MX2015006100A - Sistemas y metodos para medir concentraciones de aditivos de fluidos para el manejo de fluidos de perforacion en tiempo real. - Google Patents
Sistemas y metodos para medir concentraciones de aditivos de fluidos para el manejo de fluidos de perforacion en tiempo real.Info
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Abstract
Se describen sistemas y métodos para monitorizar componentes de fluidos de perforación en tiempo real. Un sistema incluye una vía de flujo acoplada de forma fluida a un pozo y que contiene un fluido de perforación que tiene al menos un componente presente en él, un dispositivo informático óptico dispuesto en la vía de flujo y que tiene al menos un elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y generar así una luz que interactúa ópticamente, y al menos un detector dispuesto para recibir la luz que interactúa ópticamente y generar una señal de salida correspondiente a una característica del componente o los componentes.
Description
SISTEMAS Y MÉTODOS PARA MEDIR CONCENTRACIONES DE ADITIVOS DE FLUIDOS PARA EL MANEJO DE FLUIDOS DE PERFORACIÓN EN TIEMPO
REAL
Campo de la Invención
La presente invención se refiere a métodos para monitorizar fluidos de perforación y, más específicamente, a métodos para monitorizar componentes de fluidos de perforación en tiempo real.
Antecedentes de la Invención
Durante la perforación de un pozo productor de hidrocarburos, un fluido de perforación o lodo circula continuamente desde la superficie hasta el fondo del agujero que se perfora y nuevamente hacia la superficie. El fluido de perforación cumple varias funciones, una de ellas es el transporte de los recortes de perforación del pozo hasta la superficie donde se separan del fluido de perforación. Otra función del fluido de perforación es proporcionar presión hidrostática sobre las paredes del pozo perforado para evitar el colapso del pozo y el ingreso resultante de gas o líquido desde las formaciones que se perforan. Por diversos motivos, puede ser importante conocer con precisión las características y la composición química de los fluidos de perforación.
Típicamente, el análisis de los fluidos de perforación se ha llevado a cabo sin conexión utilizando análisis de
Ref.255613
laboratorio que requieren la extracción de una muestra del fluido y un procedimiento de prueba controlado posterior realizado usualmente en una ubicación distinta. Sin embargo, dependiendo del análisis requerido, este enfoque puede tardar horas o días en completarse, e incluso en el mejor de los casos, un trabajo con frecuencia se completará antes del análisis obtenido. Aunque sean sin conexión, los análisis retrospectivos pueden ser satisfactorios en ciertos casos, pero, no obstante, no conceden capacidades de análisis en tiempo real o casi en tiempo real. Como resultado, no puede haber un control proactivo de las operaciones de perforación, al menos sin una interrupción del proceso significativa mientras se esperan los resultados del análisis. Los análisis retrospectivos sin conexión también pueden ser insatisfactorios para determinar las características reales de un fluido de perforación ya que las características de la muestra extraída del fluido de perforación a menudo cambian durante el tiempo de retraso entre la recolección y el análisis, con lo cual las propiedades de la muestra no indican la característica o composición química real.
Monitorizar los fluidos de perforación en tiempo real puede ser de un interés considerable para determinar la forma en que el fluido de perforación cambia a través del tiempo, sirviendo así como una medida de control de calidad que puede ser útil en el mantenimiento del fluido de perforación y la
optimización de la perforación. Por ejemplo, la viscosidad del fluido de perforación es una característica importante para monitorizar ya que contribuye a la capacidad del fluido de perforación de transportar adecuadamente los recortes de perforación. A menudo se agregan arcillas, por ejemplo arcilla de bentonita, al fluido de perforación para mantener los recortes de perforación perforados suspendidos dentro del fluido de perforación a medida que se mueven hasta el pozo. La densidad del fluido de perforación es otra característica significativa para monitorizar. La densidad debe presentar una determinada presión hidrostática en la formación para evitar el colapso del pozo, pero no tan grande como para fracturar la formación. A menudo se agregan materiales densificantes, por ejemplo barita, al fluido de perforación para que ejerza la presión necesaria para contener las presiones de la formación. Se pueden agregar diversos químicos o sustancias diferentes al fluido de perforación para conferirle las propiedades exactas necesarias para que la perforación del pozo sea lo más fácil posible .
Para optimizar el rendimiento de un fluido de perforación durante las operaciones de perforación, las propiedades físicas y químicas del fluido de perforación y sus partes componentes se deben monitorizar y controlar cuidadosamente. Como tal, existe una necesidad continua y permanente de métodos y sistemas mejorados que proporcionen una monitorización en
tiempo real de los fluidos de perforación.
Breve Descripción de la Invención
La presente invención se refiere a métodos para monitorizar fluidos de perforación y, más específicamente, a métodos para monitorizar componentes de fluidos de perforación en tiempo real.
En algunas modalidades, se describe un sistema que puede incluir una vía de flujo acoplada de forma fluida a un pozo y que contiene un fluido de perforación que tiene al menos un componente presente en él, un dispositivo informático óptico dispuesto en la vía de flujo y que tiene al menos un elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y generar así luz que interactúa ópticamente, y al menos un detector dispuesto para recibir la luz que interactúa ópticamente y generar una señal de salida correspondiente a una característica del componente o los componentes.
En otras modalidades, se describe otro sistema que puede incluir una vía de flujo que contiene un fluido de perforación y que proporciona al menos un primer lugar de monitorización y un segundo lugar de monitorización, el cual fluido de perforación tiene al menos un componente presente en él y la vía de flujo facilita la circulación del fluido de perforación dentro y fuera de un pozo, un primer dispositivo informático óptico dispuesto en el primer lugar de monitorización y que
tiene un primer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y transmitir luz que interactúa ópticamente a un primer detector que genera una primera señal de salida correspondiente a una característica del componente o los componentes en el primer lugar de monitorización, un segundo dispositivo informático óptico dispuesto en el segundo lugar de monitorización y que tiene un segundo elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y transmitir luz que interactúa ópticamente a un segundo detector que genera una segunda señal de salida correspondiente a la característica del componente o los componentes en el segundo lugar, y un procesador de señales acoplado de forma comunicativa al primer detector y al segundo detector y configurado para recibir la primera señal de salida y la segunda señal de salida y determinar una diferencia entre la primera señal de salida y la segunda señal de salida.
Las características y ventajas de la presente invención resultarán evidentes para los expertos en la téenica al leer la descripción de las modalidades preferidas a continuación.
Breve Descripción de las Figuras
Las siguientes figuras se incluyen para ilustrar determinados aspectos de la presente invención y no deben considerarse como modalidades exclusivas. La materia descrita puede tener modificaciones, alteraciones, combinaciones y
equivalentes considerables en cuanto a forma y función, tal como podría ocurrírsele a un experto en la téenica que tiene el beneficio de la presente descripción.
La figura 1 ilustra un elemento de computación integrado ejemplar, de acuerdo con una o más modalidades.
La figura 2 ilustra un dispositivo informático óptico ejemplar para monitorizar un fluido, de acuerdo con una o más modalidades.
La figura 3 ilustra otro dispositivo informático óptico ejemplar para monitorizar un fluido, de acuerdo con una o más modalidades.
La figura 4 ilustra un ensamblaje de perforación de pozo ejemplar que puede emplear uno o más dispositivos informáticos ópticos para monitorizar un fluido, de acuerdo con una o más modalidades.
Descripción Detallada de la Invención
La presente invención se refiere a métodos para monitorizar fluidos de perforación y, más específicamente, a métodos para monitorizar componentes de fluidos de perforación en tiempo real.
Los sistemas y métodos ejemplares descritos en la presente emplean diversas configuraciones de dispositivos informáticos ópticos, también denominados comúnmente "dispositivos opticoanalíticos", para la monitorización en tiempo real o casi en tiempo real de un fluido, por ejemplo un
fluido de perforación o un fluido de terminación. En funcionamiento, los sistemas y métodos ejemplares pueden ser útiles y de otro modo ventajosos para determinar una o más propiedades o características del fluido, por ejemplo una concentración de uno o más componentes o sustancias presentes dentro del fluido. Los dispositivos informáticos ópticos, los cuales se describen más detalladamente abajo, pueden proporcionar de manera ventajosa una monitorización de fluido en tiempo real que actualmente no puede lograrse con análisis en el sitio en un sitio de trabajo o mediante análisis más detallados que se llevan a cabo en un laboratorio. Una ventaja significativa y distinta de estos dispositivos es que pueden estar configurados para detectar y/o medir específicamente un componente o característica particular de interés de un fluido, permitiendo así la modalidad de los análisis cualitativos y/o cuantitativos del fluido sin tener que extraer una muestra y llevar a cabo análisis de la muestra que requieren mucho tiempo en un laboratorio fuera del sitio. Con la capacidad de llevar a cabo análisis en tiempo real o casi en tiempo real, es posible que los sistemas y métodos ejemplares descritos en la presente puedan proporcionar cierto grado de control proactivo o sensible sobre el flujo de fluido, optimizando así las operaciones relacionadas.
Los sistemas y métodos descritos en la presente pueden ser adecuados para su uso en la industria de petróleo y gas ya
que los dispositivos informáticos ópticos descritos proporcionan un medio económico, resistente y adecuado para monitorizar fluidos relacionados con petróleo/gas, por ejemplo fluidos de perforación o fluidos de terminación, para facilitar la gestión eficiente de las operaciones de pozos. Los dispositivos informáticos ópticos pueden desplegarse en diversos puntos dentro de una vía de flujo para monitorizar el fluido y los diversos cambios de parámetros que puedan producirse allí. Dependiendo de la ubicación del dispositivo informático óptico particular, se pueden obtener diferentes tipos de información sobre el fluido. En algunos casos, por ejemplo, los dispositivos informáticos ópticos se pueden utilizar para monitorizar los cambios en el fluido después de la circulación del fluido dentro y fuera de un pozo. En otras modalidades, los dispositivos informáticos ópticos se pueden utilizar para monitorizar el fluido como resultado de la adición de un componente o sustancia en él o de otro modo la eliminación de un componente o sustancia. En otras modalidades, la concentración de componentes constituyentes conocidos presentes dentro del fluido puede ser monitorizada. Por ende, los sistemas y métodos descritos en la presente pueden estar configurados para monitorizar un flujo de fluidos y, más específicamente, para monitorizar el estado presente del fluido y los cambios de este con respecto a cualquier componente constituyente presente en él.
Según se utiliza en la presente, el término "fluido" se refiere a cualquier sustancia que puede fluir, incluso sólidos particulados, líquidos, gases, suspensiones, emulsiones, polvos, lodos, mezclas, combinaciones de estos y similares. En algunas modalidades, el fluido puede ser un fluido de perforación o lodo de perforación, incluso fluidos de perforación basados en agua, lodo de perforación a base de aceite, fluidos de perforación sintéticos y similares. En otras modalidades, el fluido puede ser un fluido de terminación o fluido de limpieza tales como, entre otros, agua dulce, agua salada (p. ej., agua que contiene una o más sales disueltas), salmuera (p. ej., agua salada saturada, sales de cloruro, sales de bromuro, combinaciones de estas, etc.), agua de mar, un fluido espaciador, fluidos base u otros fluidos de tratamiento conocidos en la téenica.
Según se utiliza en la presente, el término "característica" se refiere a una propiedad química, mecánica o física de un componente o una sustancia, por ejemplo un fluido o un componente dentro del fluido. Una característica de una sustancia puede incluir un valor cuantitativo de uno o más constituyentes químicos en ella o propiedades físicas asociadas con la misma. Los constituyentes químicos en la presente pueden denominarse "analitos". Algunas características ilustrativas de una sustancia que se pueden monitorizar con los dispositivos informáticos ópticos
descritos en la presente pueden incluir, por ejemplo, composición química (p. ej., identidad y concentración en total o de los componentes individuales), presencia de fases (p. ej., gas, aceite, agua, etc.), contenido de impureza, pH, alcalinidad, viscosidad, densidad, fuerza iónica, sólidos disueltos totales, contenido de sal (p. ej., salinidad), porosidad, opacidad, contenido de bacterias, dureza total, combinaciones de estos, estado de la materia (sólido, líquido, gas, emulsión, mezclas, etc.) y similares. Además, la frase "característica de interés de/en un fluido" en la presente se puede utilizar para hacer referencia a la característica de una sustancia contenida o que de otro modo fluye con el fluido.
Según se utiliza aquí, el término "vía de flujo" se refiere a una vía a través de la cual se puede transportar un fluido entre al menos dos puntos. En algunos casos, le vía de flujo no necesita ser continua o de otro modo contigua entre los dos puntos. Algunas vías de flujo ejemplares incluyen, entre otros, una línea de flujo, una tubería, una tubería de producción, una sarta de perforación, una sarta de trabajo, una tubería de revestimiento, un pozo, un espacio anular definido entre un pozo y cualquier tubular dispuesto dentro del pozo, un foso de lodo, una formación subterránea, etc., combinaciones de estos y similares. Cabe destacar que el término "vía de flujo" no implica necesariamente que un fluido fluya en ella, sino que un fluido puede ser transportado o de
otro modo puede fluir a través de la misma.
