DISPOSITIVO BARRENO ABAJO PARA CONTROLAR EL FLUJO DE FLUIDO EN UN POZO
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un dispositivo barreno abajo para controlar el flujo de fluido a través de un pozo de producción de fluidos de hidrocarburo. Existen numerosos dispositivos para controlar el flujo de fluido en pozos. Estos dispositivos comprenden en general un cuerpo de válvula que abre o cierra un pasaje de fluido en respuesta a la actuación del cuerpo de válvula por un motor eléctrico o hidráulico. Ya que la presión de los fluidos y los diferenciales de presión a través de la válvula barreno abajo son generalmente elevados, se requieren motores eléctricos o hidráulicos poderosos, lo cual requiere un espacio significativo en el barreno de pozo generalmente angosto y el despliegue de conductos de suministro de energía eléctrica o hidráulica de alta potencia y alto voltaje o alta presión. Un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de control de fluido barreno abajo para ser usado en un pozo de producción de hidrocarburos, que es compacto y puede ser operado sin requerir conductos de suministro de energía de alto voltaje o alta presión. (133697) SUMARIO DE LA INVENCIÓN El dispositivo barreno abajo acorde a la invención comprende una cámara deformable que contiene un gel sensible a estímulos, dicho gel teniendo un volumen que varia en respuesta a la variación de un parámetro estimulante fisico seleccionado, y un pasaje de fluido que cierra en respuesta a un aumento de volumen de por lo menos parte del gel y la cámara deformable. Preferiblemente el gel es un gel sensible a campos electromagnéticos que libera agua si un campo electromagnético de una cierta intensidad de campo es ejercido sobre el gel y que absorbe agua en la ausencia de un campo electromagnético, y el dispositivo está equipado con un transmisor de campo electromagnético que está adaptado para ejercer un campo electromagnético de una intensidad de campo seleccionada sobre el gel. Unos geles adecuados sensibles a campos electromagnéticos son los geles de poliacrilamida y los geles de ácido polimetilacrilico. Unos geles sensibles a campos electromagnéticos de este tipo son conocidos de la Patente de EE.UU. No 5.100.933, la solicitud de patente internacional WO 9202005 y la Patente Japonesa N° 2711119. Estas referencias del arte previo describen que los geles sensibles a campos electromagnéticos pueden ser usados para diversas aplicaciones, tales como microcápsulas de colorantes o
•? ? t ?,?-.4....U í¿., ..3L Alí , medicinas, memorias mecanico-quimicas o interruptores, sensores, actuadores, transductores, memorias, sistemas de liberación controlada y bombas selectivas. Las aplicaciones conocidas están confinadas a equipos en 5 la superficie y al uso en ensamblajes mecánicos relativamente pequeños que son operados en un ambiente controlado. Sin embargo, el solicitante ha descubierto sorpresivamente que tales geles pueden ser aplicados en un dispositivo de control de flujo barreno abajo que opera a temperatura y 10 presión elevada en un pozo. Los geles pueden ser accionados por un campo electromagnético que tiene entre 0,5 y 50 voltios por cm de longitud de la cámara deformable, de modo que la energía requerida es pequeña en comparación con las válvulas mecánicas y puede ser fácilmente generada por una batería, 15 celda de energía o generador de energía barreno abajo y/o transmitida por la pared de los tubulares del pozo. Se prefiere que el gel esté contenido en una bolsa tipo vejiga flexible que cierre herméticamente el paso de fluido en respuesta a un aumento de volumen de por lo menos parte del 20 gel en la cámara. Convenientemente, la bolsa tipo vejiga flexible tiene forma de toroide y rodea un orificio en un revestidor de producción de la región de afluencia de un pozo de producción de petróleo y/o gas, y en donde el gel en la vejiga flexible es
25 inducido a hincharse de modo que la vejiga cierre herméticamente el
orificio en respuesta a la detección de un flujo hacia adentro de agua al pozo por la via del orificio. Alternativamente, la vejiga flexible tiene forma de toroide y está dispuesta en un espacio anular entre dos secciones coaxiales de tubo de producción cuyas paredes están perforadas cerca de un extremo del espacio anular, de tal modo que las perforaciones se cierren herméticamente en respuesta a un aumento de volumen de por lo menos parte del cuerpo de gel dentro de la vejiga, y las perforaciones se abran en respuesta a una disminución de volumen de por lo menos parte del cuerpo de gel dentro de la bolsa tipo vejiga. Se observa que la solicitud de patente internacional WO 97/0330 describe una composición para perforación que incluye geles y polímeros no polianfoliticos que cambian su estado de hidratación en respuesta a una provocación ambiental. La composición para perforación conocida bloquea selectivamente los poros del estrato que rodea al barreno de pozo y por lo tanto se refiere al tratamiento de un estrato en el exterior del barreno de pozo, en contraste con la presente invención que se refiere a un dispositivo de control de flujo barreno abajo que está dispuesto en el interior de un barreno de pozo.
