BRPI1015505A2 - Aparelho para medição de parâmetros de fluido de influxo no furo do poço - Google Patents

Abstract

APARELHO PARA MEDIÇÃO DE PARÂMETROS DE FLUIDO DE INFLUXO NO FURO DO POÇO O aparelho para a medição de parâmetros de fluido de influxo em um furo de poço compreende uma carcaça aberta em dois lados adjacentes e tendo uma parede traseira de isolamento térmico parcamente mal deformável, uma tampa e paredes laterais feitas de material isolante térmico elasticamente deformável. Dentro da carcaça uma estrutura celular de material de isolamento térmico elasticamente deformável é montada com a folga relativa à parede traseira da carcaça e tendo as células passantes isoladas uma da outra. As ditas células formam as aberturas de entrada do aparelho em um lado da estrutura celular e no outro lado elas são conectadas à folga, a área total das aberturas de entrada ultrapassa significativamente a área da superfície lateral da na qual elas estão localizadas. Os transdutores para a medição dos parâmetros de fluido de influxo são dispostos dentro das células.

Description

APARELHO PARA MEDIÇÃO DE PARÂMETROS DE FLUIDO DE INFLUXO NO FURO DO POÇO

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção se refere à pesquisa geofísica de furos de poços de óleo e gás e pode ser usada, particularmente, para a determinação de parâmetros de formações produtivas e parâmetros de área próxima ao furo do poço (parâmetros de zona de perfuração, parâmetros de poluição de área de fundo de poço) etc. Particularmente, os seguintes parâmetros podem ser medidos: temperatura de influxo, rendimento local, composição química e de fase de influxo.

Assim, a medição de temperatura em poços de óleo/gás permite particularmente:

- avaliação da locação das zonas de produção nos furos de poços produtivos e nas zonas de saturação de fluido nos poços de injeção;

avaliação do rendimento de zonas produtivas diferentes com base na lei da conservação de energia para correntes misturadas;

- segregação de zonas de fluxo cruzado atrás do revestimento, etc.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Para avaliar o rendimento de áreas produtivas diferentes (determinar o perfil de influxo) com base na lei da conservação de energia para correntes misturadas alta precisão de medição de temperatura de fluido no furo do poço é requerida e a temperatura do influxo (fluido escoando para o furo do poço da formação produtiva) precisa ser conhecida. Até agora, a temperatura do influxo tem sido 5 calculada como a soma da temperatura das rochas da formação e do valor termodinâmico do efeito Joule-Thomson. Em geral, a precisão da avaliação da temperatura do influxo está na ordem de 1 K, o que não é suficiente para quantificar o perfil do influxo, consequentemente, a termometria é usada 10 somente para assegurar uma avaliação de perfil de influxo confiável. Resultados mais precisos são esperados de se obter de dados de temperatura complexos, a saber, os dados que, ao lado da temperatura do influxo obtida por meio de perfilagem de temperatura padrão, também incluem medição de 15 temperatura do fluido escoando para o furo do poço dos estratos produtivos.

Por outro lado, do estado da técnica é conhecido (Cf. Chekalyuk E.V. Termodinamika neftyanogo plasta, Oil Formation Thermodynamics, Moscow, Nedra, 1965, p. 238) que 20 a temperatura do fluido escoando para o furo do poço, mesmo da formação inicialmente isotérmica, muda ao longo do tempo (na literatura de engenharia este efeito é denominado como efeito não estacionário Joule-Thomson). A informação da taxa de mudança da temperatura de influxo em função do 25 tempo pode ser usada para determinar os parâmetros da área próxima ao furo do poço de permeabilidade reduzida poluída (cf. Yu. Α. Ρορον, V. P. Pimenov, V. V. Tertychnyi, Developments of Geothermal Investigations of Oil and Gas Fields, Oilfield review, spring 2001, ρρ. 4-11).

Consequentemente, ο aparelho reivindicado para a 5 medição dos parâmetros de fluido de influxo no furo do poço, particularmente, temperatura de influxo, permite determinação com alta precisão tanto da temperatura quanto de outros parâmetros do fluido escoando para o furo do poço da formação produtiva.

