BR102012021393A2

BR102012021393A2 - Método para a estimativa de uma densidade de intervalo em um furo de poço subterrâneo

Info

Publication number: BR102012021393A2
Application number: BR102012021393-1A
Authority: BR
Inventors: John C Rasmus; William Lesso; John James; Edward M Tollefsen; Scott Paul; Amanda L Weber; Marcus Turner; Paul Bolchover
Original assignee: Prad Res & Dev Ltd
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2013-12-03
Also published as: GB201215031D0; GB2494051A; MX2012009938A; US20130048380A1

Abstract

MÉTODO PARA A ESTIMATIVA DE UMA DENSIDADE DE INTERVALO EM UM FURO DE POÇO SUBTERRÂNEO. Um método para estimar uma ou mais densidades de intervalos em um furo de poço subterrâneo inclui a aquisição de primeira e segunda medições de pressão espaçadas axialmente no furo do poço. As medições de pressão espaçadas axialmente no furo do poço. As medições de preessão podem, então, ser processadas para obter uma densidade de intervalo de flido de perfuração entre os locais de medição. Uma coluna de ferramenta, incluindo um grande número de sensores de pressão espaçados axialmente ( por exemplo, quatro ou mais ou mesmo seis o umais) eletronicamente acoplados a um processador de superfície por meio de tubo de perfuração com fio, pode ser utilizada para obteer uma pluralidade de densidades de intervalo que corresponde a vários intervalos e furo de poço.

Description

MÉTODO PARA A ESTIMATIVA DE UMA DENSIDADE DE INTERVALO EM UM FURO DE POÇO SUBTERRÂNEO

CAMPO DA INVENÇÃO

As modalidades divulgadas se referem geralmente às medições de campo geotécnicas e, mais particularmente, às Medições ao Longo da Coluna (na sigla em inglês para Along String Mesurementsr ASM) que podem ser incorporadas nas seções de hardware repetidor do Tubo de Perfuração com Fio (na sigla em inglês para Nired Drill Pipe, WDP). Os métodos são divulgados para calcular as medições de pressão e temperatura seqüenciais e não seqüenciais nestes repetidores, bem como as pressões e temperaturas medidas pelos componentes da composição de fundo (na sigla em inglês para Bottom Hole Assembly, BHA) . Os métodos são ainda divulgados para utilização destas medições para caracterizar as formações subterrâneas, o fluido de perfuração e o processo de perfuração.

INFORMAÇÕES DE BASE

Durante as operações de perfuração, as medições de condições dentro do poço tomadas durante a perfuração podem fornecer informações valiosas que podem ser utilizadas por um operador de perfuração para melhorar a eficiência e desempenho e minimizar o risco. Tais medidas, quando transmitidas para a superfície durante a perfuração, podem também fornecer uma visão essencialmente em tempo real de mudanças nas condições dentro do poço permitindo melhorias de desempenho essencialmente em tempo real e prevenção de riscos. Há um grande interesse da indústria na prevenção de riscos já que mesmo interrupções relativamente menores em operações de perfuração podem ser proibitivamente caras.

A recente introdução do Tubo de Perfuração com Fio (WDP) aumentou significativamente a largura de banda de comunicação entre os sensores de medição de dentro do poço e a superfície e, portanto, a quantidade total de dados que podem ser transmitidos à superfície durante uma operação de perfuração. Por exemplo, os dados de medição durante a perfuração (na sigla em inglês para Mesurement While Drill ing, MWD) e de perfilagem durante a perfuração (na sigla em inglês para Logging While Drillingf LWD), incluindo dados de imagem de perfuração, podem ser facilmente transmitidos para a superfície durante a perfuração utilizando WDP. As medições ao longo da coluna (ASM), por exemplo, incluindo a pressão ao longo da coluna e as medições de temperatura, podem também ser transmitidas à superfície durante a perfuração.

Embora as medições de temperatura e pressão ao longo da coluna sejam conhecidas na técnica, não houve nenhuma divulgação de métodos para calcular densidades de intervalo de temperatura e pressão seqüencial e não seqüencial e nem quaisquer métodos de uso dessas densidades de intervalo para caracterizar as formações subterrâneas, o fluido de perfuração ou o processo de perfuração. Continua a existir uma necessidade na técnica para desenvolvimento adicional.

SUMÁRIO

Os métodos para estimar uma ou mais densidades de

intervalo em um furo de poço subterrâneo são divulgados. Por exemplo, uma coluna de ferramenta, incluindo pelo menos primeiro e segundo sensores de pressão axialmente espaçados pode ser implantada em um poço de perfuração subterrâneo. As medidas de pressão podem ser, então, usadas para calcular uma densidade de intervalo entre os sensores de pressão (isto é, entre as primeira e a segunda profundidades medidas no furo de poço de perfuração). Os sensores de pressão podem ser internos e/ou anulares. A coluna de ferramenta pode ainda incluir um grande número de sensores de pressão espaçados longitudinalmente (por exemplo, quatro ou mais ou mesmo seis ou mais) eletronicamente acoplados com um processador de superfície por meio de tubos de perfuração com fios. Em tais modalidades, uma pluralidade de densidades de intervalo pode ser calculada, por exemplo, incluindo uma primeira densidade de intervalo entre a primeira e a segunda profundidades medidas, uma segunda densidade de intervalo entre a segunda e a terceira profundidades medidas, uma terceira densidade de intervalo entre a primeira e a terceira profundidades medidas, uma quarta densidade de intervalo entre a terceira e a quarta profundidades medidas, e assim por diante.

As modalidades divulgadas podem fornecer várias vantagens técnicas. Por exemplo, as densidades de intervalo calculadas podem ser ainda ser avaliadas durante a perfuração (ou outras operações dentro do poço) para identificar várias condições adversas. Estas condições adversas podem incluir, por exemplo, o influxo de uma formação subterrânea para o furo de poço, fluxo de saida do furo de poço para uma formação subterrânea, lavagem do poço de perfuração furo, empacotamento do poço de perfuração, transporte aparas pobres, e de intrusão de alcatrão no furo de poço. A identificação precoce de tais condições adversas vantajosamente permite que ações mitigadoras possam ser iniciadas, aumentando assim a probabilidade de que a condição adversa possa ser rapidamente resolvida.

Em uma modalidade não limitativa, um método para estimar uma densidade de intervalo em um furo de poço subterrâneo é divulgado. O método inclui (a) implantar uma coluna de ferramenta no poço, a coluna de ferramenta incluindo pelo menos primeiro e segundo sensores de pressão subsuperficiais espaçados longitudinalmente implantados nas correspondentes primeira e segunda profundidades medidas no furo de poço, (b) fazer com que os primeiro e segundo sensores de pressão adquiram as primeira e segunda medições de pressão de fluido de perfuração nas primeira e segunda profundidades medidas, e (c) fazer com que um processador processe as primeira e segunda medições de pressão para computar uma densidade de intervalo entre as primeira e segunda profundidades medidas no furo de poço.

Em uma segunda modalidade não limitativa, um método

para perfurar um furo de poço subterrâneo é divulgado. 0 método inclui (a) implantar uma coluna de perfuração no furo de poço, a coluna de perfuração incluindo pelo menos primeiro e segundo sensores de pressão de anular subsuperficiais espaçados longitudinalmente implantados nas correspondentes primeira e segunda profundidades medidas no furo de poço, (b) fazer com que os primeiro e segundo sensores de pressão de anular adquiriram as primeira e segunda medições de pressão de anular nas primeira e segunda profundidades medidas, (c) processamento dos primeiro e segundo medições de pressão de anular para computar uma densidade de intervalo anular entre as primeira e segunda profundidades medidas, e (d) avaliar a densidade de intervalo anular calculada em (c) como um indicador de uma condição de perfuração adversa.

Em uma terceira modalidade não limitativa, um método para perfurar um furo de poço subterrâneo é divulgado. O método inclui (a) implantar uma coluna de perfuração no furo de poço, a coluna de perfuração incluindo pelo menos primeiro e segundo sensores de pressão de anular subsuperficiais espaçados longitudinalmente β implantados nas correspondentes primeira e segunda profundidades medidas no furo de poço, (b) circular um fluido de perfuração através da coluna de perfuração; (c) medir uma densidade de intervalo anular entre os primeiro e segundo sensores de pressão; (d) , comparar a densidade de intervalo anular medida em (c) com uma densidade de intervalo anular modelada para obter uma diferença, e (e) avaliar a diferença obtida em (d) como um indicador de uma condição de perfuração adversa. Este sumário é fornecido para apresentar uma

seleção de conceitos que são adicionalmente descritos abaixo na descrição detalhada. Este sumário não se destina a identificar as características essenciais ou chaves da matéria reivindicada, nem se destina a ser usado como um auxílio na limitação do escopo da matéria reivindicada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS Para uma compreensão mais completa da matéria em questão divulgada, e vantagens da mesma, é agora feita referência à seguinte descrição tomada em conjunção com os desenhos anexos, nos quais:

A FIG. 1 representa um exemplo de uma plataforma de perfuração convencional, em que os métodos divulgados podem ser utilizados.