Según se utiliza en la presente, el término "componente", o variaciones de este, se refiere al menos una parte de una sustancia o material de interés en el fluido que se evalúa utilizando los dispositivos informáticos ópticos descritos en la presente. En algunas modalidades, el componente es la característica de interés, como se definió anteriormente, y puede incluir cualquier constituyente integral del fluido que fluye dentro de la vía de flujo. Por ejemplo, el componente puede incluir compuestos que contienen elementos tales como bario, calcio (p. ej., carbonato de calcio), carbono (p. ej., carbono resistente grafitico), cloro (p. ej., cloruros), manganeso, azufre, hierro, estroncio, cloro, etc., y cualquier sustancia química que pueda provocar la precipitación dentro de una vía de flujo. El componente también pueden hacer referencia a parafinas, ceras, asfáltenos, arcillas (p. ej., esmectita, ilita, caolinas, etc.), aromáticos, saturados, espumas, sales, particulados, hidratos, arena u otras partículas sólidas (p. ej., sólidos de alta y de baja gravedad), combinaciones de estos y similares. En otras modalidades, en términos de cuantificar fuerza iónica, el componente puede incluir diversos iones, por ejemplo, entre otros, Ba2+, Sr2+, Fe+, Fe2+ (o Fe total), Mn2+, SO42, CO32, Ca2+, Mg2+, Na+, K+,Cl.
En otros aspectos, el componente puede hacer referencia
a cualquier sustancia o material añadido al fluido como un aditivo o para tratar el fluido o la vía de flujo. Por ejemplo, el componente puede incluir, entre otros, ácidos, compuestos que generan ácidos, bases, compuestos que generan bases, biocidas, tensioactivos, inhibidores de incrustaciones, inhibidores de corrosión, agentes gelificantes, agentes de reticulación, agentes anti-drenaje de lodos, agentes espumantes, agentes desespumantes, agentes antiespumantes, agentes emulsionantes y emulsionantes, agentes desemulsionantes, agentes de control de hierro, apuntalantes u otros particulados, grava, separadores de particulados, sales, aditivos de control de pérdida de fluido, gases, catalizadores, agentes de control de arcilla, estabilizadores de arcilla, inhibidores de arcilla, agentes quelantes, inhibidores de corrosión, dispersantes, floculantes, fluidos base (p. ej., agua, salmueras, aceites), depuradores (p. ej., depuradores de H2S, depuradores de CO2 o depuradores de 02), lubricantes, agentes de ruptura, agentes de ruptura de liberación retardada, reductores de fricción, agentes de obturación, viscosificantes, diluyentes, polímeros de alta temperatura, tratamientos de alquitrán, agentes o materiales densificantes (p. ej., barita, etc.), solubilizantes, agentes de control de reología, modificadores de viscosidad, agentes de control de pH (p. ej ., amortiguadores), inhibidores de hidrato, modificadores de permeabilidad relativa, agentes de desvío,
agentes de consolidación, materiales fibrosos, bactericidas, trazadores, sondas, nanopartículas y similares. Las combinaciones de estas sustancias también puede denominarse sustancia.
Según se utiliza en la presente, el término "radiación electromagnética" se refiere a ondas de radio, radiación de microondas, radiación infrarroja y casi infrarroja, luz visible, luz ultravioleta, radiación de rayos X y radiación de rayos gamma.
Según se utiliza en la presente, el término "dispositivo informático óptico" se refiere a un dispositivo óptico que está configurado para recibir una entrada de radiación electromagnética asociada con un fluido y producir una salida de radiación electromagnética de un elemento de procesamiento dispuesto dentro del dispositivo informático óptico. El elemento de procesamiento, por ejemplo, puede ser un elemento computacional integrado (ICE, por sus siglas en inglés), también conocido como un elemento óptico multivariado (MOE, por sus siglas en inglés), utilizado en el dispositivo informático óptico. La radiación electromagnética que interactúa ópticamente con el elemento de procesamiento se cambia para que sea legible por un detector, de manera que una salida del detector puede estar correlacionada a una característica del fluido o un componente presente dentro del fluido. La salida de la radiación electromagnética del elemento
de procesamiento puede ser radiación electromagnética reflejada, radiación electromagnética transmitida y/o radiación electromagnética dispersa. La posibilidad de que el detector analice radiación electromagnética reflejada, transmitida o dispersa puede estar dictada por los parámetros estructurales del dispositivo informático óptico así como otras consideraciones conocidas por los entendidos en la téenica. Además, la emisión y/o dispersión del fluido, por ejemplo mediante dispersión de fluorescencia, de luminiscencia, de Raman, de Mié y/o de Raleigh, también puede ser monitorizada por el dispositivo informático óptico.
Según se utiliza en la presente, el término "interactúa ópticamente" o variaciones de este se refiere a la reflexión, transmisión, dispersión, difracción o absorción de radiación electromagnética ya sea sobre, a través de o desde uno o más elementos de procesamiento (es decir, elementos computacionales integrados o elementos ópticos multivariados), un fluido o un componente presente dentro del fluido. Por consiguiente, luz que interactúa ópticamente se refiere a radiación electromagnética que se ha reflejado, transmitido, dispersado, difractado o absorbido, emitido o reirradiado, por ejemplo, utilizando un elemento de procesamiento, pero también puede aplicarse a la interacción con un fluido o componente del fluido.
Los sistemas y métodos ejemplares descritos en la
presente incluirán al menos un dispositivo informático óptico dispuesto a lo largo o en una vía de fluir para monitorizar un fluido contenido allí. Cada dispositivo informático óptico puede incluir una fuente de radiación electromagnética, al menos un elemento de procesamiento (p. ej., un elemento computacional integrado) y al menos un detector dispuesto para recibir luz que interactúa ópticamente del elemento o los elementos de procesamiento o el fluido. Tal como se describe más abajo, sin embargo, en al menos una modalidad, la fuente de radiación electromagnética se puede omitir y en cambio la radiación electromagnética puede derivar del propio fluido. En algunas modalidades, los dispositivos informáticos ópticos ejemplares pueden estar configurados específicamente para detectar, analizar y medir cuantitativamente una característica específica del fluido o un componente presente dentro del fluido. En otras modalidades, los dispositivos informáticos ópticos pueden ser dispositivos ópticos con fines generales, con el uso del procesamiento de posterior a la adquisición (p. ej., a través de medios informáticos) para detectar específicamente la característica de la muestra.
En algunas modalidades, algunos componentes estructurales adecuados para los dispositivos informáticos ópticos ejemplares se describen en las patentes estadounidenses de propiedad común N.° 6,198,531; 6,529,276; 7,123,844;
7,834,999; 7,911,605, 7,920,258 y 8,049,881, cada una de las
cuales se incorpora a la presente mediante esta referencia en su totalidad, y las solicitudes de patentes estadounidenses N.° de serie 12/094,460; 12/094,465; y 13/456,467, cada una de las cuales también se incorpora a la presente mediante esta referencia en su totalidad. Los dispositivos informáticos ópticos descritos en las patentes y solicitudes de patentes anteriores pueden realizar cálculos (análisis) en tiempo real o casi en tiempo real sin la necesidad de procesamiento de muestras que requiere mucho tiempo. Además, los dispositivos informáticos ópticos pueden estar configurados específicamente para detectar y analizar características específicas de un fluido o un componente presente dentro del fluido. Como resultado, las señales de interferencia se discriminan de las de interés en el fluido mediante la configuración adecuada de los dispositivos informáticos ópticos, de manera que los dispositivos informáticos ópticos proporcionan una respuesta rápida con respecto a las características del fluido en base a la salida detectada. En algunas modalidades, le salida detectada se puede convertir en un voltaje distintivo de la magnitud de la característica del fluido o un componente presente en él.
Los dispositivos informáticos ópticos pueden estar configurados para detectar no solamente la composición y concentraciones de un fluido o un componente en él, sino que también pueden estar configurados para determinar las
propiedades físicas y otras características del fluido y/o componente, en base a un análisis de la radiación electromagnética recibida del fluido y/o componente. Por ejemplo, los dispositivos informáticos ópticos pueden estar configurados para determinar la concentración de un analito y correlacionar la concentración determinada con una característica del fluido o componente mediante el uso de medios de procesamiento adecuados. Tal como se apreciará, los dispositivos informáticos ópticos pueden estar configurados para detectar la cantidad de características del fluido o componente que se deseen. Todo lo que se requiere para lograr la monitorización de múltiples características es la incorporación de medios de procesamiento y detección adecuados dentro del dispositivo informático óptico para cada característica. En algunas modalidades, las propiedades del fluido o componente pueden ser una combinación de las propiedades de los analitos dentro de ellos (p. ej., una combinación lineal, no lineal, logarítmica y/o exponencial). Por consiguiente, cuanto más características y analitos se detecten y analicen utilizando dispositivos informáticos ópticos, con más precisión se detectarán las propiedades del fluido y/o componente determinado.
Los dispositivos informáticos ópticos descritos en la presente utilizan radiación electromagnética para realizar cálculos, a diferencia de los circuitos cableados de
procesadores electrónicos convencionales. Cuando la radiación electromagnética interactúa con un fluido, se puede codificar información física y química única sobre el fluido en la radiación electromagnética que se refleja de, se transmite a través de o se irradia del fluido. Esta información suele denominarse huella ( "fingerprint") espectral del fluido. Los dispositivos informáticos ópticos descritos en la presente pueden extraer la información de la huella espectral de múltiples características o analitos dentro de un fluido y convertir esa información en una salida detectable relacionada con una o más características del fluido o un componente presente dentro del fluido. Es decir, a través de configuraciones adecuadas de los dispositivos informáticos ópticos, la radiación electromagnética asociada con una característica o analito de interés de un fluido se puede separar de la radiación electromagnética asociada con todos los otros componentes del fluido para estimar las propiedades del fluido en tiempo real o casi en tiempo real.
Los elementos de procesamiento utilizados en los dispositivos informáticos ópticos ejemplares descritos en la presente pueden caracterizarse como elementos computacionales integrados (ICE, por sus siglas en inglés). Cada ICE puede distinguir la radiación electromagnética relacionada con la característica de interés de la radiación electromagnética relacionada con otros componentes de un fluido. Con referencia
a la figura 1, se ilustra un ICE ejemplar 100 adecuado para su uso en los dispositivos informáticos ópticos utilizados en los sistemas y métodos descritos en la presente. Tal como se ilustra, el ICE 100 puede incluir múltiples capas alternativas 102 y 104, por ejemplo silicona (Si) y S1O2 (cuarzo), respectivamente. En general, estas capas 102, 104 consisten en materiales cuyo índice de refracción es alto y bajo, respectivamente. Otros ejemplos pueden incluir niobia y niobio, germanio y germania, MgF, SiO, y otros materiales de índice alto y bajo conocidos en la téenica. Las capas 102, 104 se pueden depositar estratégicamente en un sustrato óptico 106. En algunas modalidades, el sustrato óptico 106 es vidrio óptico BK-7. En otras modalidades, el sustrato óptico 106 puede ser otro tipo de sustrato óptico, por ejemplo cuarzo, zafiro, silicona, germanio, seleniuro de cinc, sulfuro de cinc o diversos plásticos tales como policarbonato, polimetilmetacrilato (PMMA), polivinilcloruro (PVC), diamante, cerámicas, combinaciones de estos y similares.
En el extremo opuesto (p. ej., opuesto al sustrato óptico 106 en la figura 1), el ICE 100 puede incluir una capa 108 que se encuentra generalmente expuesta al ambiente del dispositivo o instalación. La cantidad de capas 102, 104 y el grosor de cada capa 102, 104 se determinan a partir de los atributos espectrales adquiridos de un análisis espectroscópico de una característica del fluido utilizando un instrumento
espectroscópico convencional. El espectro de interés de una determinada característica típicamente incluye cualquier cantidad de diferentes longitudes de onda. Se entenderá que el ICE ejemplar 100 en la figura 1, de hecho, no representa ninguna característica particular de un determinado fluido, pero se proporciona solo con fines ilustrativos. Por consiguiente, la cantidad de capas 102, 104 y sus grosores relativos, como se muestra en la figura 1, no tiene ninguna correlación con ninguna característica específica. Las capas 102, 104 y sus grosores relativos tampoco se dibujan a escala necesariamente y, por lo tanto, no deben considerarse como limitantes de la presente descripción. Además, los entendidos en la téenica reconocerán fácilmente que los materiales que conforman cada capa 102, 104 (es decir, Si y SÍO2) pueden variar, dependiendo de la aplicación, costo de los materiales y/o aplicabilidad del material al fluido determinado.
En algunas modalidades, el material de cada capa 102, 104 se puede someter a dopaje o dos o más materiales se pueden combinar de una manera para lograr la característica óptica deseada. Además de los sólidos, el ICE ejemplar 100 también pueden contener líquidos y/o gases, opcionalmente en combinación con sólidos, para producir una característica óptica deseada. En el caso de gases y líquidos, el ICE 100 puede contener un recipiente correspondiente (no se muestra) que aloje los gases o líquidos. Algunas variaciones ejemplares
del ICE 100 también pueden incluir elementos ópticos holográficos, rejillas, piezoeléctrico, tubo de luz, tubo de luz digital (DLP) y/o elementos acústico-ópticos, por ejemplo, que pueden crear propiedades de trasmisión, de reflexión y/o de absorción de interés.
