárter 34 no puede ser utilizado para controlar la contrapresión aplicada al anillo 20 para el control de la presión pozo abajo, a menos que el fluido 18 esté fluyendo a través del estárter. En operaciones de perforación sobre-equilibradas convencionales, ocurrirá una falta de flujo de fluido 18, por ejemplo, siempre que se realice una conexión en la sarta de perforación 16 (por ejemplo, para agregar otra longitud de tubería de perforación a la sarta de perforación a medida que el pozo de sondeo 12 está siendo perforado a más profundidad), y la falta de circulación requerirá que la presión pozo abajo sea regulada únicamente por la densidad del fluido 18.

Sin embargo, en el sistema 10 se puede mantener el flujo del fluido 18 a través del estárter 34, aún cuando el fluido no circula a través de la sarta de perforación 16 y el anillo 20, mientras que se está realizando una conexión en la sarta de perforación. Por lo tanto, se puede seguir aplicando presión al anillo 20 restringiendo el flujo de fluido 18 a través del estárter 34, aún cuando pudiera no utilizarse una bomba de contrapresión separada.

Cuando el fluido 18 no está circulando a través de la sarta de perforación 16 y el anillo 20 (por ejemplo, cuando se establece una conexión en la sarta de perforación), el fluido se deja fluir desde la bomba 68 al colector de estárter 32 mediante una línea de derivación 72, 75. Por lo tanto, el fluido 18 puede derivar la linea de tubo de subida 26, la sarta de perforación 16 y el anillo 20, y puede fluir directamente desde la bomba 68 a la linea de retorno de lodo 30, la cual permanece en comunicación con el anillo 20. La restricción de este flujo mediante el estárter 34 ocasionará así que se aplique presión al anillo 20 (por ejemplo, en perforación de presión administrada típica).

Tal como se muestra en la figura 1, tanto la línea de derivación 75 como la linea de retorno de lodo 30 están en comunicación con el anillo 20 a través de una sola linea 73. Sin embargo, la linea de derivación 75 y la linea de retorno de lodo 30 en su lugar podrían estar conectadas separadamente a la cabeza de pozo 24, por ejemplo, utilizando una válvula de alas adicional (por ejemplo, debajo del RCD 22), en cuyo caso cada una de las líneas 30, 75 estarían directamente en comunicación con el anillo 20.

Aunque esto pudiera requerir cierta tubería adicional en el sitio de la torre de perforación, el efecto en la presión del anillo sería esencialmente el mismo que conectando la línea de derivación 75 y la línea de retorno de lodo 30 a la línea común 73. Por lo tanto, se debiera apreciar que diversas configuraciones diferentes de los componentes del sistema 10 pueden ser utilizadas, y aún así permanecer dentro del alcance de esta divulgación.

El flujo del fluido 18 a través de la línea de derivación 72, 75 es regulado por un estárter u otro tipo de dispositivo de control de flujo 74. La línea 72 es corriente arriba del dispositivo de control de flujo de derivación 74, y la línea 75 está corriente abajo del dispositivo de control de flujo de derivación.

El flujo del fluido 18 a través de la línea de tubo de subida 26 es sustancialmente controlado por una válvula u otro tipo de dispositivo de control de flujo 76. Debido a que la velocidad del flujo del fluido 18 a través de cada una de las lineas de tubo de subida y derivación 26, 72 es útil para determinar cómo la presión del pozo de sondeo es afectada por estos flujos, los medidores de flujo 64, 66 son mostrados en la figura 1 como estando interconectados en estas lineas.

Sin embargo, la velocidad de flujo a través de la linea de tubo de subida 26 podría ser determinada incluso si únicamente se utilizaran los medidores de flujo 62, 64, y la velocidad de flujo a través de la línea de derivación 72 podría ser determinada incluso si únicamente se utilizaran los medidores de flujo 62, 66. Por lo tanto, se debiera entender que no es necesario que el sistema 10 incluya todos los sensores mostrados en la figura 1 y que se describen aquí, y más bien el sistema podría incluir sensores adicionales, diferentes combinaciones y/o tipos de sensores, etc.

En el ejemplo de la figura 1, se puede utilizar un dispositivo de control de flujo de derivación 78 y un restrictor de flujo 80 para llenar la línea de tubo de subida 26 y la sarta de perforación 16 después que se realiza una conexión en la sarta de perforación, y para igualar la presión entre la línea de tubo de subida y las líneas de retorno de lodo 30, 73 previo a la abertura del dispositivo de control de flujo 76. De otra manera, la repentina abertura del dispositivo de control de flujo 76 antes de que la linea de tubo de subida 26 y la sarta de perforación 16 sean llenadas y presurizadas con el fluido 18 podría ocasionar una presión transitoria indeseable en el anillo 20 (por ejemplo, debido a que el flujo al colector de estárter 32 se perdería temporalmente mientras que la línea de tubo de subida y la sarta de perforación se llenan con fluido, etc.).