A FIG. 2 representa um diagrama de fluxo de um exemplo de uma modalidade do método para a obtenção de uma densidade de intervalo de um furo de poço subterrâneo. A FIG. 3 representa um exemplo de uma profundidade multidimensional e matriz baseada no tempo (base de dados), incluindo duas variáveis.

A FIG. 4 representa a densidade de lama à base de óleo modelada (na sigla em inglês para Oil Based Mudr OBM) como uma função da pressão e da temperatura.

A FIG. 5 representa um exemplo de um registro incluindo densidades de intervalo calculadas obtidas durante um ASM durante a operação de perfuração. As FIGS. 6, 7, e 8 representam um exemplo

hipotético de uma operação de perfuração de poços em que uma mudança na litologia de formação é encontrado a qual resulta em uma densidade de aparas reduzida com a FIG. 6 representando a operação de perfuração hipotética no tempo ^1=O, a FIG. 7 representado o tempo í2=tl+òsí-, e a FIG. 8 representando o tempo t3=t2+At.

As FIGS. 6, 9 e 10 representam um exemplo hipotético de operação de perfuração de poços em que uma porção do furo de perfuração torna-se aumentada durante a operação de perfuração com a FIG. 6 representando a operação de perfuração hipotética no tempo J1=O, a FIG. 9 representando o tempo + e a FIG. 10 representando o

tempo t3=t2+At.

As FIGS. 11, 12 e 13 representam um exemplo hipotético de uma operação de perfuração de poços em que as aparas de poço de perfuração caem para fora da suspensão e formam um empacotamento com a FIG. 11 representando a operação de perfuração hipotética no tempo ^1=Oe as FIGS. 12 e 13 representando metodologias distintas para calcular as densidades de intervalo no tempo t2=t1+At.

As FIGS. 14, 15, 16 e 17 representam um exemplo hipotético de uma operação de perfuração de poços incluindo um evento de influxo de fluido de formação (também referido como um kick) com a FIG. 14 representando a operação de perfuração hipotética em tempo ^1=O, a FIG. 15 representando o tempo t2=tl+Atr a FIG. 16 representando o tempo t3=t2+At, e a FIG. 17 representando o tempo t4=t3+At.

A FIG. 18 representa um exemplo de uma apresentação visual ilustrando influxo como uma função de tempo e da profundidade.

As FIGS. 14, 19, e 20 representam um exemplo hipotético de uma operação de perfuração de poços incluindo um evento de fluxo de saida de perfuração de fluido com a FIG. 14 representando a operação de perfuração hipotética no tempo Z1=O e as FIGS. 19 e 20 representando o tempo t2=tl+At. A FIG. 20 difere da FIG. 19 pelo fato de que o nivel do fluido de perfuração caiu abaixo do primeiro ASM.

A FIG. 21 representa um exemplo de um registro de uma operação de perfuração de poços em que um fluido de perfuração fluiu para fora do furo de poço na formação. As FIGS. 22Α e 22Β representam as plotagens da profundidade esquemática versus pressão que ilustram o topo equivalente das mudanças de nivel de fluido que podem resultar de perda eventos de circulação.

A FIG. 23 representa outro exemplo de um registro

da operação de perfuração de poços representado na FIG. 21.

A FIG. 24 representa ainda outro exemplo de um registro da operação de perfuração de poços representado na FIG. 21.

As FIGS. 25 e 26 representam um exemplo hipotético

de uma operação de perfuração de poços em que as aparas estão caindo para fora da suspensão no fluido de perfuração anular com a FIG. 22 representando a operação de perfuração hipotética no tempo J1=O e a FIG. 23 representando o tempo t2=tl+At.

DESCRIÇÃO DETALHADA A FIG. 1 representa uma sonda de perfuração 10 adequada para a utilização das várias modalidades do método aqui descritas. Uma plataforma de perfuração semissubmersível 12 é posicionada sobre uma formação de óleo ou gás (não mostrado) disposta por baixo do fundo do mar 16. Um conduto submarino 18 estende-se desde o convés da plataforma 12 para uma instalação de carga de pressão de poço 22. A plataforma pode incluir uma torre de perfuração e um aparelho de elevação para elevar e abaixar uma coluna de perfuração 30, a qual, como mostrado, estende-se no furo de perfuração 40 e inclui uma broca de perfuração 32 implantada na extremidade inferior da composição de fundo (BHA) 50. Na modalidade representada, a coluna de perfuração 30 inclui uma pluralidade de juntas de tubo de perfuração com cabo e, por conseguinte, fornece um canal de comunicação com elevada largura de banda digital (por exemplo, uma largura de banda da ordem de 5 kilobits/segundo) entre a BHA 50 e a superfície. A coluna de perfuração 30 inclui uma pluralidade de

subs repetidores de tubo de perfuração com cabo espaçados longitudinalmente 34, pelo menos alguns dos quais incluindo sensores de pressão e temperatura de anular 36 e 38. Estes sensores contendo subs repetidores podem ser aqui referidos como XLINKS e podem opcionalmente incluir adicionalmente sensores de temperatura e pressão interna (não mostrado). Será entendido que os sensores internos são configurados para medir a pressão e a temperatura do fluido de perfuração na coluna de perfuração 30, enquanto os sensores de anulares (ou externos) são configurados para medir a pressão e a temperatura do fluido de perfuração no anular entre a coluna de perfuração 30 e a parede do poço de perfuração. Os sensores de temperatura e pressão de anular e interna podem também ser implantados no interior de várias ferramentas de MWD e/ou LWD incluídas na BHA 50. Exemplos de sensores de temperatura e pressão de BHA são representados em 52 e 54. Os sensores de temperatura e pressão acima mencionados podem estar em comunicação com a superfície através do canal de comunicações digitais de elevada largura de banda de tal modo que as medições de temperatura e pressão ao longo da coluna podem ser transmitidas à superfície durante a perfuração. Os sensores de pressão e temperatura (ou os subs repetidores 34) podem também incluir memória de bordo para salvar as medições de temperatura e pressão para posterior análise. Outros componentes de perfuração de coluna (embora não explicitamente descritos) podem também conter sensores de temperatura e pressão de anular e interna, por exemplo, incluindo repetidores EMAG, reforçadores de sinal de pulso de lama e, reforçadores de telemetria acústica. As medições de temperatura e pressão obtidas através destes sensores podem também ser transmitidas à superfície durante a perfuração (ou armazenadas na memória dentro do poço) e utilizadas nas modalidades do método divulgado aqui a seguir.

Os sensores de pressão e temperatura podem ter substancialmente qualquer espaçamento longitudinal ao longo do comprimento da coluna de perfuração 30. Por exemplo, os sensores de pressão e temperatura espaçados podem ter um espaçamento longitudinal em uma faixa de cerca de 500 a cerca de 5000 pés de profundidade medida. Além disso, o espaçamento entre os sensores de pressão e de temperatura não é necessariamente uniforme. Por exemplo, um espaçamento longitudinal entre os primeiro e segundo sensores não é necessariamente igual ao espaçamento entre os segundo e terceiro sensores. As modalidades divulgadas não estão limitadas a esse respeito.

As modalidades divulgadas também não são limitadas ao uso de qualquer tipo particular de sensores de pressão de subs repetidores e/ou BHA. Praticamente todos os sensores de pressão adequados podem ser utilizados, desde que forneçam uma precisão e exatidão suficientes e sejam robustos em ambientes dentro do poço. Por exemplo, os sensores de pressão que fazem uso de extensômetros (tais como aqueles que estão comercialmente disponíveis a partir de Paine Electronics, LLC) podem ser utilizados. Da mesma forma, medidores de pressão de estado sólido de silício em isolador podem também ser utilizados.

Será entendido que a implantação ilustrada na FIG. 1 é meramente um exemplo. A BHA 50 pode incluir substancialmente quaisquer componentes de ferramenta de dentro do poço adequados, por exemplo, incluindo uma ferramenta de direção tal como uma ferramenta rotativa direcionável, um sistema de telemetria de dentro do poço, e uma ou mais ferramentas MWD ou LWD incluindo vários sensores para a detecção das características de dentro do poço do furo de perfuração e das formações circundantes. As modalidades divulgadas não estão limitadas a esse respeito. Além disso, os métodos divulgados podem ser utilizados em aplicações de furo de poços que não sejam aplicação de perfuração, por exemplo, incluindo aplicações de amostragem de fluidos, controle de poço durante abertura, manutenção do poço, e aplicações de produção e completação, e semelhantes.