Las múltiples capas 102, 104 presentan diferentes índices de refracción. Al seleccionar adecuadamente los materiales de las capas 102, 104 y su grosor relativo y separación, el ICE 100 puede configurarse para pasar/reflejar/refractar selectivamente fracciones predeterminadas de radiación electromagnética en diferentes longitudes de onda. A cada longitud de onda se le asigna un factor de peso o carga predeterminado. El grosor y la separación de las capas 102, 104 se puede determinar utilizando una variedad de métodos de aproximación del espectrógrafo de la característica o analito de interés. Estos métodos pueden incluir transformada inversa de Fourier (IFT, por sus siglas en inglés) del espectro de transmisión óptico y estructurar el ICE 100 como la representación física del IFT. Las aproximaciones convierten el IFT en una estructura basada en materiales conocidos con índices de refracción constantes. Se proporciona información adicional con respecto a las estructuras y el diseño de los elementos de ICE ejemplares (también denominados elementos ópticos multivariados) en Applied Optics, Vol.35, pp.5484-5492 (1996) y Vol.29, pp.2876-2893 (1990), que se incorpora
a la presente mediante esta referencia.
Los pesos que las capas 102, 104 del ICE 100 aplican en cada longitud de onda se establecen a los pesos de regresión descritos con respecto a una ecuación, o dato, o firma espectral conocida. En resumen, el ICE 100 puede estar configurado para realizar el producto escalar del haz de luz de entrada en el ICE 100 y un vector de regresión cargado deseado representado por cada capa 102, 104 para cada longitud de onda. Como resultado, la intensidad de luz de salida del ICE 100 está relacionada con la característica o analito de interés. Se describen detalles adicionales con respecto a la forma en que el ICE ejemplar 100 puede distinguir y procesar radiación electromagnética relacionada con la característica o analito de interés en las patentes estadounidenses N.° 6,198,531; 6,529,276 y 7,920,258, previamente incorporadas mediante referencia.
Con referencia a la figura 2, se ilustra un dispositivo informático óptico ejemplar 20? para monitorizar un fluido 202, de acuerdo con una o más modalidades. En la modalidad ilustrada, el fluido 202 puede estar contenido o de otro modo fluir dentro de una vía de flujo ejemplar 204. La vía de flujo 204 puede ser una línea de flujo, una tubería, un pozo, un espacio anular definido dentro de un pozo o cualquier línea de flujo o tubería que se extienda hacia/desde un pozo. El fluido 202 presente dentro de la vía de flujo 204 puede fluir en la
dirección general indicada por las flechas A (es decir, desde arriba hacia abajo). Tal como se apreciará, sin embargo, la vía de flujo 204 puede ser cualquier otro tipo de vía de flujo, como se describe, en general, o de otro modo se define en la presente. Por ejemplo, la vía de flujo 204 puede ser un foso de lodo (es decir, utilizado para fluidos de perforación y similares) o cualquier otro recipiente de contención o almacenamiento, y el fluido 202 no necesariamente puede fluir en la dirección A mientras que el fluido 202 se monitoriza. Como tal, las partes de la vía de flujo 204 pueden estar dispuestas sustancialmente verticales, sustancialmente horizontales o cualquier configuración direccional intermedia, sin apartarse del alcance de la descripción.
El dispositivo informático óptico 200 puede estar configurado para determinar una característica de interés en el fluido 202 o un componente presente dentro del fluido 202. En algunas modalidades, el dispositivo 200 puede incluir una fuente de radiación electromagnética 208 configurada para emitir o de otro modo generar radiación electromagnética 210. La fuente de radiación electromagnética 208 puede ser cualquier dispositivo capaz de emitir o generar radiación electromagnética, como se define en la presente. Por ejemplo, la fuente de radiación electromagnética 208 puede ser una bombilla, un diodo emisor de luz (LED, por sus siglas en inglés), un láser, un cuerpo negro, un cristal fotónico, una
fuente de rayos X, combinaciones de estos o similares. En algunas modalidades, una lente 212 puede estar configurada para recolectar o de otro modo recibir la radiación electromagnética 210 y dirigir un haz 214 de radiación electromagnética 210 hacia el fluido 202. La lente 212 puede ser cualquier tipo de dispositivo óptico configurado para transmitir o de otro modo transportar la radiación electromagnética 210 según se desee, por ejemplo una lente normal, una lente de Fresnel, un elemento óptico de difracción, un elemento gráfico holográfica, un espejo (o. ej., un espejo de enfoque) o un tipo de colimador. En otras modalidades, la lente 212 se puede omitir del dispositivo 200 y la radiación electromagnética 210, en cambio, puede ser dirigida hacia el fluido 202 directamente desde la fuente de radiación electromagnética 208.
En una o más modalidades, el dispositivo 200 también puede incluir una ventana de muestreo 216 dispuesta adyacente o de otro modo en contacto con el fluido 202 para fines de detección. La venta de muestreo 216 puede estar hecha de diversos materiales transparentes, rígidos o semirrígidos que están configurados para permitir la transmisión de la radiación electromagnética 210 a través de los mismos. Por ejemplo, le ventana de muestreo 216 puede estar hecha, entre otros, de materiales de vidrios, de plásticos, semiconductores, cristalinos, materiales policristalinos, polvos prensados en caliente o en frío, combinaciones de estos o similares. Después
de pasar a través de la ventana de muestreo 216, la radiación electromagnética 210 choca e interactúa ópticamente con el fluido 202, incluso los componentes presentes dentro del fluido 202. Como resultado, se genera una radiación que interactúa ópticamente 218 y se refleja desde el fluido 202. Los entendidos en la téenica, sin embargo, reconocerán fácilmente que las variaciones alternativas del dispositivo 200 puede permitir la generación de la radiación que interactúa ópticamente 218 al ser transmitida, dispersada, difractada, absorbida, emitida o reirradiada por y/o desde el fluido 202, sin apartarse del alcance de la descripción.
La radiación que interactúa ópticamente 218 generada por la interacción con el fluido 202 se puede dirigir hacia un ICE 220, o de otro modo ser recibida por este, dispuesto dentro del dispositivo 200. El ICE 220 puede ser un componente espectral sustancialmente similar al ICE 100 descrito anteriormente con referencia a la figura 1. Por consiguiente, en funcionamiento, el ICE 220 puede estar configurado para recibir la radiación que interactúa ópticamente 218 y producir radiación electromagnética modificada 222 correspondiente a una característica particular del fluido 202. En particular, la radiación electromagnética modificada 222 es radiación electromagnética que ha interactuado ópticamente con el ICE 220, por lo cual se obtiene una imitación aproximada del vector de regresión correspondiente a la característica del fluido
202.
Aunque la figura 2 representa que el ICE 220 recibe radiación electromagnética reflejada desde el fluido 202, el ICE 220 puede estar dispuesto en cualquier punto a lo largo del tren óptico del dispositivo 200, sin apartarse del alcance de la descripción. Por ejemplo, en una o más modalidades, el ICE 220 (como se muestra con las líneas punteadas) puede estar dispuesto dentro del tren óptico antes de la ventana de muestreo 216 e igualmente obtener sustancialmente los mismos resultados. En otras modalidades, el ICE 220 puede generar la radiación electromagnética modificada 222 a través de reflexión, en lugar de transmisión a través del mismo.
Además, aunque se muestra solo un ICE 220 en el dispositivo 200, en la presente se contemplan modalidades que incluyen el uso de al menos dos componentes de ICE en el dispositivo 200 configurados para determinar cooperativamente la característica de interés en el fluido 202. Por ejemplo, uno o más ICE pueden estar dispuestos en serie o paralelos dentro del dispositivo 200 y estar configurados para recibir la radiación que interactúa ópticamente 218 y mejorar así las sensibilidades y los límites del detector del dispositivo 200. En otras modalidades, dos o más ICE pueden estar dispuestos en un ensamblaje móvil, por ejemplo un disco giratorio o una matriz lineal oscilante, que se mueva de manera que los componentes de ICE individuales sean capaces de ser expuestos
o de otro modo interactúen ópticamente con radiación electromagnética durante un breve período diferente. Los dos o más componentes de ICE en cualquiera de estas modalidades pueden estar configurados para asociarse o disociarse con la característica de interés del fluido 202. En otras modalidades, los dos o más ICE pueden estar configurados para correlacionarse positiva o negativamente con la característica de interés del fluido 202. Estas modalidades ópticas que emplean dos o más componentes de ICE se describen adicionalmente en las solicitudes de patentes estadounidenses pendientes N.° 13/456,264, 13/456,405, 13/456,302 y 13/456,327, cuyos contenidos se incorporan en la presente en su totalidad mediante esta referencia.
En algunas modalidades, puede ser conveniente monitorizar más de una característica de interés a la vez utilizando el dispositivo 200. En las modalidades, se pueden utilizar diversas configuraciones para múltiples componentes de ICE, donde cada componente de ICE está configurado para detectar una característica particular y/o distinta de interés. En algunas modalidades, la característica se puede analizar secuencialmente utilizando múltiples componentes de ICE que proporcionan un único haz de radiación electromagnética que se refleja desde o se transmite a través del fluido 202. En algunas modalidades, múltiples componentes de ICE pueden estar dispuestos en un disco giratorio, donde los componentes de ICE
individuales solo se exponen al haz de radiación electromagnética durante un tiempo corto. Algunas ventajas de este enfoque pueden incluir la capacidad de analizar múltiples características del fluido 202 utilizando un solo dispositivo informático óptico 200 y la oportunidad de analizar características adicionales simplemente añadiendo componentes de ICE adicionales al disco giratorio.
En otras modalidades, puede haber múltiples dispositivos informáticos ópticos colocados en un solo lugar a lo largo de la vía de flujo 204, donde cada dispositivo informático óptico contiene un ICE único que está configurado para detectar una característica de interés particular en el fluido 202. En las modalidades, un divisor de haz puede desviar una parte de la radiación electromagnética que se refleja por, se emite desde o se transmite a través del fluido 202 y en cada dispositivo informático óptico. Cada dispositivo informático óptico, a su vez, puede estar acoplado a un detector o matriz del detector correspondiente configurada para detectar y analizar una salida de radiación electromagnética desde el dispositivo informático óptico respectivo. Algunas configuraciones paralelas de los dispositivos informáticos ópticos pueden ser particularmente beneficiosas para las aplicaciones que requieren entradas bajo consumo de energía y/o no requieren ninguna parte móvil.
Los entendidos en la téenica apreciarán que cualquiera de las configuraciones anteriores se pueden utilizar
adicionalmente en combinación con una configuración en serie en cualquiera de las presentes modalidades. Por ejemplo, dos dispositivos informáticos ópticos que tiene un disco giratorio con múltiples componentes de ICE dispuestos en ellos, pueden estar colocados en serie para realizar un análisis en un solo lugar a lo largo de la longitud de la vía de flujo 204. De la misma forma, se pueden colocar múltiples estaciones de detección, cada una con dispositivos informáticos ópticos en paralelo, en serie para realizar un análisis similar.
La radiación electromagnética modificada 222 generada por el ICE 220, posteriormente, se pueden transmitir a un detector 224 para la cuantificación de la señal. El detector 224 puede ser cualquier dispositivo capaz de detectar radiación electromagnética y, en general, se puede caracterizar como un transductor óptico. En algunas modalidades, el detector 224 puede ser, entre otros, un detector térmico tal como un detector de termopila o fotoacústico, un detector semiconductor, un detector piezoeléctrico, un detector de dispositivo acoplado por carga (CCD, por sus siglas en inglés), un detector de video o matriz, un detector de división, un detector de fotones (por ejemplo un tubo fotomultiplicador), fotodiodos, combinaciones de estos o similares, u otros detectores conocidos por los entendidos en la téenica.
En algunas modalidades, el detector 224 puede estar configurado para producir una señal de salida 226 en tiempo
real o casi en tiempo real en forma de un voltaje (o corriente) que corresponde a la característica particular de interés del fluido 202. El voltaje devuelto por el detector 224 es esencialmente el producto escalar de la interacción óptica de la radiación que interactúa ópticamente 218 con el ICE respectivo 220 en función de la concentración de la característica de interés del fluido 202. Como tal, la señal de salida 226 producida por el detector 224 y la concentración de la característica se pueden relacionar, por ejemplo, directamente proporcional. En otras modalidades, sin embargo, la relación puede corresponder a una función polinómica, una función exponencial, una función logarítmica y/o una combinación de estas.
En algunas modalidades, el dispositivo 200 puede incluir un segundo detector 228, el cual puede ser similar al primer detector 224 en que puede ser cualquier dispositivo capaz de detectar radiación electromagnética. El segundo detector 228 se puede utilizar para detectar desviaciones de radiación que derivan de la fuente de radiación electromagnética 208. Se pueden producir desviaciones de radiación no deseadas en la intensidad de la radiación electromagnética 210 debido a una gran variedad de motivos y que potencialmente producen diversos efectos negativos en el dispositivo 200. Estos efectos negativos pueden ser particularmente perjudiciales para mediciones tomadas durante un período. En algunas modalidades,
se pueden producir desviaciones de radiación como resultado de una acumulación de lámina o material en la ventana de muestreo 216 que tiene el efecto de reducir la cantidad y calidad de luz que finalmente llega al primer detector 224. Sin compensación adecuada, las desviaciones de radiación pueden provocar lecturas falsas y la señal de salida 226 ya no podría relacionarse principal o exactamente con la característica de interés.
Para compensar estos tipos de efectos no deseados, el segundo detector 228 puede estar configurado para generar una señal de compensación 230 que generalmente indica las desviaciones de radiación de la fuente de radiación electromagnética 208 y normaliza así la señal de salida 226 generada por el primer detector 224. Tal como se ilustra, el segundo detector 228 puede estar configurado para recibir una parte de la radiación que interactúa ópticamente 218 mediante un divisor de haces 232 para detectar las desviaciones de radiación. En otras modalidades, sin embargo, el segundo detector 228 puede estar dispuesto para recibir radiación electromagnética de cualquier parte del tren óptico en el dispositivo 200 para detectar las desviaciones de radiación, sin apartarse del alcance de la descripción.