Al abrir el dispositivo de control de flujo de derivación de tubo de subida 78 después que se realiza una conexión, se permite que el fluido 18 llene la línea de tubo de subirá 26 y la sarta de perforación 16 mientras que una mayoría sustancial del fluido continúa fluyendo a través de la línea de derivación 72, de esta manera permitiendo una aplicación controlada continua de presión al anillo 20. Después que la presión en la línea de tubo de subida 26 se ha igualado con la presión en las líneas de retorno de lodo 30, 73 y la línea de derivación 75, el dispositivo de control de flujo 76 puede ser abierto, y después el dispositivo de control de flujo 74 puede ser cerrado para desviar lentamente una mayor proporción del fluido 18 desde la línea de derivación 72 a la línea de tubo de subida 26.

Antes que se realice una conexión en la sarta de perforación 16, se puede ejecutar un proceso similar, excepto que a la inversa, para desviar gradualmente el flujo de fluido 18 desde la linea de tubo de subida 26 a la linea de derivación 72 en preparación para la adición de más tubería de perforación a la sarta de perforación 16. Es decir, el dispositivo de control de flujo 74 puede ser abierto gradualmente para desviar en forma lenta una mayor proporción del fluido 18 desde la línea de tubo de subida 26 a la línea de derivación 72, y después se puede cerrar el dispositivo de control de flujo 76.

Observar que el dispositivo de control de flujo 78 y el restrictor de flujo 80 podrían estar integrados en un solo elemento (por ejemplo, un dispositivo de control de flujo que tenga una restricción de flujo ahí), y los dispositivos de control de flujo 76, 78 podrían estar integrados en un solo dispositivo de control de flujo 81 (por ejemplo, un solo estárter que se puede abrir gradualmente para llenar y presurizar en forma lenta la línea de tubo de subida 26 y la sarta de perforación 16 después que se realiza una conexión de tubería de perforación, y después se puede abrir completamente para permitir un flujo máximo mientras se perfora).

Sin embargo, debido a que las torres de perforación convencionales típicas están equipadas con el dispositivo de control de flujo 76 en la forma de una válvula en el colector de tubo de subida 70, y el uso de la válvula de tubo de subida se incorpora en practicas de perforación comunes, los dispositivos de control de flujo individualmente operables 76, 78 preservan el uso del dispositivo de control de flujo 76. Los dispositivos de control de flujo 76, 78 en ocasiones se refieren colectivamente a continuación como si fuesen el dispositivo de control de flujo único 81, pero se debiera entender que el dispositivo de control de flujo 81 puede incluir los dispositivos de control de flujo individuales 76, 78.

En la figura 2 se ilustra de manera representativa otro ejemplo. En este ejemplo, el dispositivo de control de flujo 76 está conectado corriente arriba del colector de tubo de subida 70 de la torre de perforación. Este arreglo tiene ciertos beneficios, tal como que no se requieren modificaciones al colector de tubo de subida 70 de la torre de perforación o a la linea entre el colector y la barra conductora Kelly, la válvula de purgado del tubo de subida 82 de la torre de perforación se puede utilizar para ventilar el tubo de subida 26 como en operaciones de perforación normales (los trabajadores de la torre de perforación no necesitan cambiar el procedimiento), etc.

El dispositivo de control de flujo 76 puede ser interconectado entre la bomba de torre de perforación 68 y el colector de tubo de subida 70 utilizando, por ejemplo conectores rápidos 84, (tal como, uniones de martillo, etc.). Esto permitirá que el dispositivo de control de flujo 76 sea convenientemente adaptado para interconexión en diversas lineas de bomba de las torres de perforación.

Se puede utilizar un dispositivo de control de flujo completamente automatizado adaptado en forma especial 76 (por ejemplo, controlado automáticamente por el controlador 96 que se muestra en la figura 3) para controlar el flujo a través de la linea de tubo de subida 26, en lugar de utilizar la válvula de tubo de subida convencional en un colector de tubo de subida 70 de la torre de perforación. Todo el dispositivo de control de flujo 81 puede ser personalizado para uso tal como aquí se describe (por ejemplo, para controlar el flujo a través de la linea de tubo de subida 26 en conjunto con la desviación de fluido 18 entre la linea de tubo de subida y la linea de derivación 72 para asi controlar la presión en el anillo 20, etc.), en lugar de que sea para propósitos de perforación convencionales.