Será ainda entendido que as modalidades divulgadas não estão limitadas ao uso com uma plataforma semissubmersível 12 como ilustrado na FIG. 1. As modalidades divulgadas são igualmente bem adequadas para uso com quer com operações subterrâneas onshore ou offshore. Além disso, será apreciado que os termos poço de perfuração e furo de poço são aqui utilizados intercambiavelmente, A descrição detalhada é dividida em duas seções

principais, a primeira descrevendo as metodologias para gradientes de intervalo de computação para medições de temperatura e pressão ao longo da coluna. A segunda seção descreve metodologias para o uso dos gradientes de intervalo computados para interpretar as várias propriedades dos fluidos de perfuração e de formações e o processo de perfuração em geral.

METODOLOGIAS DE CÁLCULO DE DENSIDADE DE INTERVALO

A FIG. 2 representa um diagrama de fluxo de um exemplo de uma modalidade do método 100 para determinar uma densidade de intervalo em um furo de poço subterrâneo. Uma coluna de ferramenta (por exemplo, coluna de perfuração 30 representada na FIG.l ou uma coluna de produção ou completação) é implantada no furo de poço em 102. A coluna de ferramenta inclui pelo menos primeiro e segundo sensores de pressão subsuperficiais (por exemplo, sensores de pressão de anular ou sensores de pressão interna) implantados nas correspondentes primeira e segunda profundidades medidas no furo de poço. Os sensores de pressão podem ser usados para medir as primeira e segunda pressões correspondentes em 104. As primeira e segunda pressões podem então ser processadas para obter a densidade de intervalo em 106. Será entendido que as colunas de ferramentas que empregam três ou mais sensores de pressão podem também ser utilizadas e permitem que uma pluralidade de densidades de intervalo seja obtida.

A densidade de um fluido sob condições estáticas dentro do intervalo entre duas medições de pressão pode ser calculada a partir do conhecimento de um espaçamento vertical entre os sensores de pressão e as medições de pressão reais. Um gradiente de temperatura pode também ser calculado. Em geral, dado um número η de medições de pressão espaçadas, um número correspondente de intervalos entre todas as combinações de sensores (vizinho e de outro modo) pode ser calculado, por exemplo, como segue:

Número de intervalos =X^""'(n-i) Equação 1 Por exemplo, dados 2 sensores espaçados, 1 intervalo está disponível; dados 3 sensores espaçados, 3 intervalos estão disponíveis; dados 4 sensores espaçados, 6 intervalos estão disponíveis, dados 5 sensores espaçados, intervalos estão disponíveis, e assim por diante. Em algumas das modalidades do método divulgado o número de densidades de intervalo calculado N pode, por exemplo,

estar na faixa de: n-l<N.

Utilizando qualquer uma das medições da pressão de anular, uma densidade de um fluido (por exemplo, fluido de perfuração), em condições estáticas em um furo de poço pode ser calculada, por exemplo, como segue:

Densidade anulai; =

r ρ \ f τ> \

Zmdcos{lnc)_

P

C1 = —— C1 Equação 2

1 \JVD)

onde a densidade anular representa uma densidade média do fluido anular (por exemplo, em libras por galão), P representa a pressão de anular (por exemplo, em psia), Zm^representa a profundidade medida do poço, TVD representa a profundidade vertical verdadeira do poço, Inc representa a inclinação média do poço, e C1 representa uma constante de conversão de unidades (por exemplo, 19,25 ppg/psi/pé).

Será entendido por aqueles versados na técnica que a densidade de um fluido pode ser expressa em várias unidades. A unidade comum de campos petrolíferos de libras por galão é dada na Equação 2. A carga de pressão vertical equivalente pode ser usada para expressar a pressão em termos de altura vertical de uma coluna de fluido e pode ser calculada como segue:

PC

Carga de Pressão Equivalents Vertical =-----Equação 3

densidademcdia

onde, como é conhecido dos versados na técnica, a carga de pressão vertical refere-se à carga hidráulica (por exemplo, em unidades de pés).

Densidade Circulação de Intervalo de Anular Medida De particular interesse na presente divulgação são os métodos para calcular as densidades de intervalo (isto é, a densidade do fluido) entre os vários sensores espaçados (por exemplo, entre os primeiro e segundo sensores, ou entre os primeiro, segundo, e terceiro sensores). Utilizando as medições de pressão associadas com os pontos finais de um intervalo especifico, a densidade de um fluido entre os dois sensores pode ser calculada para vários casos específicos, de acordo com as metodologias que seguem. Por exemplo, a densidade de intervalo de um fluido de circulação pode ser calculada como segue:

MAICDav=-^-C1 ATVD

MAJCDavg =

_C^l+l Pn X-I_

(ZMD(n+1) " ZMD(n))COS(InC)_

[PM1-Pm)* C1 "

iZrVü(n+\) ~ ZTVD(n))_

Equação 4

onde MA_ICD representa uma densidade de circulação média de intervalo de anular medida circular, APrepresenta uma mudança na pressão entre a primeira e a segunda profundidades medidas, ATVD representa uma mudança na profundidade vertical verdadeira entre as primeira e segunda profundidades medidas, e Pn e Pn+l representam as medidas de pressão de anular nas primeira e segunda profundidades η e η +1, Zmd^ e Zmd^ representam as

primeira e segunda profundidades medidas, Zrvo^e Zjy^^

representam as profundidades verticais verdadeiras das primeira e segunda profundidades medidas. Os versados na técnica irão facilmente compreender que a profundidade vertical verdadeira (ou uma mudança na profundidade vertical verdadeira) pode ser representada pela profundidade medida (ou uma mudança na profundidade medida) vezes o cosseno da inclinação média do furo de poço dentro de um intervalo.

Mediante condições dinâmicas, por exemplo, ao circular o fluido de perfuração durante uma operação de perfuração, MA_ICD inclui os efeitos da temperatura sobre a compressibilidade do fluido de perfuração de entrada, os efeitos de pressão absoluta sobre a densidade, o volume e massa das aparas suspensas, a entrada de fluxo ou a saida de fluxo do fluido de perfuração entre os sensores, e as perdas de pressão por atrito da lama de circulação. Esta densidade de intervalo calculada (MA_ICD) é descrita em mais detalhes abaixo através de várias plotagens e as comparações com outras densidades de intervalo calculadas (por exemplo, nas FIGS. 6 até 26).

Densidade Estática de Intervalo Anular Medida

As densidades de intervalo podem também ser calculadas durante as condições não de circulação (estáticas) bem como usando a Equação 4. Tais condições são geralmente disponíveis em cada conexão ao adicionar um suporte de tubo ou uma articulação para a coluna de perfuração e, ocasionalmente, durante a perfuração é suspenso durante a perfuração de um suporte. Sob tais condições estáticas, as perdas de pressão por atrito anular estão ausentes e os únicos efeitos sobre as densidades de intervalo são os efeitos de temperatura, pressão, e de aparas suspensas. Este parâmetro é referido como MA_ISD e é calculado utilizando a Equação 4, mas sob condições não de circulação, estáticas.

A densidade estática do intervalo também pode ser calculada subtraindo-se as perdas de pressão por atrito modeladas ou medidas de MA_ICD como calculado na Equação 4, quando calculado sob condições de circulação. Esta abordagem permite uma determinação substancialmente contínua da densidade estática de intervalo e é referida como MA_ISDmf. A Equação 4 pode ser modificado para incluir

estes termos de pressão por atrito, como mostrado abaixo na Equação 5. MAJSDmf =

(^TVD(n+l) ~ ^TVD(

Equação 5

onde Pfn representa a perda de pressão por atrito que atua sobre a fluido acima do sensor η e iy- representa a perda

de pressão por atrito que atua sobre a fluido acima do sensor η+1.

Dois métodos para calcular a perda de pressão por atrito são divulgados; um método modelado hidraulicamente e um método de medição in-situ. 0 modelo hidráulico faz uso de vários fluidos conhecidos ou estimados e as propriedades de furo para calcular a perda de pressão por atrito. As propriedades podem incluir, por exemplo, temperatura, pressão, compressibilidade, viscosidade, taxa de fluxo, e o regime de fluxo do fluido de perfuração, o volume anular do poço de perfuração, o diâmetro e forma do poço de perfuração, os efeitos da taxa de rotação, e as propriedades da parede do poço de perfuração tais como suavidade.