En algunas aplicaciones, la señal de salida 226 y la señal de compensación 230 pueden ser transmitidas hacia un procesador de señales 234, o de otro modo ser recibidas por
este, acoplado de forma comunicativa a ambos detectores 220, 228. El procesador de señales 234 puede ser un ordenador que incluye un procesador y un medio de almacenamiento legible por máquina que tiene instrucciones almacenadas en él, las cuales, cuando se ejecutan por el procesador 234, hacen que el dispositivo informático óptico 200 realice una cantidad de operaciones, por ejemplo determinar una característica de interés del fluido 202. Por ejemplo, la concentración de cada característica detectada con el dispositivo informático óptico 200 se puede alimentar en un algoritmo operado por el procesador de señales 234. El algoritmo puede ser parte de una red neuronal artificial configurada para utilizar la concentración de cada característica detectada para evaluar las características generales o la calidad del fluido 202. Algunas redes neuronales artificiales ilustrativas pero no limitantes se describen en la solicitud de patente estadounidense de propiedad común N.° 11/986,763 (publicación de solicitud de patente estadounidense N.° 2009/0182693), que se incorpora a la presente mediante referencia.
El procesador de señales 234 también puede estar configurado para combinar computacionalmente la señal de compensación 230 con la señal de salida 226 para normalizar la señal de salida 226 teniendo en cuenta las desviaciones de radiación detectadas por el segundo detector 228. Combinar computacionalmente las señales de salida y de compensación 220,
228 puede implicar el cálculo de una relación de las dos señales 220, 228. Por ejemplo, la concentración o magnitud de cada característica determinada utilizando el dispositivo informático óptico 200 se puede alimentar en un algoritmo ejecutado por el procesador de señales 234. El algoritmo puede estar configurado para realizar predicciones sobre la forma en que las características del fluido 202 cambian si las concentraciones de uno o más componentes o aditivos cambian uno respecto al otro.
En tiempo real o en casi en tiempo real, el procesador de señales 234 puede estar configurado para proporcionar una señal de salida resultante 236 correspondiente a una concentración de la característica de interés en el fluido 202. La señal de salida resultante 236 puede ser legible por un operador que puede considerar los resultados y realizar ajustes adecuados o adoptar las medidas adecuadas, si es necesario, en base a las concentraciones medidas de componentes o aditivos en el fluido 202. En algunas modalidades, la señal de salida resultante 328 se puede transmitir, ya sea por cable o de forma inalámbrica, a un operador para su consideración. En otras modalidades, la señal de salida resultante 236 puede ser reconocida por el procesador de señales 234 mientras se encuentra dentro o sin un intervalo predeterminado o preprogramado de funcionamiento adecuado y puede alertar al operador de una lectura fuera de escala de modo que se puedan
adoptar medidas correctivas adecuadas, o de otro modo llevar a cabo autónomamente las medidas correctivas adecuadas de manera que la señal de salida resultante 236 vuelva a un valor dentro del intervalo predeterminado o preprogramado de funcionamiento adecuado.
Con referencia a la figura 3, se ilustra otro dispositivo informático óptico ejemplar 300 para monitorizar el fluido 202, de acuerdo con una o más modalidades. El dispositivo informático óptico 300 puede ser similar en algunos aspectos al dispositivo informático óptico 200 de la figura 2 y, por lo tanto, se pueden entender mejor con referencia al mismo donde los números iguales los indican elementos iguales que no se describirán nuevamente. Nuevamente, el dispositivo informático óptico 300 puede estar configurado para determinar la concentración de una característica de interés en el fluido 202 mientras se encuentra contenido dentro de la vía de flujo 204. A diferencia del dispositivo 200 de la figura 2, sin embargo, el dispositivo informático óptico 300 en la figura 3 puede estar configurado para transmitir la radiación electromagnética 210 a través del fluido 202 mediante una primera ventana de muestreo 302a y una segunda ventana de muestreo 302b dispuesta radialmente opuesta a la primera ventana de muestreo 302a en la vía de flujo 204. La primera ventana de muestreo y la segunda ventana de muestreo 302a,b pueden ser similares a la ventana de muestreo 316 descrita
anteriormente en la figura 2 y, por lo tanto, no se describirán nuevamente.
A medida que la radiación electromagnética 210 pasa a través del fluido 202 mediante la primera ventana de muestreo y la segunda ventana de muestreo 302a,b, interactúa ópticamente con el fluido 202 y la radiación que interactúa ópticamente 218 posteriormente es dirigida hacia el ICE 220, o de otro modo es recibida por este, cuando se encuentra dispuesto dentro del dispositivo 300. Cabe destacar nuevamente que aunque la figura 3 representa que el ICE 220 recibe la radiación que interactúa ópticamente 218 mientras se transmite a través de las ventanas de muestreo 302a,b, el ICE 220 igualmente puede estar dispuesto en cualquier punto a lo largo del tren óptico del dispositivo 300, sin apartarse del alcance de la descripción. Por ejemplo, en una o más modalidades, el ICE 220 puede estar dispuesto dentro del tren óptico antes de la primera ventana de muestreo 302a e igualmente obtener sustancialmente los mismos resultados. En otras modalidades, el ICE 220 puede generar la radiación electromagnética modificada 222 a través de reflexión, en lugar de transmisión a través del mismo. Además, al igual que con el dispositivo 200 de la figura 2, en la presente se contemplan modalidades que incluyen el uso de al menos dos componentes de ICE en el dispositivo 300 configurados para determinar cooperativamente la característica de interés en el fluido 202.
La radiación electromagnética modificada 222 generada por el ICE 220, posteriormente, se transmite al detector 224 para la cuantificación de la señal y la generación de la señal de salida 226 que corresponde a la característica de interés específica en el fluido 202. El dispositivo 300 también puede incluir el segundo detector 228 para detectar las desviaciones de radiación que derivan de la fuente de radiación electromagnética 208. Tal como se ilustra, el segundo detector 228 puede estar configurado para recibir una parte de la radiación que interactúa ópticamente 218 mediante el divisor de haces 232 para detectar las desviaciones de radiación. La señal de salida 226 y la señal de compensación 230 luego pueden ser transmitidas o de otro modo recibidas por el procesador de señales 234 que puede combinar computacionalmente las dos señales 230, 226 y proporcionar en tiempo real o casi en tiempo real la señal de salida resultante 236 correspondiente a la concentración de la característica de interés en el fluido 202.
Los entendidos en la téenica apreciarán fácilmente las diversas y numerosas aplicaciones con las que se pueden utilizar de forma adecuada los dispositivos informáticos ópticos 200, 300, y diversas configuraciones alternativas de estos. Por ejemplo, con referencia a la figura 4, se ilustra un ensamblaje de perforación de pozo ejemplar 400 que puede emplear uno o más de los dispositivos informáticos ópticos descritos en la presente para monitorizar un fluido de
perforación o de limpieza, de acuerdo con una o más modalidades. El ensamblaje de perforación 400 puede incluir una plataforma de perforación 402 que brinda soporte a una torre de perforación 404 que tiene un bloque móvil 406 para elevar y bajar una sarta de perforación 408. Un vástago de perforación 410 brinda soporte a la sarta de perforación 408 e medida que se baja a través de una mesa giratoria 412. Una broca de perforación 414 está unida al extremo distal de la sarta de perforación 408 y se acciona ya sea por un motor de fondo de pozo y/o mediante la rotación de la sarta de perforación 408 de la superficie del pozo. A medida que la broca 414 gira, crea un pozo 416 que penetra diversas formaciones subterráneas 418.
Una bomba 420 (p. ej., una bomba de lodo) hace circular el fluido de perforación 422 a través de una tubería de alimentación 424 y hacia el vástago de perforación 410, el cual transporta el fluido de perforación 422 hacia el fondo del pozo a través de un conducto interior definido en la sarta de perforación 408 y a través de uno o más orificios en la broca de perforación 414. El fluido de perforación 422 luego circula nuevamente hacia la superficie mediante un espacio anular 426 definido entre la sarta de perforación 408 y las paredes del pozo 416. El fluido de perforación 422 sirve para varios propósitos, por ejemplo proporcionar presión hidrostática para evitar que los fluidos de la formación ingresen en el pozo 416
y mantener la broca de perforación 414 fría y limpia durante la perforación. El fluido de perforación 422 también sirve para transportar recortes de perforación y sólidos fuera del pozo 416 y suspender los recortes de perforación y los sólidos mientras la perforación se encuentra detenida y/o cuando la broca de perforación 414 se lleva dentro y fuera del pozo 416.
En la superficie, el fluido de perforación recirculado o gastado 422 sale del espacio anular 426 y puede ser transportado hacia uno o más equipos de control de sólidos 428 mediante una línea de flujo que se interconecta 430. En funcionamiento, el equipo de control de sólidos 428 puede estar configurado para eliminar sustancialmente los recortes de perforación y los sólidos del fluido de perforación 422 y depositar un fluido de perforación "limpio" 422 en un foso de retención cercano 432 (es decir, un foso de lodo).
Se pueden agregar varios aditivos o componentes al fluido de perforación 422 para mantener el fluido de perforación 422 en buenas condiciones de funcionamiento y de otro modo mejorar las capacidades de la perforación. En algunas modalidades, los aditivos y componentes se pueden agregar al fluido de perforación 422 mediante una tolva mezcladora 434 acoplada o de otro modo en comunicación con el foso de retención 432. En otras modalidades, sin embargo, los aditivos y componentes se pueden agregar al fluido de perforación en cualquier otro lugar en el ensamblaje de perforación 400. En al menos una modalidad,
por ejemplo, puede haber más de un foso de retención 432, por ejemplo múltiples fosos de retención 432 en serie. Algunos componentes ejemplares que es pueden agregar al fluido de perforación 422 incluyen, entre otros, emulsiones, materiales densificantes, viscosificantes, espesantes, modificadores de reología, diluyentes, defloculantes, polielectrolitos aniónicos (p. ej., acrilatos, polifosfatos, lignosulfonatos, derivados del ácido tánico, etc.), polímeros de alta temperatura, estabilizadores de arcilla, inhibidores de arcilla, tratamientos de alquitrán, agua y otros fluidos base, combinaciones de estos y similares. Algunos materiales densificantes ejemplares pueden incluir, entre otros, sulfato de bario (es decir, BaSO4 o barita), hematito, il enita, tetróxido de manganeso, galena, carbonato de calcio o similares. Algunos espesantes y/o modificadores de reología ejemplares incluyen, entre otros, goma de xantano, goma guar, glicol, carboximetilcelulosa, celulosa polianiónica (PAC), almidón o similares. Generalmente, los componentes ejemplares que se pueden agregar al fluido de perforación 422 incluyen cualquier aditivo, material o componente de fluido que se agrega al fluido de perforación 422 para cambiar o mantener cualquier característica preferida del fluido de perforación 422.
Durante las operaciones de perforación, y una vez establecidas las concentraciones críticas de los componentes
aditivos en el fluido de perforación 422, los componentes se pueden consumir o agotar continuamente del fluido de perforación 422 debido principalmente a que son absorbidos por los sólidos de perforación generados. Por ejemplo, los componentes, por ejemplo emulsionantes, son adsorbidos comúnmente en las superficies de sólidos de perforación que incluyen principalmente diversas arcillas reactivas, por ejemplo esmectita, ilita y caolinita. A medida que el componente emulsionante se agota progresivamente del fluido de perforación 422 debido a pérdidas en los recortes de perforación y los sólidos, la estabilidad de la emulsión del fluido de perforación 422 puede verse afectada drásticamente. A medida que la emulsión del fluido de perforación 422 se vuelve inestable, la reología del fluido de perforación se degrada. En casos extremos, le fase de salmuera del componente de emulsión inversa luego puede provocar la humectación por agua de los sólidos de perforación que puede afectar negativamente las operaciones de perforación.
El agotamiento de componentes también puede dar lugar a mayores viscosidades del fluido de perforación 422, necesitando así que la bomba 420 trabaje más y provocando potencialmente problemas de manejo de presión en el pozo 416. El agotamiento de componentes también puede aumentar la fuerza y el arrastre tanto en la sarta de perforación 408 como en la broca de perforación 414, lo cual puede dar lugar a un atascamiento de
tubería dentro del pozo 416. El agotamiento de componentes además puede afectar negativamente el rendimiento del equipo de control de sólidos 428, por ejemplo a través del aumento de la unión de sólidos en cribas vibradoras. Adicionalmente, el agotamiento de componentes puede provocar la acumulación de sólidos en las superficies metálicas, eventos de decantación de barita y el intercambio de iones adverso con la formación circundante 418.
El fluido de perforación 422 se puede mantener en buenas condiciones de funcionamiento si la velocidad de agotamiento de los componentes se contrarresta con el manejo o el tratamiento de fluidos adecuado. Por consiguiente, conocer la velocidad de tratamiento adecuada y correcta en tiempo real puede ser útil para optimizar el fluido de perforación 422. Para lograr esto, se pueden incluir uno o más dispositivos informáticos ópticos 436 (mostrados como dispositivos informáticos ópticos 436a, 436b, 436c y 436d) en el ensamblaje de perforación 400 para monitorizar el fluido de perforación 422 y/o uno o más componentes presentes dentro del fluido de perforación 422 en una o más ubicaciones de monitorización. Los dispositivos informáticos ópticos 436a-d pueden ser sustancialmente similares a uno o ambos de los dispositivos informáticos ópticos 200, 300 de las figuras 2 y 3, respectivamente y, por lo tanto, no se describirán nuevamente en detalle. En funcionamiento ejemplar, los dispositivos
informáticos ópticos 436 pueden medir e informar las características en tiempo real del fluido de perforación 422, lo cual puede proporcionarle al operador datos en tiempo real útiles para ajustar diversos parámetros de perforación para optimizar las operaciones de perforación.