En el ejemplo de la figura 2, opcionalmente se utiliza una válvula remotamente controlable u otro dispositivo de control de flujo 160 para desviar el flujo del fluido 18 desde la linea de tubo de subida 26 a la linea de retorno de lodo 30 corriente abajo del colector de estárter 32, a fin de transmitir señales, datos, comandos, etc. a las herramientas pozo abajo (tal como el ensamble de fondo de pozo de la figura 1 incluyendo los sensores 60, otro equipo, incluyendo motores de lodo, dispositivos de desviación, controles de orientación, etc.)· El dispositivo 160 es controlado por un controlador de telemetría 162, el cual puede codificar información como una secuencia de desviaciones de flujo detectables por las herramientas pozo abajo (por ejemplo, una cierta disminución en el flujo a través de una herramienta de fondo de pozo será el resultado de una desviación de flujo correspondiente por el dispositivo 160 desde la linea de tubo de subida 26 a la linea de retorno de lodo 30).

Se proporciona un controlador de telemetría conveniente y un dispositivo de control de flujo remotamente operable conveniente en el sistema GEO-SPAN(TM) comercializado por Halliburton Energy Services, Inc. el controlador de telemetría 162 se puede conectar al sistema INSITE (TM) u otra interfaz de adquisición y control 94 en el sistema de control 90. Sin embargo, se pueden utilizar otros tipos de controladores de telemetría y dispositivos de control de flujo para mantenerse dentro del alcance de esta divulgación.

Observar que cada uno de los dispositivos de control de flujo 74, 76, 78 y estárteres 34 de preferencia son controlables en forma remota y automática para mantener una presión pozo abajo deseada al mantener una presión de anillo deseada en o cerca de la superficie. Sin embargo, cualquiera de uno o más de estos dispositivos de control de flujo 74, 76, 78 y estárteres 34 podria ser manualmente controlado, manteniéndose dentro del alcance de esta divulgación.

Un sistema de control de presión y flujo 90 que se puede utilizar en conjunto con el sistema 110 y métodos asociados de las figuras 1 y 2 se ilustra de manera representativa en la figura 3. El sistema de control 90 de preferencia es completamente automatizado, aunque se puede utilizar cierta intervención humana, por ejemplo, para protección contra una operación inadecuada, iniciar ciertas rutinas, actualizar parámetros, etc.

El sistema de control 90 incluye un modelo hidráulico 92, una interfaz de adquisición y control de datos 94 y un controlador 96 (tal como un controlador lógico programable o PLC, una computadora convenientemente programada, etc.), aunque estos elementos 92, 94, 96 se muestran separadamente en la figura 3, cualquiera o todos estos se podria combinar en un solo elemento, o las funciones de los elementos podrían ser separadas en elementos adicionales, otros elementos adicionales y/o se podrían proporcionar funciones, etc.

El modelo hidráulico 92 se utiliza en el sistema de control 90 para determinar una presión de anillo deseada en o cerca de la superficie para lograr una presión pozo abajo deseada. Los datos tales como la geometría de pozo, propiedades de fluido e información de pozo de desfase (tal como el gradiente geotérmico y el gradiente de presión de poro, etc.) son utilizados por el modelo hidráulico 92 para realizar esta determinación, así como datos de sensor en tiempo real adquiridos por la interfaz de adquisición y control de datos 94.

Por lo tanto, hay una transferencia continua de dos vías de datos e información entre el modelo hidráulico 92 y la interfaz de adquisición y control de datos 94. Es importante apreciar que la interfaz de adquisición y control de datos 94 opera para mantener un flujo sustancialmente continuo de datos en tiempo real desde los sensores 44, 54, 66, 62, 64, 60, 58, 46, 36, 38, 40, 56, 67 al modelo hidráulico 92, de manera que el modelo hidráulico tiene la información que necesita para adaptarse a las circunstancias cambiantes y actualizar la presión de anillo deseada, y el modelo hidráulico opera para suministrar a la interfaz de adquisición y control de datos sustancialmente en forma continua un valor para la presión de anillo deseada.

Un modelo hidráulico conveniente para uso como el modelo hidráulico 92 en el sistema de control 90 es el REAL TIME HYDRAULICS (TM) o GB SETPOINT (TM) comercializados por Halliburton Energy Services, Inc. de Houston, Texas Estados Unidos. Otro modelo hidráulico conveniente es proporcionado bajo el nombre comercial IRIS (TM), y otro todavía está disponible de SINTEF de Trondheim, Noruega. Se puede utilizar cualquier modelo hidráulico conveniente en el sistema de control 90 que se apegue a los principios de esta divulgación.

La interfaz de adquisición y control de datos conveniente para uso como la interfaz de adquisición y control de datos 94 en el sistema de control 90 son SENTRY (TM) e INSITE (TM) comercializados por Halliburton Energy Services, Inc. Se puede utilizar cualquier interfaz de adquisición y control de datos en el sistema de control 90 que se apegue a los principios de esta divulgación.