O método de medição pode calcular a densidade de intervalo, por exemplo, usando a Equação 4 sob condições estáticas de não bombeamento para distinguir as seções ou intervalos do furo no poço como uma função do tempo. Após as bombas serem novamente ativadas e antes dos resumos de perfuração esta quantidade pode ser utilizada no lado esquerdo da Equação 5 juntamente com as pressões medidas para calcular Pfn^-Pfn para cada seção de furo distinta no

poço. A perda de pressão por atrito dinâmica é geralmente uma função forte da taxa de fluxo e da taxa de rotação para uma dada seção de furo e período de tempo durante a perfuração do poço. Portanto, esta perda de pressão é geralmente um valor que varia lentamente com o tempo sob condições de fluxo em estado estacionário. Por exemplo, a mesma pode estar na faixa de 0,1 a 1 libra por galão em um poço vertical de 10.000 pés. Neste segundo método, uma determinação in-situ da perda de pressão por atrito só precisa ser executada periodicamente, desde que os parâmetros de perfuração não mudem (por exemplo, a taxa de rotação, taxa de fluxo, e os componentes de BHA em cada seção de furo distinta que pode ter uma perda de pressão por atrito diferente). Quando os parâmetros de perfuração mudam, o segundo método pode ser repetido.

Na prática, pode ser vantajoso fazer uso de ambas as metodologias teóricas e de medição para calcular as perdas de pressão por atrito. Por exemplo, quando os dois métodos dão valores semelhantes, o modelo hidráulico pode ser usado com maior confiança. As diferenças entre as perdas por atrito medidas e modeladas pode também ser utilizadas para calibrar o modelo hidráulico, calcular uma densidade de aparas, ou sinalizar certos eventos de perfuração de interesse, como descrito em mais detalhe abaixo. Ao determinar as perdas de pressão por atrito, a densidade estática de intervalo de anular medida MA_ISDmf pode ser determinada ao circular e perfurar, substituindo as perdas de pressão por atrito na Equação 5. A MA_ISDmf pode ser calculada em vários intervalos de tempo durante a perfuração.

Deve ser entendido que, em operações de perfuração em que a contrapressão é aplicada ao fluido anular (por exemplo, como é feito durante aplicações de perfuração com pressão controlada (MPD)), as Equações 4 e 5 não requerem um termo de contrapressão uma vez que uma pressão diferencial é usada para determinar a densidade de intervalo. Deve também ser entendido que os gradientes de intervalo são uma função direta de uma pressão de dentro do poço e medições de profundidade. Portanto, qualquer um dos princípios aplicados aos cálculos de gradiente de intervalo se aplica às medições de pressão, quer medida ou teórica.

Densidade de Componentes da Lama Constituinte

A densidade estática de intervalo de anular medida MA_ISD ou calculada MA_ISDmf pode ser tomada como sendo a soma das densidades individuais dos componentes individuais do fluido anular estático que pode ser válida para componentes não solúveis, tais como fluidos de formação de líquidos e as aparas de formação normalmente encontradas durante a perfuração. Isto pode ser expresso matematicamente, por exemplo, como segue e pode permitir que gravidades específicas dos componentes individuais sejam calculadas quando as suas porcentagens volumétricas são conhecidas:

onde MA_ISDavg representa uma densidade estática de

intervalo de anular medida média, Mi representa a massa do

componente não solúvel i, e Vi representa o volume do

componente não solúvel i. MA_ISDavg também pode ser expressa

como uma média ponderada do volume dos constituintes individuais na lama de fluido de perfuração. Deve-se notar que o produto do volume e densidade também representa a massa e pode, portanto, ser reescrito em termos das porcentagens volumétricas do seguinte modo:

onde MAJSDmistura representa a densidade estática de intervalo de anular medida de uma mistura, ^representa o volume de componente não solúvel i, Vmistura representa o volume total da mistura, e SGi representa a massa específica (ou densidade) do componente i.

O fluido de perfuração que flui era direção à

superfície no anular inclui geralmente uma combinação do fluido de perfuração que é bombeado para baixo através do interior do tubo de perfuração e aparas removidas pela

i=n ( l/f ^

MAJSDavg=X -±

/=1 ν vi y

Equação 6

Equação 7 broca de perfuração durante a perfuração. A taxa de fluxo volumétrica no anular pode ser expressa como uma combinação destes dois componentes esperados mais um termo adicional que quantifica o fluxo aumentado ou reduzido devido a adição de um constituinte inesperado ou indesejado ou perda de um constituinte. 0 termo adicional pode quantificar, por exemplo, um fluxo de entrada do fluido de formação no anular ou um fluxo de saída de fluido de perfuração na formação. 0 fluxo de entrada ou de saída pode envolver tanto formações já perfuradas ou perfuradas atualmente. Alternativamente, o termo adicional pode quantificar aparas adicionais que se fragmentam da parede do poço de perfuração após a perfuração. Os cálculos de densidade de intervalo correspondentes e ASM podem permitir que estes constituintes de fluxo de entrada ou fluxo de saída sejam identificados e localizados ao longo do comprimento do poço de perfuração.

Como indicado acima, o fluido de perfuração anular inclui uma combinação do fluido de perfuração que é bombeado para baixo através do interior do tubo de perfuração e aparas removidas pela broca de perfuração. 0 volume de aparas pode ser contabilizado pela integração da taxa de fluxo em um volume de unidade de fluido anular ao longo de um intervalo de tempo especificado e a taxa de fluxo para fora do volume da unidade deve ser igual à taxa de fluxo dentro do volume da unidade. Em outras palavras, a taxa de fluxo da mistura pode ser definida igual à soma das taxas de fluxo individuais neste volume. 0 volume acumulado da mistura que flui para fora do volume anular da unidade ao longo de um dado período de tempo pode ser expresso matematicamente, por exemplo, como segue:

tl tl tl

ÍQmistura^=} Qfora ^ =JiQlama+ Qaparas+ Qx) ^ Equação 8

Il Il Il

onde Qmistura representa a taxa de fluxo volumétrico da mistura no tempo t, Qfora representa a taxa de fluxo volumétrica fora do volume anular da unidade, Qlama representa a taxa de fluxo volumétrico do fluido de perfuração (lama) bombeada para dentro do volume anular da unidade no tempo t, Qaparas representa a taxa de fluxo volumétrica de aparas que flui para dentro do volume anular da unidade no tempo t, e Qx representa a taxa de fluxo volumétrico do componente χ que flui para dentro ou para fora do volume anular da unidade no tempo t. Qlama e Qaparas podem ainda ser definido, por exemplo, como segue:

1337^1 Equação 9

VminJ 1 hr J { gal

onde TFLO representa a taxa de fluxo de fluido de perfuração em unidades de galões por minuto. TFLO pode ser determinada na superfície usando métodos conhecidos dos versados na técnica, por exemplo, utilizando a taxa de curso de bombeamento da sonda, o número de cilindros de bomba em uso, seu deslocamento / curso, e a eficiência da bomba. Ao bombear um fluido compressível, tal como lama à base de óleo sintético (na sigla em inglês para Synthetic Oil-based Mudr SOBM), as taxas de fluxo dentro do poço tendem a mudar devido aos efeitos de pressão e temperatura sobre as propriedades do fluido. As temperaturas e pressões de ASM medidas das propriedades de fluido de tubo de perfuração do interior podem ser usadas para medir a temperatura e densidade do fluido do tubo de perfuração, a fim de determinar a compressibilidade do fluido in situ e a partir disso calcular a taxa de fluxo dentro do poço dada a taxa de fluxo de superfície. A taxa de fluxo de dentro do poço também pode ser medida dentro do poço.

dentro do anular durante a operação de perfuração pode ser considerada uma variável de entrada e pode ser expressa matematicamente, por exemplo, como segue:

onde R representa o raio do poço de perfuração, ROP representa a taxa de perfuração da penetração, K representa a porcentagem de porosidade de formação destruída pela ação de esmagamento da broca, e φ representa a porosidade de formação eficaz.

pela ação da broca K pode ser estimada através da

A taxa de volume de aparas que é criada e flui para

Equação 10

A porcentagem de porosidade de formação destruída observação do tamanho das aparas durante a perfuração. Quando K é definido como a unidade, a ação de esmagamento da broca destrói toda a porosidade, criando aparas semelhantes aos grãos de areia individuais. Por exemplo, em areias não consolidadas, o tamanho das aparas será pequeno e pouco presentes com grãos de areia predominantemente individuais observados nas amostras capturadas provenientes dos agitadores de xisto. Nas formações de xisto, rocha competente ou cimentada, K é tipicamente menor que a unidade devido ao componente de esmagamento da broca que é reduzido (ou minimizado, dependendo do grau de dureza da formação).