En algunas modalidades, por ejemplo, un primer dispositivo informático óptico 436a puede estar dispuesto para monitorizar el fluido de perforación 422 a medida que este recircula o de otro modo sale del pozo 416. Tal como se ilustra, el primer dispositivo informático óptico 436a puede estar dispuesto o de otro modo acoplado a la línea de flujo 430, pudiendo así monitorizar el fluido de perforación 422 una vez que sale del espacio anular 426. Si las concentraciones y las cantidades iniciales de los componentes se conocen antes de transportar el fluido de perforación 422 en el pozo 416, el primer dispositivo informático óptico 436a puede ser útil para proporcionar datos en tiempo real que indican la cantidad de agotamiento de componentes que el fluido de perforación 422 experimentó después de circular a través del pozo 416.
En otras modalidades, un segundo dispositivo informático óptico 436b puede estar dispuesto o de otro modo en computación óptica con el foso de retención 432. El segundo dispositivo informático óptico 436b puede estar configurado para monitorizar el fluido de perforación 422 después de que experimenta uno o más tratamientos en el equipo de control de
sólidos 428, proporcionando así una concentración en tiempo real de los componentes que permanecen en el fluido de perforación 422. En algunas modalidades, el segundo dispositivo informático óptico 436b también puede estar configurado para monitorizar el fluido de perforación 422 en el foso de retención 432 a medida que se agregan o de otro modo se mezclan componentes aditivos adicionales en el fluido de perforación 422 mediante la tolva mezcladora 434. Por ejemplo, el segundo dispositivo informático óptico 436b puede ser capaz de informar a un operador cuando se agrega una cantidad predeterminada o nivel adecuado de un componente aditivo particular al fluido de perforación 422 para optimizar el rendimiento del fluido de perforación 422. Tal como se apreciará, la medición en tiempo real evita el tratamiento excesivo innecesario del fluido de perforación 422, ahorrando así tiempo y costos.
En otras modalidades, un tercer dispositivo informático óptico 436c puede estar dispuesto en el ensamblaje de perforación 400 después del foso de retención 432, pero antes de la bomba de lodo 420. Alternativamente, o además de esto, un cuarto dispositivo informático óptico 436d puede estar dispuesto en el ensamblaje de perforación 400 después de la bomba de lodo 420, por ejemplo dispuesto en algún punto a lo largo de la tubería de alimentación 424. El tercer dispositivo informático óptico y/o el cuarto dispositivo informático óptico 436c,d pueden ser útiles para confirmar si se han agregado
cantidades o concentraciones adecuadas de componentes al fluido de perforación 422 y de otro modo determinar si el fluido de perforación 422 se encuentra en niveles óptimos o predeterminados para operaciones de perforación adecuadas. En otras modalidades, el tercer dispositivo informático óptico y/o el cuarto dispositivo informático óptico 436c,d pueden ser útiles para proporcionar una lectura inicial de las características del fluido de perforación 422, incluso las concentraciones de los componentes encontrados, antes del traslado del fluido de perforación 422 al pozo 416. La lectura inicial se puede comparar con la señal resultante proporcionada por el primer dispositivo informático óptico 436a de manera que se determina la cantidad de un componente específico que permanece en el fluido de perforación 422 después de la circulación a través del pozo 416, tal como se mencionó de forma breve anteriormente.
En una o más modalidades, uno o más de los dispositivos informáticos ópticos 436a-d pueden estar acoplados de forma comunicativa a un procesador de señales 438 y configurados para transmitir una señal de salida correspondiente 440a-d al procesador de señales 438. El procesador de señales 438 puede ser similar al procesador de señales 226 de las figuras 2 y 3 y, por lo tanto, no se describirá nuevamente en detalle. El procesador de señales 438 puede emplear un algoritmo configurado para calcular o de otro modo determinar las
diferencias entre dos o más de las señales de salida 440a-d. Por ejemplo, la primera señal de salida 440a puede indicar una concentración de un componente en el fluido de perforación 422 u otra característica del fluido 422 en el lugar del primer dispositivo informático óptico 436a, la segunda señal de salida 440b puede indicar la concentración del componente u otra característica del fluido 422 en el lugar del segundo dispositivo informático óptico 436b, etc. Por consiguiente, el procesador de señales 438 puede estar configurado para determinar la forma en que la concentración del componente y/o la magnitud de la característica de interés en el fluido 422 cambia entre cada ubicación de monitorización.
En tiempo real o en casi en tiempo real, el procesador de señales 438 puede estar configurado para proporcionar una señal de salida resultante 442 correspondiente a una o más características del fluido. En algunas modalidades, la señal de salida resultante 442 puede proporcionar una diferencia medida en el componente y/o la magnitud de la característica de interés en el fluido 422. En algunas modalidades, la señal de salida resultante 442 se puede transmitir, ya sea por cable o de forma inalámbrica, a un operador para su consideración. En otras modalidades, la señal de salida resultante 442 puede ser reconocida por el procesador de señales 438 mientras se encuentra dentro o sin un intervalo predeterminado o preprogramado de funcionamiento adecuado para el fluido de
perforación 422. Si la señal de salida resultante 442 supera el intervalo predeterminado o preprogramado de funcionamiento, el procesador de señales 438 puede estar configurado para alertar al operador para que se puedan adoptar las medidas correctivas adecuadas en el fluido de perforación 422. De otro modo, el procesador de señales 438 puede estar configurado para llevar a cabo autónomamente las medidas correctivas adecuadas de manera que la señal de salida resultante 442 vuelva a un valor dentro del intervalo predeterminado o preprogramado de funcionamiento adecuado. Al menos una medida correctiva que se puede llevar a cabo puede incluir agregar componentes adicionales al fluido de perforación 422 mediante, por ejemplo, la tolva mezcladora 434.
Con referencia a la figura 4, en otras modalidades, uno o más de los dispositivos informáticos ópticos 436a-d pueden estar configurados para ayudar a optimizar los parámetros operativos para el equipo de control de sólidos 428. El equipo de control de sólidos 428 puede incluir, entre otros, uno o más de un agitador (p. ej., zaranda), una centrífuga, un hidrocielón, un separador, un destilador, un desarenador, combinaciones de estos y similares. En otras modalidades, el equipo de control de sólidos 428 puede incluir además uno o más separadores que funcionan con campos magnéticos o campos eléctricos, sin apartarse del alcance de la descripción. Tal como se mencionó de forma breve anteriormente, el equipo de
control de sólidos 428 puede estar configurado para eliminar sustancialmente los recortes de perforación y otros particulados sólidos no deseados del fluido de perforación 422, depositando así un fluido de perforación "limpio" o sustancialmente limpio 422 en el foso de retención 432.
Un problema común que se presenta con equipos de control de sólidos típicos 428 es la eliminación ineficaz de sólidos y otros particulados. Por ejemplo, cuando los equipos de control de sólidos 428 no están ajustados adecuadamente, a veces pueden pasar sólidos indeseados u otros particulados contaminantes en el foso de retención 432, proporcionando así un fluido de perforación menos eficaz 422 para ser recirculado nuevamente en el pozo 416. En otros casos, los equipos de control de sólidos no ajustados 428 pueden eliminar inadvertidamente materiales o componentes aditivos valiosos del fluido de perforación 422, y así mismo tener un efecto adverso en el rendimiento del fluido de perforación 422.
Para ayudar a evitar este problema, el primer dispositivo informático óptico y el segundo dispositivo informático óptico 436a,b pueden estar configurados para monitorizar la entrada y la salida de los equipos de control de sólidos 428, respectivamente, proporcionándole al operador una indicación en tiempo real de la eficiencia de los equipos de control de sólidos 428. Específicamente, el primer dispositivo informático óptico 436a puede estar configurado para
monitorizar el fluido de perforación 422 antes o mientras se introduce en los equipos de control de sólidos 428, y el segundo dispositivo informático óptico 436b puede estar configurado para monitorizar el fluido de perforación 422 después de que haya experimentado uno o más procesos o tratamientos en los equipos de control de sólidos 428 o de otro modo a medida que se descarga de allí.
Las señales de salida 440a,b derivadas de cada dispositivo informático óptico 436a,b, respectivamente, pueden proporcionarle al operador datos valiosos con respecto a las condiciones químicas y físicas del fluido de perforación 422 antes y después de los equipos de control de sólidos 428. Por ejemplo, en algunas modalidades, la señal de salida 440b puede proporcionarle al operador una o más características del fluido de perforación 422 a medida que sale de los equipos de control de sólidos 428. Como tal, la segunda señal de salida 440b puede verificar que hay componentes específicos de interés presentes dentro del fluido de perforación 422 y así servir como una medida de control de calidad para el fluido de perforación 422. Cuando las concentraciones de uno o más componentes no se encuentran en sus niveles ideales, se pueden llevar a cabo ajustes a los contenidos del fluido de perforación 422 como respuesta.
En algunas modalidades, las señales de salida 440a,b se pueden transmitir hacia el procesador de señales 438 y la señal
de salida resultante 442 del procesador de señales 438 puede proporcionarle al operador una comparación cualitativa y/o cuantitativa de la primera señal de salida y la segunda señal de salida 440a,b, proporcionando así información valiosa sobre la efectividad de los equipos de control de sólidos 428. Por ejemplo, dependiendo de las concentraciones resultantes de diversos componentes aditivos u otras sustancias reportadas por el segundo dispositivo informático óptico 436b, se puede determinar si los equipos de control de sólidos 428 funcionan de manera eficiente o ineficiente. Al ser notificado del rendimiento eficiente o ineficiente en una parte de los equipos de control de sólidos 428, el operador puede remediar la ineficacia mediante la alteración de uno o más parámetros operativos de los equipos de control de sólidos 428. Los parámetros de los equipos de control de sólidos 428 que se pueden ajustar pueden incluir, entre otros, ajustar la velocidad de un recipiente para una centrífuga, aumentar o disminuir el tamaño de pantalla de un agitador, aumentar o disminuir las fuerzas g en una centrífuga o hidrocielón, ajustar la resistencia de un campo magnético o eléctrico, etc.
El ajuste fino de los equipos de control de sólidos 428 asegura que los fluidos de perforación 422 se mantengan a niveles operativos adecuados y eficientes. Además, cuando se utilizan prácticas de control de sólidos adecuadas, el costo para mantener el fluido de perforación 422 y los equipos
relacionados puede disminuir en gran medida. En algunas modalidades, un sistema de control automático (no se muestra) puede estar acoplado de forma comunicativa tanto al procesador de señales 438 como a los equipos de control de sólidos 428. Cuando la señal de salida resultante 442 (o una de las señales de salida 440a,b) supera un umbral predeterminado para un fluido de perforación adecuado 422, el sistema de control automático puede estar configurado para ajustar autónomamente el o los parámetros operativos de los equipos de control de sólidos 428.
Como ejemplo, en algunas modalidades, el primer dispositivo informático óptico y el segundo dispositivo informático óptico 436a,b pueden estar configurados para monitorizar los componentes y/o las sustancias en el fluido de perforación 422 tales como particulados sólidos, arcillas (p. ej., esmectita, ilita, caolín, etc.), coque grafitizado, y materiales densificantes (p. ej., barita), que se eliminan, típicamente, del fluido de perforación 422 en los diversos equipos de control de sólidos 428.Al comparar la segunda señal de salida 440b con la primera señal de salida 440a, se puede determinar si el equipo de control de sólidos 428 elimina adecuadamente los componentes y/o sustancias de interés, o si puede ser beneficioso ajustar uno o más parámetros de los equipos de control de sólidos 428.
Como otro ejemplo, el primer dispositivo informático
óptico y el segundo dispositivo informático óptico 436a,b pueden estar configurados para monitorizar o analizar los materiales de pérdida de circulación (LCM, por sus siglas en inglés) reactivos dentro del fluido de perforación 422. Como se conoce generalmente en la téenica, el LCM es material sólido usualmente agregado el fluido de formación 422 para reducir y evitar eventualmente el flujo de fluido de perforación 422 en una formación de fondo de pozo débil o fracturada. Algunos ejemplos de LCM incluyen, entre otros, cáscaras de maní molido, mica, celofán, cáscaras de nuez, carbonato de calcio, fibras vegetales, cáscaras de semillas de algodón, caucho molido y materiales poliméricos. El LCM suele eliminarse del fluido de perforación 422 con el equipo de control de sólidos 428. En otras modalidades, sin embargo, el equipo de control de sólidos 428 puede estar configurado para pasar un determinado porcentaje de LCM para hacerlo recircular nuevamente en el pozo 416. Al comparar la segunda señal de salida 440b con la primera señal de salida 440a, se puede determinar si el equipo de control de sólidos 428 elimina adecuadamente el LCM del fluido de perforación 422 cuando se desea, o si el equipo de control de sólidos 428 permite adecuadamente que una cantidad apropiada de LCM pase en el foso de retención 432 junto con el fluido de perforación limpio 422. Para lograr un funcionamiento óptimo, se pueden ajustar uno o más parámetros del equipo de control de sólidos 428. Esto también puede resultar ventajoso para
proporcionar una estimación de la cantidad de LCM que se necesita devolver al fluido de perforación 422 mediante, por ejemplo, la tolva mezcladora 434 o en otro lugar en el ensamblaje de perforación 400, tal como se mencionó de forma breve anteriormente.