El controlador 96 opera para mantener una presión de anillo de punto de ajuste deseado controlando la operación del estárter de retorno de lodo 34 y otros dispositivos. Por ejemplo, el controlador 96 también se puede utilizar para controlar la operación de los dispositivos de control de flujo de tubo de subida 76, 78 y el dispositivo de control de flujo de derivación 74. Por lo tanto, el controlador 96 puede ser utilizado para automatizar los procesos de desviar el flujo del fluido 18 de la línea de tubo de subida 26 a la línea de derivación 72 antes de realizar una conexión en la sarta de perforación 16, después desviando el flujo desde la línea de derivación a la línea de tubo de subida después que se realiza la conexión, y después reanudando la circulación normal del fluido 18 para perforación. Una vez más, puede no ser requerida la intervención humana en estos procesos automatizados, aunque se puede utilizar la intervención humana si así se desea, por ejemplo, para iniciar cada proceso a su vez, para operar manualmente un componente del sistema, etc.

Se pueden utilizar téenicas de validación y predicción de datos en el sistema 90 para protección contra el uso de datos erróneos, a fin de asegurar que determinados valores estén el línea con los valores predichos, etc. técnicas de validación y predicción de datos convenientes se describen en la solicitud internacional número PCT/US11/59743, aunque se pueden utilizar otras técnicas si así se desea.

En el pasado, cuando se transmitía una presión de anillo deseada actualizada desde la interfaz de adquisición y control de datos 94 al controlador 96, el controlador utilizaba la presión de anillo deseada como un punto de ajuste y la operación controlada del estárter 34 en una manera (por ejemplo, incrementando o disminuyendo la resistencia al flujo a través del estárter según fuese necesario) para mantener la presión de punto de ajusta en el anillo 20. El estárter 34 fue cerrado más para incrementar la resistencia al flujo, o abierto más para disminuir la resistencia al flujo.

El mantenimiento de la presión de punto de ajuste se logró comparando la presión de punto de ajuste con una presión medida del anillo (tal como la presión detectada por cualquiera de los sensores 36, 38, 40), y disminuyendo la resistencia al flujo a través del estárter 34 en caso que la presión medida fuese mayor que la presión de punto de ajuste e incrementando la resistencia al flujo a través del estárter en caso que la presión medida fuese menor que la presión de punto de ajuste. Infortunadamente, el ajuste del estárter típicamente fue determinado por un controlador de derivado integral proporcional (PID), y de esta manera (dependiendo de los coeficientes ingresados al controlador PID) el estárter fácilmente podría ser sobre-ajustado o sub-ajustado, o a este le podría tomar un mayor tiempo avanzar a través de un número de incrementos necesarios para finalmente colocar el estárter en donde debiera estar colocado para mantener la presión de anillo deseado.

Un motivo para esta situación fue que los coeficientes utilizados en el controlador PID eran los mismos durante la operación de perforación, y fueron seleccionados para uso en condiciones de perforación normales, relativamente en "estado constante". Estos mismos coeficientes no fueron ideales para uso cuando las condiciones fueron modificadas rápidamente, tal como, cuando se experimentó un cambio repentino en la presión o velocidad de flujo.

Sin embargo, en un ejemplo de un método descrito de manera más completa a continuación, dichas condiciones de perforación rápidamente cambiantes pueden ser respondidas de manera más rápida agregando un desfase al punto de ajuste de presión. La adición del desfase al punto de ajuste de presión tendrá como resultado que el estárter 34 sea ajustado de manera más rápida a una posición apropiada para controlar las condiciones de perforación cambiantes. Cuando se han reanudado las condiciones relativamente en estado constante, el desfase se puede eliminar, de manera que el controlador 96 ajustará el estárter 34 para mantener el punto de ajuste de presión deseado en el pozo.

Haciendo referencia ahora a la figura 4, de manera representativa se ilustra en la forma de un gráfico de flujo simplificado un método 100 para controlar la presión en un pozo de sondeo. El método 100 se puede utilizar con el sistema 10 antes descrito, o se puede utilizar con otros sistemas.

En un paso inicial 102 del método 100, se determina una presión de punto de ajuste deseada. En el sistema 10, la presión de punto de ajuste corresponde a una presión en el anillo 20 en o cerca de la cabeza de pozo 24. La presión puede ser medida en cualquier punto corriente arriba del colector de estárter 32.

Sin embargo, en otros ejemplos, el punto de ajuste de presión podría ser para una ubicación diferente a la cabeza de pozo 24. Por ejemplo, el punto de ajuste de presión podría ser para una ubicación pozo abajo (tal como, en una zapata de entubado, en una formación sensible, en un fondo del pozo de sondeo 12, etc.). En ese caso, se puede utilizar una medición de presión real pozo abajo o de superficie para comparación con el punto de ajuste de presión por el controlador 96.

