ES2242971T3 - Dispositivo para medir la permeabilidad de fragmentos de rocas. - Google Patents
Dispositivo para medir la permeabilidad de fragmentos de rocas.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO ACTUALIZADO PARA LA MEDIDA DIRECTA DE LA PERMEABILIDAD DE FRAGMENTOS DE ROCA QUE PROVIENEN DIRECTAMENTE DE LA PERFORACION DE UN POZO DE PETROLEO Y QUE COMUNMENTE SE DENOMINAN CORTES, EL DISPOSITIVO CONSTA DE UN CUERPO CILINDRICO HUECO (C) QUE PRESENTA UN ORIFICIO DE ENTRADA PARA EL FLUIDO (I), UNA ROSCA PARA CERRARLOS (H) Y UN SELLAMIENTO HIDRAULICO (G) EN EL CUAL SE COLOCA EL DISCO DE CONTENCION DE LA MUESTRA (D) QUE DESCANSA SOBRE EL SELLAMIENTO Y QUE ES SUPERPUESTO POR UN TABIQUE DE ACERO POROSO SINTERIZADO (E) SOBRE EL CUAL SE SITUA UN TAPON DE CIERRE (F) CON UN ORIFICIO DE SALIDA PARA EL FLUIDO (I'') Y EL MISMO ESTA TAMBIEN PROVISTO DE UNA ROSCA (H'') PARA HACER POSIBLE QUE SE CIERRE SOBRE EL CUERPO (C). EL DISPOSITIVO TAMBIEN PUEDE UTILIZARSE PARA OBTENER, DIRECTAMENTE EN EL SITIO, LA MEDIDA DE LA PERMEABILIDAD A LO LARGO DE LA LONGITUD COMPLETA DE UN POZO DE PETROLEO.
Description
Dispositivo para medir la permeabilidad de
fragmentos de rocas.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y a un dispositivo utilizado para la medición directa
de la permeabilidad de fragmentos de roca que provienen directamente
de la perforación de un pozo de petróleo y comúnmente denominados
detritos, que consiste en un cuerpo cilíndrico hueco (c) que
presenta un taladro de admisión para el fluido (i), una rosca para
cerrarlo (h) y una junta hidráulica (g) en la cual está colocado el
disco de sujeción de la muestra (d) el cual descansa en la junta
(g) y está recubierto mediante un septo de acero sinterizado poroso
(e) en el cual está situado un obturador de cierre (f) con un
taladro de salida para el fluido (i') y está también provisto con
una rosca (h') para permitir cerrarlo sobre el cuerpo (c).
El dispositivo se puede utilizar para obtener,
directamente en el sitio, la medición de la permeabilidad a lo
largo de la longitud completa de un pozo de petróleo.
El disco de sujeción de la muestra (d) se
representa en la figura 1 y constituye otra parte de esta
invención.
La determinación de la permeabilidad de las rocas
implicadas en la perforación y la obtención de petróleo, constituye
una parte de esencial de la actividad conocida como "evaluación
de la formación" llevada a cabo por todas las compañías
petroleras.
Entre aquellas mediciones llevadas a cabo en el
laboratorio sobre muestras de rocas tomadas de testigos para la
caracterización petrofísica, la determinación de la permeabilidad
es fundamental, de hecho esta propiedad de transporte definen la
capacidad de un material (una roca por ejemplo) de permitir que uno
o más fluidos (por ejemplo agua, gas o petróleo) pase a través del
mismo.
Actualmente, la medición directa de la
permeabilidad sólo es posible en muestras de rocas tomadas a partir
de testigos de prueba como se describe en el documento USP 4 555
934; los principales límites de este procedimiento como por ejemplo
el tiempo (considerable, porque se tiene que obtener el testigo y
se tienen que enviar las muestras al laboratorio para el análisis)
y los costes (relacionados, sobre todo, con la extracción del
propio testigo de prueba y a los que se incurre sólo para muestras
que provienen de las denominadas "zonas de pago" y ciertamente
no de la longitud entera del pozo de petróleo) lo que significa que
la permeabilidad es sólo conocida para las secciones del pozo en las
que han sido tomadas las muestras y sólo mucho tiempo después de
las operaciones de perforación.
A fin de encontrar soluciones estas limitaciones
considerables y para establecer la permeabilidad de las formaciones
de roca, se han desarrollado diversas correlaciones semiempíricas
entre la permeabilidad y otras propiedades petrofísicas tales como
la porosidad, el contenido de arcilla, la velocidad de las ondas
sónicas, las mediciones eléctricas, etc, determinables mediante
sondas insertadas dentro del pozo de petróleo (registros); este
procedimiento indirecto de determinación de la permeabilidad,
incluso aunque requiere operaciones de calibración difíciles
dependiendo de la litología en cuestión, es actualmente el único
procedimiento disponible en aquellas partes del pozo de las cuales
no se han extraído testigos, aunque a veces no tiene un significado
físico claro, pero que en cualquier caso está lejos de ser tan
fiable como la medición directa.