En algunas modalidades, se pueden colocar dispositivos informáticos ópticos individuales (no se muestra) en la entrada y/o salida de cada uno de los dispositivos utilizados en el equipo de control de sólidos 428. Por ejemplo, si resulta pertinente a la aplicación específica, se pueden colocar uno o más dispositivos informáticos ópticos en la entrada y/o salida de cada agitador, centrífuga, hidrocielón, separador, desilador y/o desarenador utilizado en el equipo de control de sólidos 428. Como resultado, el operador puede recibir datos sobre la eficiencia de cada dispositivo componente individual del equipo de control de sólidos 428, permitiendo así el ajuste fino estratégico de cada pieza o equipo individual o al menos el equipo individual responsable de las ineficiencias reportadas.
Con referencia a la figura 4, en otras modalidades, uno o más dispositivos informáticos ópticos, como se describe en general en la presente, pueden estar configurados o de otro modo dispuestos para monitorizar fluidos de servicio de pozo 444 y optimizar equipos de recuperación de fluidos asociados 446. El fluido de servicio de pozo 444 puede ser cualquier
fluido de limpieza o terminación de pozo conocido por los entendidos en la téenica. En algunas modalidades, por ejemplo, el fluido de servicio de pozo 444 puede ser agua, por ejemplo una salmuera o similar, o uno o más fluidos espaciadores conocidos por los entendidos en la técnica. El fluido de servicio de pozo 444 puede ser, entre otros, agua tratada municipalmente o agua dulce, agua de mar, agua salada (p. ej., agua que contiene una o más sales disueltas) salmuera de origen natural, una salmuera basada en cloruro, basada en bromuro o basada en formiato que contiene cationes monovalentes y/o polivalentes, soluciones acuosas, soluciones no acuosas, aceites de base, o combinaciones de estos. Algunos ejemplos de salmueras basadas en cloruro incluyen cloruro de sodio y cloruro de calcio. Algunos ejemplos de salmueras basadas en bromuro incluyen bromuro de sodio, bromuro de calcio y bromuro de cinc. Algunos ejemplos de salmueras basadas en formato incluyen formato de sodio, formato de potasio y formato de cesio.
En resumen, una vez iniciada la perforación del pozo 416, el fluido de servicio de pozo 444 se puede transportar o de otro modo introducir en el pozo 416 en momentos predeterminados para, entre otras cosas, limpiar el pozo 416 y eliminar torta de filtración de pozo. Tal como se conoce en la técnica, la torta de filtración de pozo es un material fino, resbaladizo que puede acumularse en las paredes del pozo 416 y sirve para
facilitar operaciones de perforación eficientes y simultáneamente ayudar a evitar la pérdida de fluido de perforación 422 en la formación subterránea 418 mediante "zonas ladronas". La torta de filtración suele incluir una parte inorgánica (p. ej., carbonato de calcio) y una parte orgánica (p. ej., almidón y xantano).Debido a que la torta de filtración esencialmente forma un sello en las paredes del pozo 416, se evita sustancialmente la producción de hidrocarburos de la formación circundante 418 hasta que la torta de filtración se elimina.
En funcionamiento ejemplar, el fluido de servicio de pozo 444 puede circular a través del pozo 416 para expulsar el fluido de perforación 422 y la materia particulada asociada fuera del pozo 416, mientras simultáneamente reacciona y elimina la torta de filtración acumulada en las paredes del pozo 416. En algunas modalidades, los tapones del fluido de servicio de pozo 444 pueden separar tapones individuales del fluido de perforación 422. En otras modalidades, sin embargo, el fluido de servicio de pozo 444 puede circular a través del pozo 416 en la conclusión de una operación de perforación con el fin de realizar tratamientos de remediación en la preparación para la producción de hidrocarburos. A medida que el fluido de servicio de pozo 444 entra en contacto con la torta de filtración acumulada en el pozo 416, en algunas modalidades, se produce una reacción química y la torta de
filtración se disuelve gradualmente y circula fuera del pozo 416 ya sea con el fluido de servicio de pozo 444 o con el fluido de perforación 422. En otras modalidades, la torta de filtración se puede solubilizar, disolver o de otro modo erosionar desde el pozo 416.
En algunas modalidades, el primer dispositivo informático óptico 436a puede estar configurado para monitorizar el fluido de perforación 422 o el fluido de servicio de pozo 444 a medida que sale del pozo 416 mediante la línea de flujo que se interconecta 430 y determinar una concentración de una característica del fluido, por ejemplo un constituyente o compuesto químico correspondiente a la torta de filtración que puede estar presente. Por ejemplo, el primer dispositivo informático óptico 436a puede estar configurado para monitorizar el fluido de perforación 422 y/o el fluido de servicio de pozo 444 para detectar concentraciones de carbonato de calcio, barita, arcillas, componentes atrapados o similares.
En al menos una modalidad, la señal de salida 440a del primer dispositivo informático óptico 436a se puede comparar con la señal de salida 440d del cuarto dispositivo informático óptico 436d, por ejemplo, para determinar la cantidad de constituyente/compuesto químico de la torta de filtración que se elimina del pozo 416. A medida que el tiempo de contacto con el fluido de servicio de pozo 444 aumenta, la concentración del constituyente/compuesto químico de la torta de filtración
en principio aumenta y luego disminuye gradualmente a medida que la torta de filtración reacciona de forma progresiva y/o se disuelve y se elimina del pozo 416. La señal de salida 440a del primer dispositivo informático óptico 436a puede proporcionarle al operador una indicación en tiempo real de la cantidad de torta de filtración que se disuelve o de otro modo se elimina del pozo 416. Como resultado, se le informa al operador en tiempo real si la operación de limpieza de pozo 416 es/fue exitosa.
En algunas modalidades, tras volver a la superficie y salir del pozo 416, el fluido de servicio de pozo 444 se puede transportar a uno o más equipos de recuperación de fluido de servicio 446 acoplados de forma fluida al espacio anular 426. El equipo de recuperación 446 puede estar configurado para recibir y rehabilitar el fluido de servicio de pozo 444 en la preparación para la reintroducción en el pozo 416, si se desea. El equipo de recuperación 446 puede incluir uno o más filtros o dispositivos de separación configurados para limpiar el fluido de servicio de pozo 444. En al menos una modalidad, el equipo de recuperación 446 puede incluir un filtro de tierra diatomácea o similar.
En algunas modalidades, el ensamblaje de perforación 400 puede incluir además un quinto dispositivo informático óptico 436e y un sexto dispositivo informático óptico 436f utilizados junto con el equipo de recuperación 446. El quinto dispositivo
informático óptico y el sexto dispositivo informático óptico 436e,f pueden ser sustancialmente similares a uno o ambos de los dispositivos informáticos ópticos 200, 300 de las figuras 2 y 3, respectivamente y, por lo tanto, no se describirán nuevamente en detalle. Tal como se ilustra, el quinto dispositivo informático óptico y el sexto dispositivo informático óptico 436e,f se pueden utilizar para monitorizar una entrada y una salida del equipo de recuperación 446, respectivamente, proporcionándole al operador una determinación en tiempo real de una o más características del fluido de servicio de pozo 444 antes y después de ser tratado en el equipo de recuperación 446. En algunas modalidades, por ejemplo, la característica del fluido de servicio de pozo 444 puede incluir una concentración de un constituyente o compuesto químico correspondiente a la torta de filtración (p. ej., carbonato de calcio) antes y después del tratamiento en el 466. En otras modalidades, la característica del fluido de servicio de pozo 444 puede corresponder a una densidad del fluido de servicio de pozo 444 antes y después del tratamiento en el equipo de recuperación 446. En otras modalidades, la característica del fluido de servicio de pozo 444 puede corresponder a la turbiedad del fluido 444 antes y después del tratamiento en el equipo de recuperación 446.
Las señales de salida 440e y 440f derivadas de cada dispositivo informático óptico 436e,f, respectivamente, se
pueden transmitir al procesador de señales 438 para su procesamiento. En algunas modalidades, la sexta señal de salida 44Of puede proporcionarle al operador una o más características del fluido de servicio de pozo 444 a medida que sale del equipo de recuperación 446. Como tal, la sexta señal de salida 440f puede servir como una medida de control de calidad para el fluido de servicio de pozo 444 e indicarle al operador si el fluido de servicio de pozo 444 se ha rehabilitado adecuadamente antes de reintroducirse en el pozo 416.
En algunas modalidades, la señal de salida resultante 442 del procesador de señales 438 puede indicar una diferencia entre la quinta señal de salida y la sexta señal de salida 440e,f, proporcionando así información valiosa sobre la efectividad del equipo de recuperación 446 en la rehabilitación del fluido de servicio de pozo 444. Por ejemplo, dependiendo de las concentraciones resultantes de la característica reportada por el sexto dispositivo informático óptico 436f, se puede determinar si el equipo de recuperación 446 funciona de manera eficiente o ineficiente, y se pueden realizar ajustes adecuados al equipo de recuperación 446 como respuesta, si es necesario. Como resultado, se pueden lograr parámetros operativos óptimos para el equipo de recuperación 446. En algunas modalidades, un sistema de control automático puede estar acoplado de forma comunicativa tanto al procesador de señales 438 como al equipo de recuperación 446, y el sistema
de control automático puede estar configurado para ajustar autónomamente el equipo de recuperación 446 cuando la señal de salida resultante 442 (o una de la quinta autónomamente y la sexta señal 440e,f) supera un umbral predeterminado.
Con referencia a la figura 4, en otras modalidades, uno o más dispositivos informáticos ópticos, como se describe en general en la presente, pueden estar configurados para monitorizar el fluido de perforación 422 en uno o más puntos en el ensamblaje de perforación 400 para la formación y/o concentración de hidratos de gas. Tal como se conoce generalmente en la téenica, los hidratos de gas son clatratos o compuestos de inclusión cristalinos de moléculas de gas en agua que pueden formarse en determinadas condiciones de temperatura y presión (p. ej., temperatura baja y presión alta) durante las operaciones de perforación. Debido a que los hidratos de gas consisten en más del 85 % de agua, su formación puede eliminar cantidades significativas de agua del fluido de perforación 422, cambiando así las propiedades del fluido del fluido de perforación 422. Esto puede provocar una precipitación de sal o un aumento del peso del fluido.
La aglomeración de estos hidratos de gas en el fluido de perforación 422 (o tubería de producción), o la formación de un tapón de hidrato sólido, potencialmente puede causar problemas aseguramiento del flujo peligrosos. Por ejemplo, los hidratos de gas pueden formar en la sarta de perforación 408 y
los equipos de perforación asociados, una pila de preventores de reventones (BOP, por sus siglas en inglés) (no se muestra), líneas de obstrucción y de ahogo (no se muestra), etc., lo cual podría provocar un bloqueo de flujo, obstáculos para el movimiento de la sarta de perforación 408, pérdida de circulación e incluso abandono del pozo.
En al menos una modalidad, el ensamblaje de perforación 400 puede incluir además un séptimo dispositivo informático óptico 436g dispuesto en el fondo del pozo en el pozo 416 y configurado para monitorizar el fluido de perforación 422 dentro del espacio anular 426 para detectar la presencia de hidratos de gas. El séptimo dispositivo informático óptico 436g puede ser sustancialmente similar a uno o ambos de los dispositivos informáticos ópticos 200, 300 de las figuras 2 y 3, respectivamente y, por lo tanto, no se describirán nuevamente en detalle. En particular, el séptimo dispositivo informático óptico 436g puede incluir al menos un elemento computacional integrado (no se muestra) configurado para detectar uno o más tipos de hidratos de gas, por ejemplo clatratos de metano o hidratos de metano.
Cabe señalar que aunque el séptimo dispositivo informático óptico 436g se ilustra como un único dispositivo informático óptico, en la presente se contempla incluir cualquier número de dispositivos informáticos ópticos dispuestos dentro del pozo 416 para monitorizar el fluido de
perforación 422 para detectar la formación de hidratos de gas. Además, aunque el séptimo dispositivo informático óptico 436g se muestra acoplado o cerca de la broca de perforación 414, los entendidos en la téenica apreciarán fácilmente que el séptimo dispositivo informático óptico 436g, y cualquier número de dispositivos informáticos ópticos diferentes, puede estar dispuesto en cualquier punto a lo largo de la sarta de perforación 408, sin apartarse del alcance de la descripción.
Una señal de salida 440g del séptimo dispositivo informático óptico 436g puede indicar una característica del fluido de perforación 422, por ejemplo la concentración de uno o más hidratos de gas dentro del fluido de perforación 422. En algunas modalidades, la señal de salida 44Og se puede enviar al operador, ya sea por cable o de forma inalámbrica, y proporcionarle al operador datos cualitativos y/o cuantitativos en tiempo real con respecto a la concentración de hidratos de gas dentro del fluido de perforación 422 en ese lugar específico. En otras modalidades, la señal de salida 440g se puede transmitir al procesamiento de señales 438 para su procesamiento adicional en vista de o junto con una o más señales de salida diferentes 440a-f.
Cuando la concentración de hidratos de gas en el fluido de perforación 422 supera o de otro modo alcanza un límite umbral predeterminado, según lo detectado o reportado por el séptimo dispositivo informático óptico 436g, se puede
proporcionar una alerta o advertencia al operador para que se puedan llevar a cabo una o más medidas correctivas. Algunas medidas correctivas pueden incluir agregar sustancias o compuestos de tratamiento al fluido de perforación para contrarrestar la formación de hidratos de gas adicionales y de otro modo reducir la concentración de hidratos de gas dentro del fluido de perforación 422. En otras modalidades, una medida correctiva puede incluir cambiar el nivel de salinidad del fluido de perforación.