En el paso 104 se mide una presión de pozo real. Tal como se analizó antes, la medición de presión se puede realizar en cualquier ubicación del pozo, por ejemplo, los sensores de presión de superficie 36, 38, 40 o sensores pozo abajo 60 (o sensores submarinos) pueden ser utilizados para la medición de presión.

En el paso 106, la presión de pozo real se desvía del punto de ajuste de presión deseado. En el sistema 10, la comparación entre las presiones de pozo real y deseada es ejecutada por el controlador 96.

En operaciones de perforación relativamente en estado constante, se espera que ocurrirá cierta desviación entre las presiones de pozo real y deseada, y el estárter 34 es ajustado automáticamente por el controlador 96 según sea necesario para reducir al mínimo (o, idealmente, eliminar) esta desviación. Sin embargo, cuando ocurre una desviación grande, el método 100 proporciona un "arranque" agregado al punto de ajuste de presión (en una dirección en la cual la presión real necesita cambiar a fin de moverse hacia la presión deseada), de manera que el controlador 96 ajustará de manera más rápida el estárter 34 a una posición en la cual la presión real estará en o cerca de la presión deseada.

En el paso 108 se agrega un desfase al punto de ajuste de presión deseado, en caso que una diferencia entre las presiones real y deseada sea mayor que una cantidad predeterminada. La cantidad predeterminada es elegida de manera que, durante operaciones de perforación relativamente en estado constante, el desfase no será agregado al punto de ajuste de presión. El desfase únicamente se agrega si la diferencia entre las presiones real y deseada es lo suficientemente grande.

En el paso 110, el controlador 96 ajusta el estárter 34 según sea necesario para influenciar la presión real hacia el punto de ajuste de presión más el desfase agregado en el paso 108. Por ejemplo, si la presión real es lo suficientemente menor que el punto de ajuste de presión, se podría agregar un desfase positivo al punto de ajuste, de manera que el controlador 96 opera el estárter 34 para restringir inicialmente el flujo del fluido 18 proveniente del anillo 20 más de lo que lo haría si únicamente el punto de ajuste de presión fuese utilizado por el controlador para controlar la operación del estárter. Por el contrario, si la presión real es lo suficientemente mayor que el punto de ajuste de presión, se podría agregar un desfase negativo al punto de ajuste, de manera que el controlador 96 opera el estárter 34 para restringir inicialmente el flujo del fluido 18 proveniente del anillo 20 menos de lo que lo haría si únicamente el punto de ajuste de presión fuese utilizado por el controlador para controlar la operación del estárter.

En el paso 112, el desfase ya no es utilizado cuando se reanudan las operaciones de perforación de estado relativamente constante. Si la desviación grande que disparó el uso del desfase no está presente, entonces se elimina el desfase, de manera que el controlador 96 nuevamente opera el estárter 34 para mantener la presión real en el punto de ajuste de presión deseado (sin el desfase).

Haciendo referencia adicionalmente ahora a las figuras 5A y 5B, se ilustra en forma representativa en una forma de gráfico de flujo un ejemplo más detallado del método 100. El ejemplo de las figuras 4A y 5B es simplemente una aplicación de los principios de esta divulgación a una situación de perforación particular, pero una amplia variedad de otras situaciones de perforación se puede beneficiar de los principios de esta divulgación, y de esta manera debiera quedar claro que el alcance de esta divulgación no queda limitado en lo absoluto a alguno de los detalles del sistema 10 o método 100 mostrados en los dibujos o que aquí se describen.

El gráfico de flujo de las figuras 5A y 5B es para una rutina nombrada "estárteres guia" para indicar su uso al avanzar más rápidamente los estárteres 34 hacia su posición apropiada para mantener la presión real en el punto de ajuste de presión deseado. La situación de perforación tratada por la rutina es una en la cual una repentina disminución en el flujo a través de estárter 34 ocasiona una calda grande repentina en la presión corriente arriba del estárter. Dicha situación podría ocurrir, por ejemplo, si la velocidad de flujo de la bomba de lodo 68 disminuye repentinamente, si otro dispositivo de control de flujo tiene un mal funcionamiento o si es operado de manera inapropiada, si se experimenta una perdida de fluido grande pozo abajo, etc.

Variables utilizadas en la rutina de estárteres guía son de la siguiente forma: WHP - presión medida real en el anillo 20 en o cerca de la cabeza de pozo 24, corriente arriba del estárter 34.