A determinar de um valor de K pode ser vantajosa em certas operações de perfuração, por exemplo, quando um perfurador deseja calcular uma taxa de fluxo volumétrica esperada de aparas em certos programas de controle de aparas que determinam o volume de aparas que permanece no poço de perfuração e pode potencialmente restringir o movimento da BHA. No entanto, em certas aplicações, pode ser suficiente definir K para a unidade de modo a ter Qaparas

representando a matriz ou o volume de rocha da formação. Isto permite que a densidade do fluido contido dentro do volume de poros de seja explicada em separado na Equação 11.2, tal como descrito em mais detalhe abaixo. A porosidade de formação ^pode ser estimada, por exemplo, a partir de uma taxa de penetração normalizada (na sigla em inglês para Rate of Penetration, ROP) tal como divulgado na Patente Norte AmericanaUS 4.94 9.575 ou em Rasmus e Stephens (SPE Paper 20443, Real-Time Pore-Pressure Evaluation From MND/LWD Measurements and Drilling-Derived Formation Strength) . No entanto, um volume fracionado de grão fino de argila/xisto/lodo na formação, Vxjsto é geralmente necessário para esta determinação. Vxisto é

normalmente calculado a partir de medições de LWD tais como medições de raios gama naturais, no entanto, tais medições de LWD não estão geralmente disponíveis na broca.

Em certas aplicações, um torque adimensional (na sigla em inglês para Dimensionless Torque, TD) obtido, por exemplo, a partir de um Registro de Eficiência Mecânica pode ser utilizado para diferenciar entre a perfuração de uma formação porosa e uma formação de xisto devido à assinatura de torque adimensional único e aumento de uma formação porosa em relação ao xisto. Essa diferenciação pode normalmente ser feita independentemente do tipo de broca de perfuração. Um exemplo de um Registro de Eficiência Mecânica é dado na Equação 11. Vxisto pode ser

estimado a partir de T0 e uma taxa de penetração

adimensional (na sigla em inglês para Dimensionless Rate of

Penetration, RD) , contanto que tanto Td quanto Rd sejam

funções de volumes de argila e porosidade eficaz, independentemente das condições de desgaste da broca (ver Burgess, Falconerf e Sheppardr "Separating Bit and Lithology Effects From Drilling Mechanics Data", SPE 17191, 1988). Tais medições de Vxisto podem então ser atualizadas

uma vez que os dados de LWD acima da broca medem as propriedades de formação. T0 e R0 podem ser expressos matematicamente, por exemplo, como segue:

T = U*DTOR Equação 11

D DWOB * BS

Onde DTOR representa um torque medido dentro do poço ou na superfície, DWOB representa uma medida de peso dentro do poço ou de superfície na broca, e BS representa um diâmetro da broca de perfuração.

R = ROP*°·2 Equação 11.1

D RPM * BS

Onde ROP representa uma taxa de penetração e RPM representa uma taxa de rotação da coluna de perfuração em rotações por minuto.

0 fluido de poro contido no interior do espaço de poro da formação pode ser retido dentro do chip de aparas ou liberado para o fluido anular dependendo do fator de esmagamento, K. Independentemente do grau de esmagamento, isso irá afetar as densidades de intervalo medidas do fluido de anular e pode, portanto, ser considerado separadamente.

Qporo fluido = * * r2 * R0P{{^) Equação 11.2 onde Qporofluido representa taxa de fluxo volumétrica de fluido

do poro dentro do anular em unidades de pés cúbicos por hora, R representa o raio do poço de perfuração, ROP representa a taxa de penetração, e φ representa a

porosidade de formação eficaz.

A taxa de fluxo do fluido de perfuração (lama) que sai do anular na superfície, Qmistura ou Qfora, pode também ser considerados um volume de entrada mensurável e podem ser medidos, por exemplo, por uma medição tipo de pás colocada na linha de fluxo de saída ou por uma medição de tipo Venturi ou outros meios quando se utiliza equipamentos do tipo de perfuração com pressão controlada (na sigla em inglês para Managed Pressure Drilling, MPD) . Isto deixa a quantidade Qx como a única desconhecida na Equação 8. Nas operações de perfuração, isso representa uma maneira de detectar um fluxo de entrada de fluido de formação ou um "kick" (como é mais conhecido) na indústria. No entanto, sob condições em que Qx foi verificado como sendo aproximadamente igual a zero (por exemplo, através da parada das bombas de lama e realizando uma verificação do fluxo), a Equação 8 pode alternativamente ser utilizada para medir o volume de aparas que fluem para dentro do anular.

No entanto, em certas aplicações, pode ser difícil de utilizar a metodologia acima descrita para determinar Qx dadas as medições de, Qaparas Qlama, e Qraistura ou Qfora. Isto

I

pode ser devido a grandes variações de volumes de fluxo de lama, por vezes, visto durante a perfuração, que pode por sua vez, ser devido a cursos erráticos da bomba, compressibilidade do fluido, e medições do sensor imprecisas destas quantidades. A Equação 10 é muitas vezes o meio mais preciso para determinar os volumes de aparas. Sabendo-se o volume de aparas gerado e mantendo-se o rastreio do volume de aparas que saem do furo de poço é possível determinar o volume de aparas, se houver, que foram deixadas no poço de perfuração.

No entanto, é desejável, não só saber o volume de aparas que é gerado, mas a densidade de aparas no anular entre quaisquer duas medições de pressão ASM uma vez que este nos dá informação sobre o tipo de formação a ser perfurada. Dentro de quaisquer duas ou mais profundidades arbitrárias no anular, a porcentagem volumétrica relativa do volume de aparas no anular constitui uma maior porcentagem do que a calculada pela Equação 8, devido às aparas que viajam para cima através do anular a uma velocidade menor do que a do fluido de perfuração. Um volume de aparas corrigido pode ser calculado considerando- se uma velocidade de "deslizamento" para as aparas onde vCksiizamenio = Knuiar ~Kparas - Uma eficiência de transporte FT_aparaspode ser definida como a razão entre a velocidade das aparas para a velocidade média anular da lama e pode ser expressa

matematicamente, por exemplo, como segue:

/ \ GL

VEL

->aparas

Areaand* fa

* (cos(Lncl)+ a * sin(Lnel))

77. --aparas \ anel J aparas 1

FT aoaras = T ' = Λ----1-\- Equaçaol2

_aparas

VELmjsíura

Qlama Qx Qporo fluido AvsQand * (l — faparas ) y

onde faparas representa a fração volumétrica de aparas na lama que flui no anular, Areaanel representa a área da seção transversal do anular a uma determinada profundidade Z, Qiama representa a taxa de fluxo de volume de lama a partir da Equação 9, Qaparas representa a taxa de fluxo de volume de aparas a partir de Equação 10, Qporo fluid0 representa a taxa de

fluxo de volume do fluido de poro da Equação 11.2, e a representa um coeficiente de partição de transporte de fluxo de saltação, a qual é geralmente uma função de RPM e

Qmistura '

A eficiência de transporte pode ser calculada a partir de correlações empíricas, tal como divulgado em (i) Siffermanr et al., nDrill Cutting Transport in Full-Scale Vertical AnnuliJ. Pet. Tech., Nov 1974, 1295-1302; (ii) Moorer "Drilling Practices Manualr" Petroleum Publishing Co.r Tulsar 1974, e (iii) Sample e Bourgoyner "Development of Improved Laboratory and Field Procedures for Determining the Carrying Capacity of Drilling Fluidsr" SPE 7497r 1978. A fração volumétrica das aparas que fluem no anular é também uma função de inclinação do furo de poço uma vez que as aparas tendem a cair para fora da suspensão em seções de alta inclinação. A constante a é usada para explicar o fato de que na medida em que o poço torna-se mais perto da horizontal, as aparas tendem a cair da suspensão e são transportadas ao longo do furo de poço em um mecanismo do tipo "saltação". Os termos de inclinação e saltação na Equação 12 destinam-se a conduzir a uma velocidade de deslizamento de aparas para cima ou vertical liquida. A Equação 12 pode então ser reorganizada para computar os termos faparasf por exemplo, tal como consta na Equação 13.

x*o

zícuttings_

X * Qcuttmgs ^T cuttings (ômud in Qx Qpore_fluid)

f =--—-:-—r Equação 13

J cuttmgs ir * π .τ-> si; I /~\ . r\ , r\ I

onde X = cos Inc +αsinlnc .