En algunas modalidades, por ejemplo, se puede agregar un inhibidor de hidratos de gas al fluido de perforación 422. Los inhibidores de hidratos de gas cambian el límite termodinámico de formación de hidratos de gas a menores temperaturas y mayores presiones (es decir, inhibición termodinámica), disminuyendo así la tendencia a la formación de hidratos de gas. Algunos inhibidores de hidratos de gas incluyen, entre otros, sales (p. ej., cloruro de sodio), metanol, alcoholes, glicol, dietilenglicol, glicerol, poliglicerol, combinaciones de estos y similares. En algunas modalidades, se pueden utilizar combinaciones de sales con compuestos orgánicos solubles en agua como el inhibidor de hidratos de gas. En otras modalidades, se puede utilizar poliacrilamida parcialmente hidrolizada (PHPA) como un inhibidor de hidratos de gas y se puede utilizar para unir las partículas para mejorar la reología sin un aumento de la carga de sólidos coloidales.
En algunas modalidades, el inhibidor de hidratos de gas se puede agregar el fluido de perforación 422 mediante la tolva mezcladora 434 o en cualquier otro punto en el ensamblaje de perforación 400. Después del ingreso del inhibidor de hidratos de gas en el pozo 416, la séptima señal de salida 440g del séptimo dispositivo informático óptico 436g puede proporcionarle al operador la concentración en tiempo real de hidratos de gas dentro del fluido de perforación 422. Si la concentración de hidratos de gas no disminuye, se puede agregar inhibidor de hidratos de gas adicional el fluido de perforación 422, según sea necesario. De lo contrario, si la concentración de hidratos de gas vuelve a un nivel operativo manejable o "seguro", la séptima señal de salida 440g puede informarle al operador que el ingreso de inhibidor de hidratos de gas adicional se puede mantener, reducir o eliminar por completo. Tal como se apreciará, el proceso de manejar la adición de inhibidor de hidratos de gas (o cualquier otra sustancia de tratamiento) al fluido de perforación 422 puede ser completamente automático utilizando un sistema de control automático, como se describió en general anteriormente.
Por consiguiente, el séptimo dispositivo informático óptico 436g puede indicar si el inhibidor de hidratos de gas (o cualquier otra sustancia de tratamiento, para el caso) es efectivo o no para su fin previsto. La efectividad del inhibidor de hidratos de gas también puede ser determinada
utilizando una comparación de antes y después de la concentración del inhibidor de hidratos de gas dentro del fluido de perforación 422. Por ejemplo, el tercer dispositivo informático óptico y/o el cuarto dispositivo informático óptico 436c,d pueden proporcionar una lectura inicial de la concentración del inhibidor de hidratos de gas en el fluido de perforación 422 antes del transporte del fluido de perforación 422 al pozo 416. El primer dispositivo informático óptico 436a puede proporcionar la concentración del inhibidor de hidratos de gas después de la circulación a través del pozo 416. Las señales de salida respectivas 440c,d y 440a se pueden procesar en el procesador de señales 438, proporcionándole al operador una diferencia en tiempo real entre las dos señales que puede indicar si el inhibidor de hidratos de gas está funcionando adecuadamente.
Los entendidos en la téenica reconocerán fácilmente que, en una o más modalidades, la radiación electromagnética puede derivar del propio fluido que se analiza, por ejemplo el fluido de perforación 422, y de otro modo puede derivar independiente de cualquier fuente de radiación electromagnética 208 (figuras 2 y 3). Por ejemplo, diversas sustancias irradian naturalmente radiación electromagnética que puede interactuar ópticamente con el ICE 220 (figuras 2 y 3). En algunas modalidades, por ejemplo, el fluido que se analiza puede ser una sustancia de radiación de cuerpo negro configurada para irradiar calor que
puede interactuar ópticamente con el ICE 220. En otras modalidades, el fluido puede ser radioactivo o quimioluminiscente y, por lo tanto, irradiar radiación electromagnética que puede interactuar ópticamente con el ICE 220. En otras modalidades, la radiación electromagnética puede ser inducida desde el fluido al ser activado de forma mecánica, magnética, eléctrica, combinaciones de estas o similares. Por ejemplo, en al menos una modalidad, se puede colocar un voltaje a través del fluido para inducir la radiación electromagnética. Como resultado, en la presente se contemplan modalidades donde la fuente de radiación electromagnética 208 se omite de los dispositivos informáticos ópticos descritos en la presente.
Se reconoce que las diversas modalidades de la presente referidas a redes de control informático y neuronales artificiales, incluso diversos bloques, módulos, elementos, componentes, métodos y algoritmos, se pueden implementar utilizando hardware informático, software, combinaciones de estos y similares. Para ilustrar esta intercambiabilidad de hardware y software, se han descrito diversos bloques, módulos, elementos, componentes, métodos y algoritmos ilustrativos, en general, en términos de su funcionalidad. La posibilidad de que la funcionalidad se implemente como hardware o software depende de la aplicación específica y las restricciones de diseño impuestas. Por al menos este motivo, se reconocerá que el entendido en la téenica puede implementar la funcionalidad
descrita de diversas formas para una aplicación específica. Además, puede haber diversos componentes y bloques dispuestos en un orden diferente o divididos de forma diferente, por ejemplo, sin alejarse del alcance de las modalidades descritas expresamente.
Algunos hardware informáticos utilizados para implementar los diversos bloques, módulos, elementos, componentes, métodos y algoritmos ilustrativos descritos en la presente, pueden incluir un procesador configurado para ejecutar una o más secuencias de instrucciones, téenicas de programación o código almacenado en un medio legible por computadora no transitorio. El procesador puede ser, por ejemplo, un microprocesador con fines generales, un microcontrolador, un procesador digital de señales, un circuito integrado de aplicación específica, una matriz de compuerta programable de campo, un dispositivo lógico programable, un controlador, una máquina de estados, una lógica cerrada, componentes de hardware discretos, una red neuronal discreta o cualquier entidad adecuada similar que pueda realizar cálculos u otras manipulaciones de datos. En algunas modalidades, el hardware informático puede incluir además elementos tales como, por ejemplo, una memoria (p. ej., memoria de acceso aleatorio (RAM, por sus siglas en inglés), memoria flash, memoria de solo lectura (ROM, por sus siglas en inglés), memoria de sólo lectura programable (PROM, por sus siglas en inglés), memoria
de sólo lectura borrable (EPROM, por sus siglas en inglés)), registradoras, discos duros, discos extraíbles, CD-ROM, DVD o cualquier otro dispositivo o medio adecuado similar.
Las secuencias ejecutables descritas en la presente se pueden implementar con una o más secuencias del código contenido en una memoria. En algunas modalidades, el código se puede leer en la memoria de otro medio legibles por máquina. La ejecución de las secuencias de instrucciones contenidas en la memoria puede provocar que un procesador realizar las etapas del proceso descritas en la presente. También se pueden emplear uno o más procesadores en un arreglo de varios procesamientos para ejecutar las secuencias de instrucciones en la memoria. Además, se pueden utilizar circuitos cableados en lugar de, o en combinación con, instrucciones de software para implementar diversas modalidades descritas en la presente. Por ende, las presentes modalidades no se limitan a ninguna combinación específica de hardware y/o software.
Tal como se utiliza en la presente, un medio legibles por máquina se refiere a cualquier medio que proporciona directa o indirectamente instrucciones a un procesador para su ejecución. Un medio legibles por máquina puede adoptar muchas formas, incluso, por ejemplo, medios no volátiles, medios volátiles y medios de transmisión. Algunos medios no volátiles pueden incluir, por ejemplo, discos ópticos y magnéticos. Algunos medios volátiles pueden incluir, por ejemplo, memoria
dinámica. Algunos medios de transmisión pueden incluir, por ejemplo, cables coaxiales, cable, fibras ópticas y cables que forman un bus. Algunas formas comunes de medios legibles por máquina pueden incluir, por ejemplo, disquetes, discos flexibles, discos duros, cintas magnéticas, otros medios magnéticos similares, CD-ROM, DVD, otros medios ópticos similares, tarjetas perforadas, cintas de papel y medios físicos similares con patrones de orificios, RAM, ROM, PROM, EPROM y flash EPROM.
También cabe destacar que las diversas figuras proporcionadas en la presente no necesariamente se dibujan a escala ni tampoco, en sentido estricto, se ilustran como ópticamente correctos, tal como entienden los expertos en óptica. En lugar de esto, las figuras son de naturaleza meramente ilustrativa y en la presente se utilizan, en general, para complementar la comprensión de los sistemas y métodos proporcionados aquí. De hecho, aunque es posible que las figuras no sean ópticamente precisas, las interpretaciones conceptuales representados en ellos reflejan con precisión el carácter ejemplar de las diversas modalidades descritas.
Las modalidades descritas en la presente incluyen las modalidades A, B, C y D:
Modalidad A: un sistema que comprende: una vía de flujo acoplada de forma fluida a un pozo y que contiene un fluido de perforación que tiene al menos un componente presente en él;
un dispositivo informático óptico dispuesto en la vía de flujo y que tiene al menos un elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y generar así luz que interactúa ópticamente; y al menos un detector dispuesto para recibir la luz que interactúa ópticamente y generar una señal de salida correspondiente a una característica del componente o los componentes.
La modalidad A puede tener uno o más de los siguientes elementos adicionales, en cualquier combinación:
Elemento Al: el sistema en donde la vía de flujo es una vía de flujo que se extiende desde el pozo y el fluido de perforación sale del pozo mediante la vía de flujo.
Elemento A2: el sistema en donde la vía de flujo es un foso de retención configurado para recibir el fluido de perforación del pozo.
Elemento A3: el sistema en donde la vía de flujo es un foso de retención configurado para recibir el fluido de perforación del pozo y en donde hay una tolva mezcladora acoplada de forma comunicativa al foso de retención y configurada para proporcionar el o los componentes al fluido de perforación.
Elemento A4: el sistema en donde la vía de flujo es una tubería de alimentación que se extiende hacia una sarta de perforación para transportar el fluido de perforación al pozo para una operación de perforación.
Elemento A5: el sistema en donde el componente o los componentes comprenden al menos uno de un agente gelificante, un emulsionante, apuntalantes u otros particulados sólidos, un agente de control de arcilla, un estabilizador de arcilla, un inhibidor de arcilla, un agente quelante, un floculante, un viscosificante, un material densificante, un fluido base y un agente de control de reología.
Elemento A6: el sistema que además comprende un procesador de señales acoplado de forma comunicativa al detector o los detectores para recibir la señal de salida, el cual procesador de señales está configurado para determinar la característica del componente o los componentes.
Elemento A7: el sistema que además comprende un procesador de señales acoplado de forma comunicativa al detector o los detectores para recibir la señal de salida, el cual procesador de señales está configurado para determinar la característica del componente o los componentes y en donde la característica del componente o los componentes es una concentración del componente o los componentes en el fluido de perforación.
Elemento A8 : el sistema que además comprende un procesador de señales acoplado de forma comunicativa al detector o los detectores para recibir la señal de salida, el cual procesador de señales está configurado para determinar la característica del componente o los componentes y en donde la
característica del componente o los componentes es al menos uno de una composición química, una presencia de fases, pH, alcalinidad, viscosidad, densidad, fuerza iónica y un estado de la materia.
Modalidad B: un sistema que comprende: una vía de flujo que contiene un fluido de perforación y que proporciona al menos un primer lugar de monitorización y un segundo lugar de monitorización, el cual fluido de perforación tiene al menos un componente presente en él y la vía de flujo facilita la circulación del fluido de perforación dentro y fuera de un pozo; un primer dispositivo informático óptico dispuesto en el primer lugar de monitorización y que tiene un primer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y transmitir luz que interactúa ópticamente a un primer detector que genera una primera señal de salida correspondiente a una característica del componente o los componentes en el primer lugar de monitorización; un segundo dispositivo informático óptico dispuesto en el segundo lugar de monitorización y que tiene un segundo elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y transmitir luz que interactúa ópticamente a un segundo detector que genera una segunda señal de salida correspondiente a la característica del componente o los componentes en el segundo lugar; y un procesador de señales acoplado de forma
comunicativa al primer detector y al segundo detector y configurado para recibir la primera señal de salida y la segunda señal de salida y determinar una diferencia entre la primera señal de salida y la segunda señal de salida.
La modalidad B puede tener uno o más de los siguientes elementos adicionales, en cualquier combinación:
Elemento Bl: el sistema en donde el primer lugar de monitorización está situado en la vía de flujo o cerca de una salida del pozo donde el fluido de perforación sale del pozo y el segundo lugar de monitorización está situado en la vía de flujo o cerca de una entrada del pozo donde el fluido de perforación se transporta hacia el pozo.
Elemento B2: el sistema en donde el primer lugar de monitorización está situado en la vía de flujo o cerca de una salida del pozo donde el fluido de perforación sale del pozo y el segundo lugar de monitorización está situado en la vía de flujo en una entrada o cerca de una entrada del pozo donde el fluido de perforación se transporta hacia el pozo y en donde la vía de flujo en el primer lugar de monitorización es una línea de flujo que recibe el fluido de perforación del pozo y la vía de flujo en el segundo ligar de monitorización es una tubería de alimentación que se extiende hacia una sarta de perforación para transportar el fluido de perforación hacia el pozo para una operación de perforación.