WHP_Objetivo - un punto de ajuste de presión deseado emitido por el modelo hidráulico 92; CD_Hidrostático - presión hidrostática a una profundidad de control a lo largo del pozo de sondeo 12 (una profundidad a al cual se desea mantener una presión deseada); CD_Objetivo - presión deseada (presión hidrostática más presión por fricción, en caso de haberla) a la profundidad de control; ApagarEstárteresGuíaDentro - una desviación entre la presión real y el punto de ajuste de presión deseado, por debajo del cual no se agrega un desfase al punto de ajuste de presión deseado, Bombas_Abajo_Desfase -un desfase elegido específicamente para una situación de perforación en la cual la velocidad de flujo desde la bomba de lodo 68 disminuye repentinamente; Velocidad_Flujo_Inyección - la velocidad de flujo del fluido 18 dentro de la sarta de perforación 16; Flujo_delta - Un cambio en la velocidad de flujo de inyección; Tiempo_Delta - una diferencia de tiempo entre la velocidad de flujo de inyección actual y la velocidad de flujo de inyección previa; Cambio_Velocidad - el cambio en la velocidad de flujo de inyección dividido entre la diferencia de tiempo; UmbralCambioVelocidadFlujo - un cambio en la velocidad de flujo por unidad de tiempo, por encima del cual se indica la adición de un desfase; EstadoEstárteresGuía - indica si el desfase se va a agregar al punto de ajuste de presión deseado; DesfaseEstárteresGuía - el desfase aplicado al punto de ajuste de presión deseado como resultado de la rutina de los estárteres delanteros; CambioVelocidadFluj oMáximoActual - el cambio máximo en la velocidad de flujo a medida que se desarrolla la rutina; CambioVelocidadFlujoMáximoUltimo - un cambio máximo previo en la velocidad de flujo; Flujo_Previo - una velocidad de flujo previo utilizada en la rutina; Sello_Hora_Flujo_Previo - un tiempo en el cual se registró la velocidad de flujo previo; DesfaseEstárteresGuíaPrevio - un desfase previo aplicado al punto de ajuste de presión deseado; EstadoEstárteresGuiaPrevio - un estado previo respecto a si el desfase fue agregado al punto de ajuste de presión deseado.

Aquellos expertos en la téenica apreciarán que la adición del desfase en la rutina de estárteres guia mostrada en las figuras 5A y 5B es "disparada" cuando la velocidad de cambio de la velocidad de flujo de inyección ( Cambio-Velocidad) es mayor que o igual a un nivel predeterminado ( UmbralCambioVelocidadFlujo) , y la presión medida real ( WHP) es menor que un punto de ajuste de presión deseado ( WHP_Objetivo ) por una cantidad predeterminada ( ApagarEstárteresGuíaDentro ) . Si se satisfacen estas condiciones (y otras), entonces se agrega un desfase ( DesfaseEstárteresGuía ) al punto de ajuste de presión deseado.

El desfase ( DesfaseEstárteresGuí ) puede ser el desfase previamente seleccionado ( Bombas_Abajo_Desfase ) para esta situación de perforación particular. De manera alternativa, si el punto de ajuste de presión más el desfase fuese mayor que la presión deseada a la profundidad de control ( CD_Objetivo ) menos la presión hidrostática a esa profundidad (CD_Hidrost atica) , entonces el desfase se puede reducir a la diferencia entre la presión deseada a la profundidad de control menos la presión hidrostática a esa profundidad. Esto es para mitigar la posibilidad de que el estárter 34 pudiera restringir demasiado el flujo con la adición del desfase al punto de ajuste de presión, de manera que un exceso de presión es aplicado a la profundidad de control.

En otros ejemplos, se podrían tratar diferentes situaciones de operación de perforación. Por ejemplo se podrían proporcionar rutinas separadas para corregir caudales de entrada de fluido, pérdidas de fluido, realizar conexiones en la sarta de perforación l6, o cualquier otra situación. Por lo tanto, el alcance de esta divulgación no queda limitado a utilizar el desfase únicamente cuando se experimenta una disminución repentina de la velocidad del flujo.

Ahora se puede apreciar de manera más completa que la divulgación anterior proporciona avances significativos a la téenica del control de presión en operaciones de perforación. El método 100 se puede utilizar para controlar el estárter 34 según sea necesario para reestablecer rápidamente una presión de pozo de sondeo deseada. En un ejemplo antes descrito, se puede agregar un desfase a un punto de ajuste de presión del pozo de sondeo 12 deseado, de manera que el estárter 34 es ajustado de manera más rápida según sea necesario para mantener la presión deseada en el pozo de sondeo.