Sendo liquida a temperaturas e pressões dentro do poço, o volume de fluido de poros da formação que é liberado no anular pode ter a velocidade de deslizamento desprezível em relação à lama. 0 volume fracionado do fluido de poro f , lama f , e material de fluxo de

L J poroJluido lama

entrada/fluxo de saída pode então ser determinado, por exemplo, como segue nas Equações 13.1, 13.2, e 13.3.

t =_ x*FT_aparas tQfomjfmdo--Equação 13.1

poro.fiuido Jf * Qapams + Ft _ apams * [Qlama em+Qx+ QporoJluido )

f =_:_«Pjas* Q >.>--Equação 13.2

lama_em X * Qapam, + Fl apams * [Qlama em + õx +QporoJluido j X*Ft *O

fx=- ^ aparas Wx --Equação 13.3

X * Qapams + Fj ^ aparas * \2lama em +Qx +Q poro fluido ) Em algumas aplicações, especialmente em profundidades menores, o volume de fluido de poros da formação Zporofluilio que é liberado para o anular pode ter uma

velocidade de deslizamento em relação à velocidade de lama, quando existem diferenças de densidade entre os dois fluidos. Esta velocidade de deslizamento pode, geralmente, ser calculada e disponibilizada a partir de um módulo hidráulico em programas de controle de aparas ou limpeza de poço de perfuração comerciais.

A transformação de dimensões de fluxo volumétrico ou fracionado para uma dimensão de profundidade exige a consideração simultânea de áreas transversais e volumes fracionados. O volume anular pode ser representado matematicamente, por exemplo, como segue:

z=n+l / ' \

Volanul= \n*r2*[Dbh2-Dp2)dz Equação 14

z-n

Onde Volanul representa o volume anular entre as duas profundidades, z = n e' ζ = n + l, Dbh representa o diâmetro do poço, por exemplo, obtido a partir do diâmetro da broca ou medições de paquímetro de LWD, e Dp representa o diâmetro

do tubo de perfuração localizado entre z = n e z = n +1. A Equação 14 assume um poço de perfuração com uma seção transversal circular. Este pressuposto pode ser adequado para muitas operações de perfuração, no entanto, as modalidades descritas não são limitadas a este respeito. Por exemplo, uma forma elíptica mais geral pode ser utilizada.

Será entendido que a Equação 14 é expressa em termos de profundidade de poço de perfuração em vez de tempo. Será ainda entendido que a ligação entre os volumes e a profundidade é a velocidade anular da mistura de lama e das aparas, enquanto que a ligação entre o volume anular com base na profundidade e o tempo é a taxa de penetração. Assim, os volumes anulares e as taxas de fluxo de fluido podem ser expressos alternativamente como funções do tempo ou da profundidade. Por exemplo, a velocidade das aparas e fluxo do fluido pode ser integrada ao longo de um período de tempo específico para determinar as aparas como uma função da profundidade. Em um exemplo de fluxo de trabalho, uma matriz de

volume anular em intervalos discretos de profundidade pode ser calculada usando a Equação 14. A matriz pode ser tão fina quanto algumas polegadas de profundidade ou tão esparsa quanto um a dois pés de profundidade. Na BHA inferior (abaixo de uma ferramenta de paquímetro de LWD), o tamanho da broca pode ser usado como o diâmetro do poço. 0 diâmetro pode ser atualizado utilizando valores medidos quando as medições com paquímetro de LWD tornam-se disponíveis nas profundidades pré-definidas. 0 diâmetro do tubo de perfuração pode também ser continuamente atualizado usando funções discretas de tempo, na medida em que os vários diâmetros de tubo passam através desses mesmos pontos de profundidade e as várias aparas são levantadas a partir da face das brocas e levadas para o volume anular. Os termos Qiama em e Qaparas podem ser calculados a partir das

Equações 9 e 10, em intervalos de tempo discretos (por exemplo, a cada poucos segundos). Estes volumes podem, então, ser utilizados na Equação 13 para calcular o volume fracionado de aparas dentro de cada periodo de tempo discreto. A velocidade das aparas pode ser integrada para se obter a posição de profundidade correspondente da apara ao longo do tempo e pode ser expressa matematicamente, por exemplo, como segue:

T2 T2y N

az= VELaparasdt= Ij QapTf Equação 15

J J Areaanel Japaras

Tl TV- . r J

Isto pode melhorar a precisão para integrar a velocidade anular lama (em oposição ou em adição à velocidade de aparas), devido ao volume fracionado mais elevado e maiores taxas de fluxo volumétricas. Isto pode ser expresso matematicamente, por exemplo, como segue:

T2 Tl,

Qlama em + Qx + Qporo fluido

a ν f,/rr μ f Qlama _em +Qx+ QporoJhi

AZ= WELmistura dt = -J=-7?—7-1

J J AreaaneI V1 Japaras)

Π TV

Equação 16

As equações 15 e/ou 16 podem ser utilizadas para gerar matrizes multidimensionais indexadas por incrementos de profundidade. Cada coluna representa um intervalo de tempo escolhido e pode conter TIME, além de Areaanul , Qhma_em , Qaparas, , Qpomfluido f VELaparas e VELmistura. 0 tempo total necessário para fazer circular as aparas de fora do anular para a superfície dita o número total de intervalos de tempo (etapas) . Por exemplo, se um intervalo de tempo de 5 segundos é utilizado e leva 1 hora para circular as aparas a partir da broca para a superfície, então a matriz inclui 720 intervalos de tempo (3600 s / 5 s.). Intervalos de tempo adicionais podem ser incluídos para acomodar os períodos de não circulação (por exemplo, um período de tempo no qual um novo suporte de tubo é adicionado à coluna de perfuração). Um exemplo de uma profundidade multidimensional e matriz baseada no tempo (banco de dados) incluindo múltiplas variáveis é representado na FIG. 3. Para facilidade de ilustração, apenas duas das muitas variáveis são mostradas no exemplo representado. Será entendido que as linhas são tipicamente adicionadas à matriz na medida em que o poço é perfurado mais profundamente na terra.

As quantidades MA_ISD e MA_ICD descritas acima e calculadas usando os dados de ASM e a Equação 5 podem incluir múltiplos intervalos de profundidade no interior da matriz de profundidade previamente descrita. Esta matriz multidimensional pode ser integrada ao longo dos intervalos de profundidade correspondentes ao intervalo de ASM para derivar uma densidade média da mistura que pode ser 2 5 diretamente comparada com os valores medidos de ASM. Um processo similar pode também ser seguido para o volume ser

f racionado de aparas. Da Equação 7, MAjSDmisturaPode expresso matematicamente, por exemplo, como segue: MA_ISDmistura = faparas · SGapam '+Jporo_fluido " SGporo_fluido / Eguação χ7

+ /lama dentro ' ^^lama dentro fχ ' SGjc

y ft j e f representam volumes

onae Japaras r J poro _ fluido 1 /lamadentro t ^ Jx ^

fracionados das aparas, o fluido de poro, lama de

perfuração, e constituintes de entrada ou saída fluxo e

SG SG, „ „ , e SG representam os pesos

aparas ' Oerporo_fluido ' ljvjIamadentro ' χ r

específicos das aparas, o fluido de poro, a lama de perfuração, e os constituintes de entrada ou saída de fluxo. Sob condições nas quais não existe nenhum fluxo de entrada, fluxo de saída, ou outro evento, de tal modo que o constituinte χ é zero, a Equação 17 pode ser usada para calcular SGaparas já que todas as outras variáveis podem ser

determinadas através de outros meios, como descrito acima. Estes cálculos são descritos em mais detalhes abaixo.

A equação 17 pode ser ainda expandida considerando que o fluido de poro inclui uma combinação de hidrocarbonetos e água que pode ou não ter sido lavada pela lama de perfuração. A forma expandida da Equação 17 pode ser representada matematicamente, por exemplo, como segue:

MA_ISI}mstura = faparas · S1Giparas+F ■ Jp0r0Jiuido+Sw · S1Gp0r0jsentljigua

■ ρ f -(\-S\-SG Equação 17.1

+ r J poro_ fluido V1 wl ° wporoJudrcarbonetos 1

+ (l — F)fporojluj^Glama_áea^ + /Iamadentro' ^^lamadentro > /x ' SGx

onde F representa um fator de lavagem de modo que 1 < F < O com F = I representando nenhuma lavagem e F = O representando lavagem completa, Sw representa a saturação da água nos poros, l-S^representa a saturação de hidrocarbonetos nos poros, -S1Gporojsentojgua representa a densidade da água nos poros, SGporojliilocsihomos representa a densidade de hidrocarbonetos dos poros, e SGlamadeatro representa a

densidade de fluido de perfuração de entrada (lama).

Ao perfurar em condições de nenhuma entrada de fluxo ou saída de fluxo (ou seja, /x = 0), a Equação 17.1 inclui quatro incógnitas (SGaparas, F, Sw, e SGporojlidrocarbonetos ) com

o restante das variáveis a ser medido diretamente ou calculado a partir de outras medições. Como descrito acima, MEL pode ser usado para determinar se a formação perfurada é xisto ou uma formação porosa. Ao perfurar o xisto, a saturação da água pode ser considerada como sendo de 100%.