Em termos de essência de engenharia, o aparelho

mais próximo para a medição dos parâmetros de fluido de influxo para o furo do poço é o aparelho para a medição de temperatura, composição de fase e taxa de fluxo do fluido escoando para o furo do poço ou injetado na formação, 15 conforme a patente norte americana US 5.551.287, Cl. E21B47/00, publicada em 03.09.1996. 0 elemento principal do aparelho conforme a patente acima é um fragmento de um cilindro de parede fina com o raio de curvatura igual ao raio interno do furo de poço revestido. A cavidade na parte 20 central deste aparelho inclui numerosas placas finas posicionadas perpendicularmente à superfície do furo de poço revestido. Durante a implementação do método de medição da temperatura de fluido de influxo usando este aparelho, o aparelho é localizado na zona de influxo na 25 parede interna do furo de poço e prensado ao mesmo. Consequentemente, o fluido dos canais de perfuração pode escoar livremente entre as ditas placas para a parte central do furo de poço. 0 aparelho fornece isolamento de corrente de fluido da corrente de fluido no furo do poço. A temperatura do fluido é medida com os transdutores posicionados nestas placas.

A desvantagem desta solução de engenharia é baixa precisão dos valores de temperatura de fluido medidos porque as facilidades usadas no aparelho (tampa na parte traseira do aparelho) não impedem adequadamente 10 transferência de massa e calor entre a formação e o fluido do furo do poço, o que influencia a precisão dos dados de medição obtidos dos parâmetros de fluido e os dados obtidos não refletem seus valores verdadeiros.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A finalidade desta invenção é a eliminação destas

desvantagens, a saber - precisão melhorada dos parâmetros do fluido de influxo escoando para o furo do poço.

O resultado é alcançado devido ao fato de que uma carcaça de um aparelho para uma medição dos parâmetros de 20 fluido de influxo no furo do poço é feita aberta em dois lados e inclui uma parede traseira, uma tampa e paredes laterais. A parede traseira é feita de material de isolamento térmico parcamente deformável. Em geral, a carcaça fornece isolamento térmico e hidrodinâmico do 25 fluido de influxo a partir do fluido do furo do poço. A carcaça pode adicionalmente incluir um fundo com pelo menos uma abertura de saída de fluido.

Dentro da carcaça, com a folga relativa à sua parede traseira, uma estrutura celular feita de material de 5 isolamento térmico deformável elástico é disposta; nas células passantes desta estrutura isolada uma da outra, transdutores para a medição dos parâmetros de influxo de fluido são montados. Em um lado as ditas células fazem aberturas de entrada e no outro lado elas são conectadas 10 com a folga entre a estrutura celular e a parede traseira da carcaça.

A área total das aberturas de entrada ultrapassa significativamente a área total dos elementos da estrutura celular prensados na superfície da coluna de revestimento, 15 o que fornece influxo desimpedido do fluido do canal de perfuração (localizado nas áreas da estrutura celular) para qualquer uma das células de medição, isto é, a área total das aberturas de entrada do aparelho ultrapassa significativamente a área de superfície da estrutura em que 20 elas estão localizadas.

A estrutura celular pode ser feita como uma treliça formada por divisórias que se cruzam em direções perpendiculares. As células de medição podem também ser de polígono de n ângulos onde n é o número de seus ângulos. Todas as células têm dimensões iguais.

Para melhorar o isolamento do fluido de influxo de β um fluido do furo de poço que encheu as células antes de o aparelho ser prensado na parede do furo de poço, as células podem ser conectadas com a folga pelas aberturas com o tamanho significativamente menor do que as aberturas de entrada das células.

Os transdutores da temperatura são localizados nas células ao passo que os transdutores que medem taxa de fluxo, composição química e de fase do fluido de influxo podem ser localizados na folga entre a estrutura celular e 10 a parede traseira da carcaça imediatamente próximos ao lado aberto ou ao fundo da carcaça.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS As invenções reivindicadas são explicadas pelos seguintes desenhos:

Fig. 1 - uma versão dos dois aparelhos para a

medição dos parâmetros de fluido no furo do poço.

Fig. 2 - aparelho para a medição dos parâmetros de fluido de influxo do furo de poço (seção transversal vertical).

Fig. 3 - aparelho para a medição dos parâmetros de

fluido de influxo do furo de poço (secção transversal horizontal e vista da coluna do revestimento).