Se describió antes un método 100 para controlar la presión en un pozo de sondeo 112 en una operación de perforación de pozo. En un ejemplo, el método 100 comprende: determinar un punto de ajuste de presión de pozo deseado; agregar un desfase al punto de ajuste de presión de pozo en respuesta a una presión de pozo real que se desvía del punto de ajuste de presión de pozo por una cantidad predeterminada; y ajustar un dispositivo de control de flujo (por ejemplo, el estárter 34), influenciando asi la presión de pozo real hacia el punto de ajuste de presión de pozo más el desfase.

El punto de ajuste de presión de pozo deseado puede ser emitido por un modelo hidráulico 92.

La adición de desfase también se puede ejecutar en respuesta a un nivel de cambio predeterminado en el flujo. El nivel de cambio predeterminado en el flujo puede comprender una disminución en el flujo a través del dispositivo de control de flujo (por ejemplo, el estárter 34). El método también puede incluir remover el desfase en respuesta a la presión de pozo real que se desvia del punto de ajuste de presión de pozo por menos de la cantidad predeterminada.

El dispositivo de control de flujo puede comprender un estárter 34 que restringe el flujo de fluido proveniente del pozo de sondeo 12.

El método también puede incluir, controlar el dispositivo de control de flujo, influenciando asi la presión de pozo real hacia el punto de ajuste de presión de pozo sin el desfase, previo a la adición del desfase al punto de ajuste.

También se describió antes un sistema de pozo 10. En un ejemplo, el sistema de pozo 10 puede incluir un dispositivo de control de flujo que de manera variable restringe el flujo proveniente de un pozo de sondeo 12, y un sistema de control 90 que determina un punto de ajuste de presión de pozo deseado, compara el punto de ajuste de presión de pozo con una presión de pozo real, y agrega un desfase al punto de ajuste de presión de pozo deseado en respuesta a una cantidad de desviación predeterminada entre el punto de ajuste de presión de pozo y la presión de pozo real. El sistema de control 90 ajusta el dispositivo de control de flujo, y de esta manera tiene influencia en la presión de pozo real hacia el punto de ajuste de presión de pozo más el desfase.

Otro ejemplo del método 100 para controlar la presión en un pozo de sondeo 12 en una operación de perforación de pozo puede comprender: operar un dispositivo de control de flujo de esta manera teniendo influencia en una presión de pozo real hacia un punto de ajuste de presión de pozo deseado, después agregar un desfase al punto de ajuste de presión de pozo en respuesta a una presión de pozo real que se desvia del punto de ajuste de presión de pozo por una cantidad predeterminada; después ajustar el dispositivo de control de flujo, de esta manera influenciando la presión de pozo real hacia el punto de ajuste de presión de pozo más el desfase.

Aunque se han descrito antes diversos ejemplos, donde cada ejemplo tiene ciertas características, se debiera entender que no es necesario que se utilice una características particular de un ejemplo exclusivamente dentro de ese ejemplo. Por el contrario, cualquiera de las características antes descritas y/o mostradas en las figuras se puede combinar con cualquiera de los ejemplos, además de o en sustitución de cualquiera de las otras características de esos ejemplos. Las características de un ejemplo no son mutuamente exclusivas a las características de otro ejemplo. Más bien, el alcance de esta divulgación abarca cualquier combinación de cualquiera de las características.

Aunque cada ejemplo antes descrito incluye una cierta combinación de características, se debiera entender que no es necesario utilizar todas las características de un ejemplo. Más bien, cualquiera de las características antes descritas pueden ser utilizadas sin que se utilice cualquier otra característica o características particulares.

Se debiera entender que las diversas modalidades aquí descritas pueden ser utilizadas en diversas orientaciones, tal como inclinada, invertida, horizontal, vertical, etc. y en diversas configuraciones, sin apartarse de los principios de esta divulgación. Las modalidades se describen simplemente como ejemplos de aplicaciones útiles de los principios de la divulgación, los cuales no se limitan a detalles específicos de estas modalidades.

En la descripción anterior de los ejemplos representativos, términos de dirección (tal como "encima", "debajo", "superior", "inferior", etc.) se utilizan por conveniencia en referencia a los dibujos acompañantes. Sin embargo, claramente se debiera entender que el alcance de esta divulgación no se limita a alguna dirección particular aqui descrita, Los términos "incluyendo", "incluye", "comprendiendo", "comprende", y términos similares se utilizan en sentido no limitativo en esta especificación. Por ejemplo, si un sistema, método, aparato, dispositivo, etc. se describe como "incluyendo" una cierta característica o elemento, el sistema, método, aparato, dispositivo, etc., puede incluir esa característica o elemento, y también puede incluir otras características o elementos. De manera similar, el término "comprende" se considera que significa "comprende, pero no se limita a".