Elemento B3·. en donde la vía de flujo en el primer lugar
de monitorización o el segundo lugar de monitorización es un foso de retención configurado para recibir el fluido de perforación.
Elemento B4: en donde el componente o los componentes comprenden al menos uno de un agente gelificante, un emulsionante, apuntalantes u otros particulados sólidos, un agente de control de arcilla, un estabilizador de arcilla, un inhibidor de arcilla, un agente quelante, un floculante, un viscosificante, un material densificante, un fluido base y un agente de control de reología.
Elemento B5: en donde la característica del componente o los componentes es una concentración del componente o los componentes en el fluido de perforación.
Elemento B6: en donde la diferencia entre la primera señal de salida y la segunda señal de salida indica la forma en que una concentración del componente o los componentes cambia entre el primer lugar de monitorización y el segundo lugar de monitorización.
Modalidad C: un método para monitorizar un fluido de perforación que comprende: contener el fluido de perforación dentro de una vía de flujo acoplada de forma fluida a un pozo, el cual fluido de perforación incluye al menos un componente presente en él; generar luz que interactúa ópticamente mediante la interacción óptica de al menos un elemento computacional integrado con el fluido de perforación; recibir la luz que
interactúa ópticamente con al menos un detector y generar con el o los detectores una señal de salida correspondiente a una característica del componente o los componentes en el fluido de perforación; recibir la señal de salida con un procesador de señales acoplado de forma comunicativa al detector o los detectores; y determinar la característica del componente o los componentes con el procesador de señales.
La modalidad C puede tener uno o más de los siguientes elementos adicionales, en cualquier combinación:
Elemento C1 : el método en donde determinar la característica del componente o los componentes además comprende determinar una concentración del componente o los componentes en el fluido de perforación.
Elemento C2: el método que además comprende llevar a cabo al menos una medida correctiva cuando la característica del componente o los componentes supera un intervalo predeterminado de funcionamiento adecuado para el fluido de perforación.
Modalidad D: un método para monitorizar un fluido de perforación para determinar un agotamiento de componentes que comprende: contener el fluido de perforación dentro de una vía de flujo que proporciona al menos un primer lugar de onitorización y un segundo lugar de monitorización, el cual fluido de perforación tiene al menos un componente presente en él y la cual vía de flujo facilita la circulación del fluido de perforación dentro y fuera de un pozo; generar una primera
señal de salida correspondiente a una característica del componente o los componentes en el primer lugar de monitorización con un primer dispositivo informático óptico, el cual primer dispositivo informático óptico tiene un primer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y transmitir así luz que interactúa ópticamente a un primer detector que genera la primera señal de salida; generar una segunda señal de salida correspondiente a una característica del componente o los componentes en el segundo lugar de monitorización con un segundo dispositivo informático óptico, el cual segundo dispositivo informático óptico tiene un segundo elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y transmitir así luz que interactúa ópticamente a un segundo detector que genera la segunda señal de salida; recibir la primera señal de salida y la segunda señal de salida con un procesador de señales; y determinar una diferencia entre la primera señal de salida y la segunda señal de salida con el procesador de señales.
La modalidad D puede tener uno o más de los siguientes elementos adicionales, en cualquier combinación:
Elemento DI: el método en donde determinar la diferencia entre la primera señal de salida y la segunda señal de salida además comprende determinar la forma en que la característica del componente o los componentes cambia entre el primer lugar
de monitorización y el segundo lugar de monitorización.
Elemento D2: el método que además comprende llevar a cabo al menos una medida correctiva cuando la característica del componente o los componentes supera un intervalo predeterminado de funcionamiento adecuado para el fluido de perforación.
Elemento D3: el método que además componente llevar a cabo al menos una medida correctiva cuando la característica del componente o los componentes supera un intervalo predeterminado de funcionamiento adecuado para el fluido de perforación y en donde llevar a cabo la o las medidas correctivas comprende agregar cantidades adicionales del componente o los componentes al fluido de perforación.
Elemento D4: el método que además comprende determinar la característica del componente o los componentes con el procesador de señales.
Elemento D5: el método que además comprende determinar la característica del componente o los componentes con el procesador de señales y en donde determinar la característica del componente o los componentes además comprende determinar una concentración del componente o los componentes en el fluido de perforación en uno o ambos del primer lugar de monitorización y el segundo lugar de monitorización.
Por lo tanto, la presente invención está adaptada para lograr los fines y ventajas que se mencionaron así como también aquellos que son inherentes a esta. Las modalidades
particulares que se describieron anteriormente son meramente ilustrativas, ya que la presente invención puede modificarse y puede llevarse a la práctica de maneras diversas aunque equivalentes que resulten obvias para el experto en la téenica que posea el beneficio de lo descrito en la presente. Además, no se pretende limitar en absoluto los detalles de la construcción o del diseño que se muestra en la presente, más que como se describe en las reivindicaciones que siguen. Resulta evidente, por lo tanto, que las modalidades particulares ilustrativas que se describieron anteriormente pueden alterarse, combinarse o modificarse y que todas esas variaciones se consideran dentro del alcance y el espíritu de la presente invención. La invención descrita de manera ilustrativa en la presente se puede poner en práctica adecuadamente en ausencia de cualquier elemento que no esté descrito específicamente en la presente y/o cualquier elemento opcional descrito en la presente. Si bien se describen las composiciones y los métodos en términos de "que comprende", "que contiene", o "que incluye" varios componentes o etapas, las composiciones y métodos también pueden "consistir esencialmente en" o "consistir en" varios componentes y etapas. Todos los números e intervalos que se describieron anteriormente pueden variar en alguna medida. Siempre que se describa un intervalo numérico con un límite inferior y un límite superior, todo número y todo intervalo incluido dentro
del intervalo se describe específicamente. En particular, cada intervalo de valores (de la forma "de alrededor de a alrededor de b," o de modo equivalente, "de aproximadamente a aproximadamente b," o de modo equivalente, "de aproximadamente a-b") descrito en la presente se entiende que establece cada número e intervalo abarcado dentro del intervalo de valores más amplio. Además, los términos utilizados en las reivindicaciones poseen su significado simple y común a menos que el titular de la patente defina lo contrario clara y explícitamente. Adicionalmente, los artículos indefinidos "un" o "una," tal como se utilizan en las reivindicaciones, se definen en la presente como uno o más de uno de los elementos que esta introduce. Si existiese algún conflicto en los usos de una palabra o término en la presente descripción y en una o más patentes u otro documento que pueda incorporarse a la presente mediante referencia, se adoptarán las definiciones que resulten coherentes con la presente descripción.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (24)
1. Un sistema caracterizado porque comprende: una vía de flujo acoplada de forma fluida a un pozo y que contiene un fluido de perforación que tiene al menos un componente presente en él; un dispositivo informático óptico dispuesto en la vía de flujo y que tiene al menos un elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y generar así una luz que interactúa ópticamente; y al menos un detector dispuesto para recibir la luz que interactúa ópticamente y generar una señal de salida correspondiente a una característica del componente o los componentes.
2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la vía de flujo es una vía de flujo que se extiende desde el pozo y el fluido de perforación sale del pozo mediante la vía de flujo.
3. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la vía de flujo es un foso de retención configurado para recibir el fluido de perforación del pozo.
4. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque hay una tolva mezcladora acoplada de forma comunicativa al foso de retención y configurada para proporcionar el componente o los componentes al fluido de perforación.
5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la vía de flujo es una tubería de alimentación que se extiende hacia una sarta de perforación para transportar el fluido de perforación al pozo para una operación de perforación.
6. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el componente o los componentes comprenden al menos uno de un agente gelificante, un emulsionante, apuntalantes u otros particulados sólidos, un agente de control de arcilla, un estabilizador de arcilla, un inhibidor de arcilla, un agente quelante, un floculante, un viscosificante, un material densificante, un fluido base y un agente de control de reología.
7. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un procesador de señales acoplado de forma comunicativa al detector o los detectores para recibir la señal de salida, el cual procesador de señales está configurado para determinar la característica del componente o los componentes.
8. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la característica del componente o los componentes es una concentración del componente o los componentes en el fluido de perforación.
9. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la característica del componente o los componentes es al menos uno de una composición química, una presencia de fases, pH, alcalinidad, viscosidad, densidad, fuerza iónica y un estado de la materia.
10. Un sistema caracterizado porque comprende: una vía de flujo que contiene un fluido de perforación y que proporciona al menos un primer lugar de monitorización y un segundo lugar de monitorización, el cual fluido de perforación tiene al menos un componente presente en él y la cual vía de flujo facilita la circulación del fluido de perforación dentro y fuera de un pozo; un primer dispositivo informático óptico dispuesto en el primer lugar de monitorización y que tiene un primer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y transmitir luz que interactúa ópticamente a un primer detector que genera una primera señal de salida correspondiente a una característica del componente o los componentes en el primer lugar de monitorización; un segundo dispositivo informático óptico dispuesto en el segundo lugar de monitorización y que tiene un segundo elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y transmitir luz que interactúa ópticamente a un segundo detector que genera una segunda señal de salida correspondiente a la característica del componente o los componentes en el segundo lugar de monitorización; y un procesador de señales acoplado de forma comunicativa al primer detector y al segundo detector y configurado para recibir la primera señal de salida y la segunda señal de salida y determinar una diferencia entre la primera señal de salida y la segunda señal de salida.
11. El sistema de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el primer lugar de monitorización está situado en la vía de flujo o cerca de una salida del pozo donde el fluido de perforación sale del pozo y el segundo lugar de monitorización está situado en la vía de flujo o cerca de una entrada del pozo donde el fluido de perforación se transporta hacia el pozo.
12. El sistema de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la vía de flujo en el primer lugar de monitorización es una línea de flujo que recibe el fluido de perforación del pozo y la vía de flujo en el segundo lugar de monitorización es una tubería de alimentación que se extiende hasta una sarta de perforación para transportar el fluido de perforación hacia al pozo para una operación de perforación.
13. El sistema de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la vía de flujo en el primer lugar de monitorización o el segundo lugar de monitorización es un foso de retención configurado para recibir el fluido de perforación.
14. El sistema de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el componente o los componentes comprenden al menos uno de un agente gelificante, un emulsionante, apuntalantes u otros particulados sólidos, un agente de control de arcilla, un estabilizador de arcilla, un inhibidor de arcilla, un agente quelante, un floculante, un viscosificante, un material densificante, un fluido base y un agente de control de reología.
15. El sistema de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la característica del componente o los componentes es una concentración del componente o los componentes en el fluido de perforación.
16. El sistema de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la diferencia entre la primera señal de salida y la segunda señal de salida indica la forma en que una concentración del componente o los componentes cambia entre el primer lugar de monitorización y el segundo lugar de monitorización.
17. Un método para monitorizar un fluido de perforación, caracterizado porque comprende: contener el fluido de perforación dentro de una vía de flujo acoplada de forma fluida a un pozo, el cual fluido de perforación incluye al menos un componente presente en él; generar una luz que interactúa ópticamente mediante la interacción óptica de al menos un elemento computacional integrado con el fluido de perforación; recibir la luz que interactúa ópticamente con al menos un detector y generar con el detector o los detectores una señal de salida correspondiente a una característica del componente o los componentes en el fluido de perforación; recibir la señal de salida con un procesador de señales acoplado de forma comunicativa al detector o los detectores; y determinar la característica del componente o los componentes con el procesador de señales.
18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque determinar la característica del componente o los componentes además comprende determinar una concentración del componente o los componentes en el fluido de perforación.
19. Un método para monitorizar un fluido de perforación para detectar el agotamiento de componentes, caracterizado porque comprende: contener el fluido de perforación dentro de una vía de flujo que proporciona al menos un primer lugar de monitorización y un segundo lugar de monitorización, el cual fluido de perforación tiene al menos un componente presente en él y la cual vía de flujo facilita la circulación del fluido de perforación dentro y fuera de un pozo; generar una primera señal de salida correspondiente a una característica del componente o los componentes en el primer lugar de monitorización con un primer dispositivo informático óptico, el cual primer dispositivo informático óptico tiene un primer elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y transmitir así una luz que interactúa ópticamente a un primer detector que genera la primera señal de salida; generar una segunda señal de salida correspondiente a una característica del componente o los componentes en el segundo lugar de monitorización con un segundo dispositivo informático óptico, el cual segundo dispositivo informático óptico tiene un segundo elemento computacional integrado configurado para interactuar ópticamente con el fluido de perforación y transmitir así una luz que interactúa ópticamente a un segundo detector que genera la segunda señal de salida; recibir la primera señal de salida y la segunda señal de salida con un procesador de señales; y determinar una diferencia entre la primera señal de salida y la segunda señal de salida con el procesador de señales .
20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque determinar la diferencia entre la primera señal de salida y la segunda señal de salida además comprende determinar la forma en que la característica del componente o los componentes cambia entre el primer lugar de monitorización y el segundo lugar de monitorización.
21. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque además comprende llevar a cabo al menos una medida correctiva cuando la característica del componente o los componentes supera un intervalo predeterminado de funcionamiento adecuado para el fluido de perforación.
22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque llevar a cabo la o las medidas correctivas comprende agregar cantidades adicionales del componente o los componentes al fluido de perforación.
23. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque comprende determinar la característica del componente o los componentes con el procesador de señales.
24. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque determinar la característica del componente o los componentes además comprende determinar una concentración del componente o los componentes en el fluido de perforación en uno o ambos del primer lugar de monitorización y el segundo lugar de monitorización.
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