El solicitante ha desarrollado ahora un
dispositivo que, por la determinación directa de la permeabilidad
de los detritos, proporciona información fundamental sobre la
naturaleza del estrato rocoso transversal durante la perforación, de
forma que se pueden realizar acciones rápidas si es necesario.
Esto se consigue mediante las características de
las reivindicaciones 1 y 3.
El propósito de esta invención es obtener,
directamente en el sitio, la medición de la permeabilidad a lo
largo de la longitud completa de un pozo de petróleo.
El disco de sujeción de la muestra (d) utilizado
por el solicitante para medir la permeabilidad a través de
fragmentos de la roca, se representa en la figura 1 y constituye
también una parte adicional de esta invención.
Consiste en una resina (b), inicialmente colocada
en su estado líquido en un molde circular, en la cual se encapsulan
los detritos (a), después de que la resina se haya endurecido, el
disco se pule de forma que sus caras sean planas y paralelas de
modo que las dos superficies de cada detrito encapsulado queden
expuestas a cada lado del disco.
Se debe tener un cuidado particular en escoger la
resina (b), la cual debe tener las siguientes propiedades:
- que no sea agresiva incluso para detritos
altamente permeables;
- que no sea tóxica para utilizarla en el
sitio;
- que sea fácil de preparar y con un alto grado
de homogeneidad;
\newpage
- que se endurezca en un tiempo de solidificación
rápido a la presión atmosférica y sin la producción de calor
excesivo, lo que podría modificar las propiedades de los
detritos;
- elevada rigidez después de la
solidificación;
- fácil de cortar y de pulir;
- ópticamente opaca para permitir la
determinación de las superficies expuestas de las rocas.
Particularmente, la resina (b) se escoge entre
resinas epoxi, de poliuretano o acrílicas.
La figura 8 muestra una fotografía el disco de
sujeción de la muestra (d) realizada por un microscopio electrónico
(SEM) en la cual se puede ver que la resina (b) no penetra dentro
de la matriz porosa del detrito (a) incluso con muestras altamente
permeables (la fotografía en cuestión es de arenisca de 530
milidarcios (mD)).
La figura 2 muestra una sección transversal del
dispositivo objeto de esta invención: consisten en un cuerpo
cilíndrico hueco (c) que presenta un orificio de admisión para
fluido (i), una rosca para cerrarlo (h) y una junta hidráulica (g)
en la cual está colocado el disco de sujeción de la muestra (d) que
descansa en la junta (g) y está recubierto mediante un septo de
acero sinterizado poroso (e) en el cual está situado un obturador
de cierre (f) con un taladro de salida para el fluido (i') y está
también provisto con una rosca (h') para permitir cerrarlo sobre el
cuerpo (c).
En particular el septo poroso (e) se utiliza para
evitar que el disco de sujeción de la muestra (d) se doble y se
rompa.
Sólo con el propósito de ilustrar la invención y
sin que sea en modo alguno limitativo de la propia invención, la
figura 3 presenta un diagrama del circuito hidráulico utilizado
para la medición: consisten en una bomba (\alpha) la cual asegura
una diferencia de presión entre las dos caras del disco (d), medida
por un manómetro (\beta), mientras que el caudal de fluido
empleado para la medición está provisto mediante un caudalímetro
(\gamma).
Los experimentos se llevan a cabo como sigue: el
disco de sujeción de la muestra (d) se preparará como se ha
descrito antes aquí y, después del pulido, se calcula el área de la
superficie de los detritos expuestos en las dos caras del propio
disco utilizando papel milimetrado transparente o una cámara de
vidrio y software de reconocimiento de la imagen, que calculará el
área semiautomáticamente para el flujo.
El disco (d) se inserta entonces en el
dispositivo de medición, objeto de esta invención, permitiendo el
paso del fluido que se va a comprobar a través de los detritos
encapsulados en él, creando diferencias de presión entre las dos
caras del disco mediante la bomba (\alpha), los correspondientes
caudales de fluido se miden utilizando el caudalímetro (\gamma) y
tales valores, introducidos en la ecuación de Darcy, permiten
determinar la permeabilidad de hidráulica (procedimiento de régimen
permanente).
También es posible llevar a cabo una prueba del
caudal que no sea en régimen permanente del mismo modo utilizando
la bomba (\alpha) para crear una diferencia de presión entre las
dos caras del disco (d) y mediante la medición del tiempo requerido
para alcanzar el equilibrio.
El dispositivo, objeto de esta invención, utiliza
por lo tanto dichos discos de resina, que permiten la medición
directa de la permeabilidad en detritos como se realiza en muestras
tomadas a partir de testigos de prueba.
El solicitante, sin limitación alguna al
contenido de esta invención, ha construido dispositivos con el
cuerpo tanto de acero como de plexiglás con los cuales se
realizaron una serie de mediciones para demostrar la viabilidad del
procedimiento.