Por supuesto, un experto en la téenica, al momento de una consideración cuidadosa de la descripción anterior de las modalidades representativas de la divulgación, fácilmente podría apreciar que se pueden realizar muchas modificaciones, adiciones, sustituciones, eliminaciones y otros cambios a las modalidades específicas, y dichos cambios quedan contemplados por los principios de esta divulgación. Por ejemplo, estructuras divulgadas como siendo formadas separadamente, en otros ejemplos, se pueden formar integralmente y viceversa. Por consiguiente, la descripción detallada anterior claramente será entendida como siendo proporcionada a manera de ilustración y ejemplo únicamente, el espíritu y el alcance de la invención queda limitado únicamente por las reivindicaciones anexas y sus equivalentes.

Claims (20)

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

1.- Un método para controlar la presión en un pozo de sondeo en una operación de perforación de pozo, el método comprende: determinar un punto de ajuste de presión de pozo deseado; agregar un desfase al punto de ajuste de presión de pozo en respuesta a una presión de pozo real que se desvia del punto de ajuste de presión de pozo por una cantidad predeterminada; y ajustar un dispositivo de control de flujo, influenciando asi la presión de pozo real hacia el punto de ajuste de presión de pozo más el desfase.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el punto de ajuste de presión de pozo deseado es emitido por un modelo hidráulico.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la adición se realiza además en respuesta a un nivel de cambio predeterminado en el flujo.

4.- El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el nivel de cambio predeterminado en el flujo comprende una disminución en el flujo a través del dispositivo de control de flujo.

5.- El método de conformidad con la reivindicación 1, que además comprende remover el desfase en respuesta a la presión de pozo real que se desvia del punto de ajuste de presión de pozo por menos de la cantidad predeterminada.

6.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de control de flujo comprende un estárter que restringe el flujo de fluido proveniente del pozo de sondeo.

7.- El método de conformidad con la reivindicación 1, que además comprende controlar el dispositivo de control de flujo, influenciando asi la presión de pozo real hacia el punto de ajuste de presión de pozo sin el desfase, previo a la adición.

8.- Un sistema de pozo, que comprende: un dispositivo de control de flujo que de manera variable restringe el flujo proveniente de un pozo de sondeo; y un sistema de control que determina un punto de ajuste de presión de pozo deseado, compara el punto de ajuste de presión de pozo con una presión de pozo real, y agrega un desfase al punto de ajuste de presión de pozo deseado en respuesta a una cantidad de desviación predeterminada entre el punto de ajuste de presión de pozo y la presión de pozo real, con lo cual el sistema de control ajusta el dispositivo de control de flujo, y de esta manera tiene influencia en la presión de pozo real hacia el punto de ajuste de presión de pozo más el desfase.

9.- El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el sistema de control comprende un modelo hidráulico, y en donde el punto de ajuste de presión de pozo es emitido por el modelo hidráulico.

10.-El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el sistema de control agrega el desfase al punto de ajuste de presión de pozo además en respuesta a un nivel de cambio predeterminado en el flujo.

11.- El sistema de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el nivel de cambio predeterminado en el flujo comprende una disminución en el flujo a través del dispositivo de control de flujo.

12.- El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el sistema de control remueve el desfase en respuesta a la desviación entre la presión de pozo real y el punto de ajuste de presión de pozo siendo menor que la cantidad predeterminada.

13.- El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el dispositivo de control de flujo comprende un estárter automáticamente ajustable.

14- El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el sistema de control controla el dispositivo de control de flujo, y de esta manera tiene influencia en la presión de pozo real hacia el punto de ajuste de presión de pozo sin el desfase, cuando la desviación entre el punto de ajuste de presión de pozo y la presión de pozo real es menor que la cantidad predeterminada.

15.- Un método para controlar la presión en un pozo de sondeo en una operación de perforación de pozo, el método comprende: operar un dispositivo de control de flujo, de esta manera influenciando una presión de pozo real hacia un punto de ajuste de presión de pozo deseado; después agregar un desfase al punto de ajuste de presión de pozo en respuesta a una presión de pozo real que se desvia del punto de ajuste de presión de pozo por una cantidad predeterminada; y después ajustar el dispositivo de control de flujo, influenciando asi la presión de pozo real hacia el punto de ajuste de presión de pozo más el desfase.

16.- El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el punto de ajuste de presión de pozo deseado es emitido por un modelo hidráulico.

17.- El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la adición es ejecutada además en respuesta a un nivel de cambio predeterminado en el flujo.

18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el nivel de cambio predeterminado en el flujo comprende una disminución en el flujo a través del dispositivo de control de flujo.

19.- El método de conformidad con la reivindicación 15, que además comprende, después del ajuste, remover el desfase en respuesta a la presión de pozo real que se desvia del punto de ajuste de presión de pozo por menos que la cantidad predeterminada.

20.- El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el dispositivo de control de flujo comprende un estárter que restringe el flujo de fluido proveniente del pozo de sondeo.