ÜtátHl.t - -- ----- ----- » - * --^^-wwá^ DESCRIPCIÓN DE LA MODALIDAD PREFERIDA La invención será descrita con más detalles con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: la Fig. 1A muestra un dispositivo de acuerdo con la invención con una vejiga llena de gel en la posición abierta; la Fig. IB muestra el dispositivo de la Fig. 1A en donde la bolsa tipo vejiga llena de gel cierra herméticamente el paso de fluido; la Fig. 2A muestra una realización alternativa del dispositivo de acuerdo con la invención en la posición abierta del mismo; la Fig. 2B muestra el dispositivo de la Fig. 2A en la posición cerrada del mismo; la Fig. 3A muestra otra realización más del dispositivo de acuerdo con la invención en la posición abierta del mismo; la Fig. 3B muestra el dispositivo de la Fig. 3A en la posición cerrada; las Figs. 4A y 4B son vistas esquemáticas superior y tridimensional de ligeras modificaciones del dispositivo de las Figs. 3A y 3B; la Fig. 5 muestra una vista esquemática en sección transversal del dispositivo de acuerdo con las Figs. 4A y 4B en un tubular de pozo; y la Fig. 6 es una vista tridimensional del tubular de pozo de la Fig. 5 en el cual una pluralidad de dispositivos de
.. ,? a»,.. . *_«t. ,«l¡a - _^^^ acuerdo con la invención están empotrados. Haciendo referencia ahora a las Figs. 1A y IB, se muestra un pozo de producción de petróleo y/o gas 1, el cual atraviesa una formación que contiene petróleo y/o gas 2. 5 Un revestidor de pozo 3 proporciona un revestimiento del barreno de pozo y las perforaciones 10 en el revestidor 3 permiten que el petróleo y/o el gas fluyan al pozo 1 desde la formación circundante. Un manguito 4 es fijado de manera removible dentro del 10 revestidor de pozo 3 por medio de un par de obturadores inflables 5. El manguito 4 comprende un espacio anular 6 que es formado entre unas paredes interna y externa 7 y 8 del manguito 4 y, del lado derecho del dibujo, en el espacio anular 6 ambas
15 paredes interna y externa del manguito comprenden perforaciones 9. Una vejiga llena de gel 11 está dispuesta en el espacio anular 6. La vejiga 11 comprende dos segmentos HA y 11B que están separados por un tabique divisorio 12. El tabique
20 divisorio 12 es permeable al agua, pero impermeable al gel sensible a campos electromagnéticos 13 en la vejiga 11. El manguito 4 está equipado con una batería recargable 14 y un ensamblaje 15 receptor y/o transmisor de energía eléctrica que está adaptado para ejercer respectivamente un
25 campo eléctrico sobre el primer segmento HA o el segundo
segmento 11B de la bolsa tipo vejiga. En la Fig. 1A, el campo electromagnético es ejercido sobre el primer segmento HA y se hace salir el agua del gel 13 contenido en el mismo a través del tabique divisorio 12 hacia el segundo segmento 11B, en el cual el gel 13 absorbe agua. Como resultado la vejiga 11 es empujada hacia la derecha del dibujo y cierra herméticamente las perforaciones 9, de modo que el flujo hacia adentro de fluidos al interior del manguito 4 sea impedido. Unos conductos de compensación de presión 17 permiten un libre movimiento de los segmentos de vejiga HA y 11B a través del espacio anular 6. En la Fig. IB el campo electromagnético es ejercido sobre el segundo segmento 11B y el agua es entonces sacada del gel 13 contenido en el mismo hacia el primer segmento HA, de modo que la bolsa tipo vejiga se mueva hacia la izquierda y permita que los fluidos del pozo fluyan por las perforaciones 9 y 10 desde la formación 2 al pozo 1. La Fig. 2 muestra un dispositivo sustancialmente similar a aquél de la Fig. 1 y en el cual los números de referencia similares denotan componentes similares, con la excepción de que en la vejiga están dispuestos dos tabiques divisorios permeables al agua 12A y 12B, entre los cuales está presente un cuerpo de agua libre 16 para facilitar que el agua fluya fácilmente entre los segmentos HA y 11B. La Fig.2A muestra el dispositivo en la posición abierta y
......