Se llevaron a cabo pruebas preliminares con
discos que contenían detritos de arenisca y arcilla los cuales se
insertaron en el dispositivo de medición y se hizo pasar un flujo
de nitrógeno gaseoso, los resultados se proporcionan en las figuras
4, 5 y 6 para arenisca Doddington, arenisca Sprintwell y arcilla
respectivamente, las curvas de los cuales muestran en los gráficos
el tiempo (en horas, minutos y segundos en las abcisas) necesario
para disipar una diferencia de presión de 3,5 bar (en las
ordenadas) aplicada entre las dos caras de cada disco de los
detritos.
La figura 7, por otra parte, muestra el gráfico
de la presión (en las ordenadas expresada en bar) frente al caudal
(en las abcisas expresado en centímetros cúbicos/minuto) para un
flujo estacionario a través del disco que contiene los detritos de
arcilla.
El paso siguiente fue comprobar si los valores de
la permeabilidad, obtenidos utilizando el dispositivo objeto de
esta invención, eran coherentes con aquellos medidos utilizando el
procedimiento tradicional en testigos de prueba.
Para esto, se emplearon tres muestras de cerámica
de permeabilidad conocida y certificada (1 mD, 5 mD y 50 mD) en las
cuales se midió la permeabilidad en los testigos de prueba
utilizando el procedimiento tradicional; al mismo tiempo, las
muestras se trituraron para obtener detritos "sintéticos" en
los cuales se midió la permeabilidad utilizando el dispositivo de
medición objeto de esta invención obteniendo resultados que caían
dentro de los límites del error experimental.
Se llevará a cabo pruebas adicionales en testigos
de prueba arcillosos provenientes de depósitos de roca de un pozo
de petróleo; se midió la permeabilidad utilizando el procedimiento
del régimen permanente en muestras tomadas a partir de testigos y
caracterizadas por gamas muy amplias de grados de permeabilidad
(desde décimas de mD hasta 500 mD).
Después, se obtuvieron detritos "sintéticos"
mediante triturado y se midió la permeabilidad utilizando el
dispositivo objeto de esta invención.
Las mediciones de la permeabilidad obtenidas en
estos detritos fueron sustancialmente los mismos que aquellos
obtenidos en los testigos (tabla 1).
Finalmente, por lo tanto, el procedimiento
descrito aquí añade y mejora los procedimientos existentes
conocidos de un modo completamente inesperado y puede ser utilizado
como un instrumento industrial para campañas de mediciones en el
sitio.
Los costes de la medición de la permeabilidad son
bastante bajos debido a la disponibilidad de detritos durante la
perforación y también debido a que el procedimiento puede formar
parte de un paquete de mediciones sobre los detritos en el sitio:
mediciones acústicas, mecánicas y petrofísicas.
| Testigo (mD) | Detritos (mD) |
| 520 | 540 |
| 190 | 190 |
| 64 | 62 |
| 20 | 25 |
| 103 | 64 |
| 270 | 235 |
| 28 | 9,3 |
| 11 | 6,2 |
Claims (6)
1. Procedimiento para medir la permeabilidad de
fragmentos de rocas, comprendiendo los pasos de:
- recolección de los detritos provenientes
directamente de un pozo de petróleo durante la perforación;
- encapsulado de los detritos en un disco de
resina la cual se endurece después de ser vertida;
- pulido del disco por ambos lados de tal manera
que una superficie de cada detrito encapsulado esté expuesta a cada
lado del disco;
- aplicación de fluido bajo presión en un lado
del disco; y
- medición del caudal del fluido a través de las
superficies expuestas de los detritos.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
1 en el que la resina se escoge entre resinas epoxi, de poliuretano
o acrílicas.
3. Dispositivo para medir la permeabilidad de
fragmentos de roca en forma de detritos que provienen directamente
de un pozo de petróleo durante la perforación, comprendiendo:
- un cuerpo cilíndrico hueco (c) provisto de un
orificio de admisión para fluido (i) y una rosca (h) para cerrar el
cuerpo;
- un obturador (f) provisto de un taladro de
salida para el fluido (i') y una rosca (h) para cerrar el cuerpo
(c); y
- un disco (d) de resina provisto de detritos
encapsulados en su interior, puliendo ambas caras del disco (d) de
tal manera que se expone una superficie de cada detrito encapsulado
a cada lado del disco, en el que el disco (d) se coloca sobre una
junta hidráulica (g) en el cuerpo cilíndrico hueco (c) y en el que
el disco (d) está sostenido mediante un septo de acero sinterizado
poroso (e).
4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3
en el que el material del cuerpo (c) y el obturador es acero o
plexiglás.
5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3
en el que las juntas utilizadas son juntas tóricas.
6. Disco de sujeción de la muestra para medir la
permeabilidad de fragmentos de roca en forma de detritos que
provienen directamente de un pozo de petróleo durante la
perforación, en el que los detritos están encapsulados en el disco
de resina (b) puliendo ambas caras del disco (d) para que sean
planas y paralelas de forma que una superficie de cada detrito
encapsulado se exponga a cada lado del disco.
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