Um aparelho para uma medição dos parâmetros de fluido de influxo do furo de poço compreende uma carcaça 1 tendo uma parede traseira 4, uma tampa 6 e paredes laterais 5 feitos sólidos e conectados hermeticamente entre si. A parede traseira 4 é feita de material de isolamento térmico parcamente deformável; a tampa 6 e as paredes laterais 5 são feitas de material de isolamento térmico deformável 5 elástico, por exemplo, plástico elástico ou borracha. A carcaça 1 pode adicionalmente ser equipada com um fundo 7 que tem no mínimo uma abertura 8.

Dentro da carcaça 1 uma estrutura de malha tridimensional de células de medição 2 feita de material de 10 isolamento térmico deformável elástico, por exemplo, plástico elástico ou borracha, está localizada; ela pode também incluir uma estrutura de metal. Cada célula de medição inclui um transdutor 3 e é um elemento de medição independente.

O aparelho tem o elemento de prensagem 9.

O aparelho opera como a seguir.

O aparelho é afundado em um furo de poço 10 e localizado ao nível da formação produtiva em uma zona de influxo de fluido 10 (o fluido de influxo entra no furo de 20 poço através de aberturas de perfuração feitas na parede da coluna de revestimento). O aparelho é prensado firmemente em uma parede 11 da coluna de revestimento 10 usando o elemento de prensagem 9. Uma mola pneumática ou outro dispositivo com um acionamento pneumático, hidráulico ou 25 elétrico capaz de prensar firmemente o dispositivo à superfície interna da coluna de revestimento 10 pode ser usado como o elemento de prensagem. 0 raio de curvatura do dispositivo quando prensado à parede 11 da coluna de revestimento 10 é igual ao raio de curvatura interno da coluna de revestimento 10. É possível usar simultaneamente 5 diversos destes dispositivos. Se mais de um dispositivo for usado, eles serão posicionados no furo do poço simetricamente ao eixo dos mesmos (Fig. 1).

No começo da operação do aparelho todas as células de medição são cheias com o fluido do furo do poço e os 10 parâmetros medidos com transdutores 3, por exemplo, a temperatura do fluido na célula (se o aparelho for usado para medir a temperatura do fluido de influxo) terá os valores aproximadamente iguais à temperatura do fluido no furo do poço.

Então, o fluido da formação produtiva entrará nas

células de medição no lado oposto aos canais de perfuração, assim deslocando o fluido do furo do poço para fora delas. A temperatura nestas células de medição mudará e esta mudança será rápida o bastante devido ao volume pequeno do 20 fluido em cada lado. Esta mudança será registrada pelos transdutores de temperatura 3 localizados em cada célula de medição. Nas células restantes, devido ao fato de que elas são feitas de material de isolamento térmico, a temperatura não mudará por um tempo bastante longo.

Consequentemente, é possível identificar e

determinar as células que medirão a temperatura (ou outro parâmetro) do influxo de fluido.

Fluido "gasto" nas células pertinentes passa através da folga entre a estrutura celular e a parede traseira da carcaça e deixa o aparelho pela sua parte 5 superior escoando para o fluido de furo de poço principal a montante. É nesta posição da saída de fluido que o fluido do furo de poço não entrará na folga entre a estrutura celular e a parede traseira da carcaça, porque a pressão do fluido de influxo ultrapassa aquela do fluido do furo do 10 poço.

As paredes de isolamento térmico da carcaça permitem isolamento térmico do fluido de influxo da corrente principal no furo do poço, isto é, eliminação da influência dos processos de transferência de calor na precisão da medição dos parâmetros do fluido de influxo.

As células de medição de isolamento térmico permitem isolamento térmico de cada célula de medição por meio de eliminação da transferência de calor através das paredes das células (durante a implementação do método as células adjacentes podem ser cheias com fluidos diferentes

- fluido de influxo e fluido do furo do poço - tendo temperaturas diferentes) o que permite medição de alta precisão da temperatura do fluido de influxo.

Por outro lado, a fabricação das paredes da carcaça (particularmente, paredes laterais e a tampa) e das células de medição de material deformável elástico fornece o isolamento hidráulico de fluido de influxo da corrente do furo do poço global, o que é implementado como a seguir.