Em certos ambientes geológicos a litologia de uma formação porosa é conhecida por ser, por exemplo, arenito, pedra calcária, ou dolomita, tal que o SGapaias pode ser introduzido. A Equação 17.1 pode ser rearranjada para resolver Sw como segue (reconhecendo que Shyr =(I-Sw):

20

_^^mistura faparas ^^aparas ./lama dentro SGjama dentro

_ ^ mistura Japaras aparas -Mama dentro lama dentro

(I-F)-f -SG. * -F-f ^ij-SG ^ u Equação 17.2

g _ Vx / J poro _ fluido lamadentro J poro fluido poro_hidrocarbonetos 5

^ Íporo _ fluido

[SGpom iscntojsm ~ SGporojlldrocarbonetoJ

Tendo em conta que as equações 17.1 e 17.2 incluem pelo menos quatro incógnitas, várias técnicas podem ser utilizadas para determinar qual a saturação de água que é adequada. Por exemplo, assumindo-se nenhuma lavagem (F = 1) , a introdução do SGapxas da litologia conhecida (por exemplo, formação de xisto ou porosa, tal' como determinado por MEL), e assumindo um valor para SGporojddrocarbonetos, permite

que Sw seja calculado para vários cenários. Um cenário adequado pode ser selecionado com base em valores esperados. Em um cenário, pode-se supor que os hidrocarbonetos estão presentes, mas que a formação é portadora de água. Em tal cenário, seria de esperar que a saturação de água calculada fosse a unidade. Em outro cenário, pode-se supor que os hidrocarbonetos estão presentes e que a formação é portadora de hidrocarboneto. Em tal cenário, seria esperado que a saturação de água calculada variasse entre O e 1, mas tipicamente superior a 0,1-0,2.

0 cálculo de Sw requer que a densidade do

hidrocarboneto seja introduzida. Uma vez que esta quantidade é desconhecida, pode ser calculada com base em uma primeira densidade de hidrocarbonetos representando gás (SGgás «0,2) e uma segunda densidade de hidrocarboneto

representando óleo (SG0ieo«0,8) . Quando a formação é portadora de gás, o Sw calculado SG01eo usando é tipicamente menor do que zero e, portanto, errado. Quando a formação é portadora de óleo, o Sw calculado UsandOiS1Ggis é, tipicamente, entre zero e um, mas erroneamente elevado. 0 Sw calculado usando SGglisVantajosamente representa um limite

superior sobre a saturação de água real.

Quando o fluxo de entrada é detectado, a quantidade

de faparas ^ ^aparas pode ser considerada como sendo constante durante um intervalo de tempo. A Equação 17 pode então ser usada para calcular fxSGx a partir da qual SGx pode ser calculado quando /x é conhecida (por exemplo, a partir da Equação 8). A determinação (ou estimativa) de SGx pode ser vantajosa na determinação do tipo de fluxo de entrada de fluido no furo de poço.

Densidade Circulação e Estática de Intervalo Interno de Tubo de Perfuração Medida Os sensores de pressão de ASM internos mencionados

que são implantados e configurados para medir uma pressão interna do tubo de perfuração (ASMpintema) podem ser usados para obter gradientes de fluidos internos dentro do tubo de perfuração sob nenhum fluxo (MIF_ISD) e condições de fluxo (MIF_ICD), por exemplo, usando a Equação 4. A diferença entre MIF_ISD e MIF_ICD é geralmente devido a perdas por atrito no tubo de perfuração. Quando dois sensores de pressão estão espaçados axialmente suficientemente próximos da broca e separados em TVD, de modo a dar adequadamente elevadas medições de sinal / ruido, a densidade estática interna de intervalo pode ser medida quando não se bombeia. A densidade estática interna de intervalo pode também ser calculada usando as Equações 4 e 5, tal como descrito acima para determinar as perdas de pressão por atrito e para subtrai-las a partir da densidade de intervalo dinâmico interno. As perdas por atrito pode também ser calculadas utilizando um modelo hidráulico.

A densidade estática interna de intervalo medida (MIF_ISD) é uma função da densidade do fluido real a ser bombeado para dentro do tubo na superfície mais quaisquer efeitos de pressão e temperatura que afetam a compressibilidade do fluido. Se os pares de sensores estão muito acima da broca, uma correção de temperatura calculada para a densidade estática do intervalo pode ser aplicada utilizando um modelo hidráulico apropriado que inclui os efeitos de temperatura e pressão por atrito.

MIF_ISD representa o fluido que sai da broca antes de quaisquer efeitos de carregamento de aparas e perdas por atrito anular e, por conseguinte, pode ser utilizada como entrada para o cálculo da densidade estática de intervalo de fluido do anular esperada descrita em mais detalhes mais adiante.

Densidade de Circulação e Estática Interna de Intervalo de Tubo de Perfuração Esperada

As técnicas de modelação hidráulica conhecidas podem ser utilizadas para prever a densidade do fluido interna em função da pressão (prevista ou medida) e temperatura interna usando as propriedades de densidade de lama de superfície como um fluido de base para a modelagem.

As propriedades de lama de superfície são tipicamente medidas pelos registadores de lama, mas também podem ser medidas por sensores na superfície. A contabilidade para os efeitos de pressão e temperatura resulta em uma densidade estática interna de intervalo de fluido esperada EIF_ISD. Ao levar em consideração os efeitos de atrito modelado uma densidade de circulação de intervalo de fluido interna esperada EIF_ICD pode ser obtida. As densidades de intervalo esperadas também são referidas aqui como densidades de intervalo modeladas. As densidades internas esperadas são geralmente iguais às quantidades medidas MIF_ISD e MIF_ICD quando o modelo hidráulico está correto. Um processo de minimização pode ser utilizado para ajustar os parâmetros hidráulicos adequados até que uma correspondência adequadamente precisa seja encontrada.

Densidade Estática de Intervalo de Fluido de Anular

Esperada

Uma densidade estática de intervalo de fluido de anular esperada (EAF_ISD) pode ser obtida através da correção de MIF_ISD para efeitos de pressão e temperatura na medida em que a entrada de lama flui de cima do anular para a superfície. A EAF_ISD pode ser comparada com as várias densidades de intervalo medidas para identificar certos eventos de perfuração indesejáveis, tal como descrito mais detalhadamente abaixo, em várias aplicações da seção de APLICAÇÕES DE DENSIDADE DE INTERVALO desta divulgação. A pressão e temperatura do anular são tipicamente medidas pelos sensores de ASM no WDP. Quando estas medições não estão disponíveis, e apenas os sensores de BHA estão presentes, os gradientes de pressão e de temperatura podem ser assumidos entre os sensores de BHA e a superfície.

Densidade Estática de Intervalo de Anular Esperada 0 fluido que sai da broca e é bombeado para dentro do anular é um fluido com propriedades definidas por EAF_ISD, que, como é descrito acima, é MIF_ISD corrigido para os efeitos de pressão e de temperatura sobre a densidade. A carga de aparas (com Qx=0) calculada utilizando uma ou mais das Equações 8-16 pode ser adicionada para se obter uma densidade estática de intervalo de anular esperada EAF_ISD EA_ISD. As densidades de intervalo esperadas também são aqui referidas como densidades de intervalo "modeladas". A EA_ISD representa um fluido hipotético que tem as propriedades da lama que é injetada no anular na broca carregada com as aparas perfuradas e suspensas tendo um determinado intervalo de densidade e pode ser expressa matematicamente, por exemplo, como segue:

aparas

Equação 18

A diferença entre EAF_ISD e EA_ISD é devido à carga de aparas. Se a diferença é mínima na parte inferior do furo, os efeitos calculados da carga e densidade das aparas utilizando as Equações 8-16 são provavelmente corretos. Dada uma discrepância, a densidade da apara pode ser ajustada. Se MA_ISD diminui e cai abaixo de EA_ISD na medida em que a lama flui para cima do anular dentro da seção desviada do poço de perfuração, isto indica que as aparas podem estar caindo da suspensão e se sedimentando no fundo do poço. Além disso, o fluxo de entrada ou fluxo de saída do furo do poço pode resultar em diferenças entre estes dois parâmetros calculados e pode ser usado para sinalizar a perda de circulação e kicks de gás.