la Fig. 2B en la posición cerrada. Con referencia a las Figs. 3A y 3B, se muestra otra realización del dispositivo de control de flujo de fluido barreno abajo de acuerdo con la invención, el cual, como se 5 muestra en la Fig. 6, puede estar empotrado en una abertura de un tubular de pozo. La Fig. 3A muestra el dispositivo 30 en la posición abierta, de modo que el fluido sea dejado fluir al pozo según lo mostrado por la flecha 31. 10 El dispositivo 30 comprende una envoltura en forma de disco 32, en la cual está presente una cavidad 33 en forma de disco . Una bolsa tipo vejiga en forma de toroide 34 está montada en la envoltura 32 de tal modo que una abertura central 33 en 15 la vejiga 34 esté alineada con un pasaje de fluido central 36 en la envoltura 32. Un cedazo para arena 37 está dispuesto a la entrada del pasaje de fluido 36 para prevenir el flujo hacia adentro de arena y otras partículas sólidas al pozo. La bolsa tipo vejiga 34 está rodeada por un cuerpo de espuma 38 20 en forma de toroide cuyos poros son llenados con agua. La espuma también contiene células o granulos que son llenados con un gas expansible. La vejiga 34 es llenada con un gel sensible a campo electromagnético 39 y tiene una pared externa cilindrica 40 que es permeable al agua pero impermeable al gel 39. 25 Una bobina eléctrica 41 es empotrada en el cuerpo de espuma
38. La bobina 41 forma parte de un circuito eléctrico 42 que
- -1- ?ljifflÉttlliafí.ÉÍflnr - i l i comprende un interruptor eléctrico 43 y una fuente eléctrica 44 en forma de una batería recargable in situ. La batería puede ser energizada haciendo pasar una corriente eléctrica de bajo voltaje a través de la pared de los tubulares del pozo y/o1 por un generador de energía eléctrica barreno abajo (no mostrado) que es accionado por un pequeño ventilador o turbina que a su vez es girado por el flujo de fluido a través del pozo. En la Fig. 3A el interruptor 43 está abierto de modo que no fluye corriente eléctrica a través de la bobina 41. Como resultado no se ejerce un campo magnético sobre el gel 39 y el gel liberará agua que sale paulatinamente a través de la pared externa permeable al agua 40 de la vejiga 34 y es absorbida por la espuma 38. Esto causa que el gel 38 se encoja, de modo que la vejiga 34 se contrae hacia su pared externa cilindrica 40 y se crea una abertura central 35 a través de la cual los fluidos pueden fluir al pozo, según lo indicado por la flecha 31. En la Fig. 3B el interruptor 43 está cerrado, de modo que la bobina eléctrica 41 induce un campo electromagnético sobre el gel 39. Como resultado el gel 39 absorberá agua desde la espuma 38 por la via de la pared externa cilindrica 40 de la vejiga 34. Esto causa que el gel 39 se hinche, de modo que la vejiga 34 se expande y de ese modo cierra herméticamente el pasaje de fluido central 36.
H- í ?i? fl •* -— £— - j¡^^^^ •• -•"—« — £ - rtl - El interruptor 43 puede estar conectado a un sensor barreno abajo (no mostrado) que cierra el interruptor si se detecta un flujo hacia adentro de agua a través del dispositivo. El sensor también puede formar parte de un ensamblaje sensor que 5 inspecciona un rango de parámetros, y el cual está conectado a una unidad de procesamiento de datos que es programada para optimizar la producción de fluidos de hidrocarburo desde el yacimiento. Las Figs. 4A y 4B muestran una realización de un
10 dispositivo de acuerdo con la invención en el cual la envoltura 50 tiene una forma oblonga o elíptica. Tal como se ilustra en la Fig. 4A, en ese caso la vejiga llena de gel 51 puede estar separada de un par de cuerpos de espuma llena de agua 52 por un par de tabiques divisorios permeables al agua
15 53. El pasaje de fluido central puede tener una forma cilindrica o elíptica y contener un tamiz para arena 54, y la bobina eléctrica (no mostrada) está empotrada en la envoltura 50. La Fig. 5 es una vista en sección transversal del
20 dispositivo de las Figs. 4A y 4B que está empotrado en la pared de un tubular de pozo 55. La Fig. 6 es una vista tridimensional del tubular de pozo 55 de la Fig. 5 en el cual están empotrados un par de dispositivos de control de flujo de entrada como se muestran en las Figs. 4A, 4B y 5. 25 Las envolturas 50 de los dispositivos mostrados en la Fig.
?Sfin fc& ft_«-_M . -i , t ... . I -""- 6 están orientadas en una dirección longitudinal con respecto al tubular de pozo, para permitir que las envolturas 50 tengan una forma sustancialmente plana que simplifica el proceso de fabricación. Quedará entendido que la bolsa tipo vejiga llena de gel puede tener una pared permeable al agua que está en contacto con los fluidos del pozo y que permite que el gel absorba y libere agua desde y hacia los fluidos del pozo. En tal caso la pared de la bolsa tipo vejiga debe ser permeable al agua, pero impermeable al gel y al petróleo y/o gas producido. También quedará entendido que el gel sensible a campos electromagnéticos puede ser reemplazado por un gel sensible a otros estímulos, tal como un gel sensible a la temperatura, y que la vejiga puede ser reemplazada por otra cámara deformable, tal como una cámara cilindrica en la cual el gel induce a un émbolo a moverse hacia arriba y abajo en respuesta a las variaciones de volumen del gel. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por el solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos a que la misma se refiere.
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