A estrutura celular é um conjunto de células de medição com uma altura igual (em caso de seu, por exemplo, formato retangular, quando a estrutura pode ser feita como uma treliça formada pelas divisórias que se cruzam em direções perpendiculares, espacialmente ela é um paralelepípedo). Esta estrutura é montada dentro da carcaça, de modo que através desta estrutura o fluido de influxo entra no aparelho (a estrutura em um lado é a parede frontal do aparelho (lado) e as células de medição as aberturas de entrada do aparelho). Simultaneamente a parede da estrutura oposta àquela mencionada acima e a carcaça (a parede traseira do aparelho) faz uma folga para saída desimpedida do fluido das células de medição. Consequentemente, a aplicação de esforço à carcaça do aparelho (como o esforço de prensagem) junto com a flexibilidade (deformação elástica) do material da carcaça e das células da estrutura fornece o isolamento hidráulico de fluido de influxo da corrente de fluido no furo de poço principal.

O formato das células de medição e, consequentemente, da estrutura celular pode ser diferente. As células de medição podem ser polígonos de n ângulos, onde n é o número de seus ângulos (quadrado, pentágono, hexágono, etc.). Em qualquer caso, as suas dimensões devem ser proporcionais às aberturas de perfuração e às dimensões da estrutura celular - com base no número de aberturas de

Tl

perfuração p por 1 metro de comprimento do furo do poço.

Na área média sp das quedas de superfície da coluna de revestimento por uma abertura de perfuração da coluna de revestimento:

2 π-r

sP=-'

nP

onde rc é o raio da coluna de revestimento.

Para evitar a ocorrência de menos de Nm canais de 10 perfuração na zona de medição, a área de malha das células de medição deve ultrapassar Nm-Sp. Se assumirmos que a malha das células de medição cobre a parcela de δ da circunferência do furo do poço (a largura da estrutura da malha é bt = õ-1n-rc) , a sua altura ht deve ser

ht=-^~

δ·ηρ

Para Tc=QAm, Nm=3, δ=0,3 e np=\5 m~x encontramos o tamanho de estrutura de malha: bt*ht = 0,2 m*0,6 m.

A constante de tempo At do aparelho é determinada pelo tempo através do qual o fluido do furo do poço é deslocado pelo fluido da formação de um canal de perfuração da célula de medição com o volume de Vcell:

At i

cell onde

_ 2 n-ke AP q” η'nP s+MrJrc)

é o rendimento médio de um canal de perfuração, ΔΡ

- diferença entre pressão na formação e pressão no furo do poço, π'~ constante matemática igual a 3.14159, 7^-

Ic

viscosidade do fluido, e- permeabilidade da formação, rc e

r<! - raio da coluna de revestimento e raio do limite externo da formação. Para uma célula de 3 cm x 3 cm x 1 cm temos Vceii^lO"5 m3, com Jce= IO"13, AP = IOEapf η = IO'2 Pa-s,

S + \n(relrc)»9 temos qp «10-6 m3/s, isto é, a constante de tempo do aparelho neste caso é igual a 10 s.

Claims (8)

1. APARELHO PARA MEDIÇÃO DE PARÂMETROS DE FLUIDO DE INFLUXO NO FURO DO POÇO, caracterizado por compreender: uma carcaça aberta em dois lados adjacentes e tendo uma parede traseira de isolamento térmico parcamente deformável, uma tampa e paredes laterais feitas de material de isolamento térmico elasticamente deformável, a carcaça feita para permitir um fluxo do fluido de influxo através dela e fornecendo o isolamento do fluido de influxo de um fluido do furo de poço, uma estrutura celular feita de material de isolamento térmico elasticamente deformável e montada dentro da carcaça com a folga relativa à parede traseira da carcaça e tendo as células passantes isoladas uma da outra, as ditas células formam as aberturas de entrada do aparelho em um lado da estrutura celular e no outro lado elas são conectadas à folga, a área total das aberturas de entrada ultrapassa significativamente a área da superfície lateral na qual elas estão localizadas, transdutores para a medição dos parâmetros de fluido de influxo dispostos dentro das células passantes, e um elemento de prensagem.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a parede traseira, a tampa e as paredes laterais serem unidas hermeticamente.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a carcaça ser equipada com um fundo tendo pelo menos uma abertura de saída de fluido.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a estrutura celular ser feita como uma treliça formada pelas divisórias que se cruzam em direções perpendiculares.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as células terem o formato de polígono de n ângulos, onde n é o número de seus ângulos.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as células terem dimensões iguais.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as células serem conectadas à folga por meio das aberturas com as dimensões muito menores do que aquelas das aberturas de entrada das células.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por nas células de medição transdutores de temperatura estarem localizados e os transdutores medindo taxa de fluxo, composição química e de fase do fluido de influxo estarem localizados imediatamente próximos ao lado aberto da carcaça.