Densidade de Circulação de Intervalo de Anular

Esperada

Tomando o cálculo de EA_ISD e adicionando as perdas de pressão por atrito anular a este resulta em uma densidade de circulação de intervalo de anular esperada EA_ICD. Este parâmetro é uma função da densidade da lama de entrada ajustada para a temperatura, pressão, carga de aparas, e as perdas de pressão por atrito anular e é, portanto, comparável à MA_ICD. As quantidades esperadas e medidas (EA ICD e MA ICD) tendem a ser iguais entre si, quando a densidade de aparas e as perdas por atrito são introduzidas corretamente. Quando estas quantidades não são iguais (ou não estão perto de serem iguais), isso pode indicar uma mudança na densidade de aparas a partir da densidade de aparas assumida ou evento de fluxo de entrada ou fluxo de saída (um evento Qx). EA_ICD pode ser expressa matematicamente, por exemplo, como segue:

EAJCD = ^amadentroEAFJSD + ZaparasSG1iparas + Equação 19

YiTVDin+1) TVD(n))

onde Ztvd^ e Ztvd^ representam as profundidades verticais reais do poço nas primeira e segunda profundidades η e n+Ie Pf representam a queda de pressão por atrito que atua

no fluido acima dos sensores, tal como descrito acima em relação às Equações 4 e 5.

Parte Superior Equivalente de Nível de Fluido A profundidade vertical verdadeira ou medida

equivalente da parte superior do nível do líquido pode ser calculada a partir da densidade de intervalo de lama anular existente entre os dois sensores de pressão, utilizando o conceito de carga de pressão hidráulica. Isto pode ser referido como a parte superior equivalente do nível de fluido (na sigla em inglês para Equivalent Top of Fluid Levei, ETOFL) e destina-se a definir a profundidade no ponto mais alto ou o nível que um fluido ocuparia se fosse contínuo e tivesse as mesmas propriedades que o fluido entre as duas. pressões medidas. A contrapressão pode, por vezes, ser aplicada ao estrangulamento anular durante as operações de perfuração com pressão controlada (na sigla em inglês para Managed Pressure Drillingr MPD). Com um fluido incompressivel no anular, a pressão pode ser subtraída da pressão medida para calcular ETOFL. Quando o fluido é compressível, simplesmente subtrair a contrapressão não pode ser adequadamente preciso de tal modo que pode ser necessário calcular uma contrapressão equivalente no sensor. Tais cálculos podem ser realizados, por exemplo, utilizando modelos hidráulicos.

As seguintes equações matemáticas podem ser usadas para calcular ETOFL na presença de uma contrapressão aplicada utilizando as densidades de intervalo previamente calculadas. Nestas equações, um ETOFL positivo indica que o nível de fluido calculado está abaixo da superfície, enquanto que um ETOFL negativo indica que o nível de líquido está acima da superfície.

ETOFL = Z

TVD(n) '

ETOFL = Z

TVD(n) '

{p»-pfn-bpYc., {ρη+ι-ρη)-{ρ^-φ

(ZrKD(n+1) — Ztvd^

[Pn-Pfn-BP YC1 MA ISD

Equação 20.1

Equação 20.2

onde ETOFL representa a parte superior equivalente de nível de fluido que é essencialmente equivalente à elevação de fluido no poço, incluindo um fluido tendo uma densidade estática, P representa a pressão medida, Pf representa a

perda de pressão por atrito, BP representa a contrapressão de anular aplicada à superfície, η representa um sensor de pressão a uma certa profundidade medida, e η +1 representa um sensor de pressão em uma certa profundidade mais profunda medida.

Contrapressão de anular da Superfície Extrapolada ou Teórica

Em operações de MPD pode ser útil calcular uma contrapressão de anular de superfície teórica ou extrapolada (na sigla em inglês para Back Pressuref BP) , a partir das pressões anulares medidas dentro do poço e comparar os valores calculados com a contrapressão de anular de superfície real (na sigla em inglês para Surface Annular Back Pressure, SBP). Rotinas de software automatizado podem então ser utilizadas para ajustar a BP aplicada real de modo a minimizar quaisquer diferenças para manter uma pressão do furo inferior constante (BHP).

As Equações 20.1 e 20.2 mostram que um aumento da densidade de intervalo em uma dada BP resulta em um aumento em ETOFL. Este aumento da densidade de intervalo pode fazer com que a contrapressão teórica nas Equações 20.1 e 20.2 diminua e mesmo se torne negativa em alguns casos. Em um evento que causa um aumento súbito na pressão de anular medida pelo par de sensores mais inferior (por exemplo, devido a uma restrição na coluna de perfuração acima dos sensores), a densidade de intervalo mais inferior permanece substancialmente constante, ETOFL diminui, e a contrapressão de anular da superfície calculada (SBP) aumenta. Uma vez que a BP teórica depende do intervalo a partir do qual é calculada e do impacto que têm vários eventos na densidade de intervalo, a interpretação da BP teórica é dependente da aplicação, tal como descrito em mais detalhe abaixo com respeito a Tabela 10. Em geral, a interpretação da BP teórica é utilizada em combinação com uma densidade de intervalo calculada de forma a obter a ação apropriada para ajustar a contrapressão de superfície real.

A contrapressão BP teórica pode ser expressa matematicamente, por exemplo, como segue:

BP = -(Zn)*

¥

[Pn^ -Pn)

TVD(n+Y) ZTVD(n)

Equação 21

em que BP representa a contrapressão teórica, Pn e P„+1 representam as pressões medidas nos sensores de η e η +1, e ZTVD(.n) e Zm>(«+d representam as profundidades verticais reais

de sensores η e η+1.

Velocidade e Aceleração das Mudanças de Densidade de Intervalo

É freqüentemente desejável saber a direção e grau da mudança nas gravidades específicas de intervalo calculadas com o tempo a fim de determinar se o sistema está tendendo para a estabilidade ou instabilidade, e, por exemplo, rastrear um fluxo de entrada na medida em que se move para cima do anular. A taxa de mudança da densidade de intervalo pode ser representada matematicamente, por exemplo, como segue:

r/jn_ d(lD) (lPt2 -IDt\) V oo

VID-~dT- (t2-ty Equaçao 22

onde VID representa a taxa de mudança da densidade de intervalo ao longo do tempo e representa uma das densidades de intervalos descritas acima no tempo t.

Uma derivada adicional da taxa de mudança (isto é, uma aceleração), pode também ser útil para determinar a direção da mudança e quanto rapidamente que a densidade de intervalo está mudando a fim de determinar o tempo de reação necessário para a ação de correção. A aceleração também pode ajudar a distinguir entre fluxos de entrada de jatos de gás versus a água ou óleo. A aceleração da densidade de intervalo pode ser expressa matematicamente, por exemplo, como segue: d(VID) VIDtl-VIDn

aed^ l-h 23 onde AID representa a taxa de mudança da velocidade da densidade de intervalo com o tempo (isto é, a taxa de mudança da densidade de intervalo) e VIDt representa uma das velocidades das densidades de intervalo de tempo t. APLICAÇÕES DE DENSIDADE DE INTERVALO

Nesta seção metodologias para interpretar as densidades de intervalo calculadas são apresentadas juntamente com as várias aplicações para a utilização de densidades de intervalo calculadas para determinar, diagnosticar, controlar e/ou remediar vários eventos de perfuração.

Metodologia Interpretativa

A Tabela 1 resume as várias densidades de intervalo descritas acima na seção METODOLOGIAS DE CÁLCULO DE DENSIDADE DE INTERVAL e os efeitos físicos que são incluídos em cada uma. As equações matemáticas acima enumeradas podem ser utilizadas para calcular as várias densidades de intervalos. Os cálculos podem ser realizados substancialmente em tempo real, enquanto o poço está sendo perfurado ou subseqüentemente à operação de perfuração utilizando dados históricos gravados. As modalidades descritas não se limitam a este respeito. As densidades de intervalo calculadas, bem como suas relações de profundidade e tempo podem ser plotadas em vários gráficos cruzados ou outros mostradores que permitam que o perfurador (ou um programa de computador) reconheça, diferencie e tome o controle de atenuação das várias situações discutidas mais tarde nesta seção. Além disso, o uso das densidades de intervalo calculadas não está limitado a operações de perfuração, mas também podem ser úteis em várias operações de completação e produção.

TABELA 1

Cálculo de densidade s de intervalo Efeitos de Pressão Real Efeitos de Temperatura Real Efeitos de Pressão Modelada Efeitos de Temperatura Modelada Efeitos de Aparas Reais Efeitos de Aparas Modeladas Efeitos de Atrito Anular Real Atrito Anular Modelado Efeitos de Atrito Interno Real Atrito Interno MOdelado Comentários MIF_ISD □ □ Efeitos de atrito interno são eficazmente removidos MIF_ICD □ □ □ Medido durante a circulação EIF_ISD □ □ Para ser comparado com MIF_ISD EIF_ICD □ □ □ Para ser comparado com MIF_ICD MA_ISD □ □ □ Efeitos de atrito anular são eficazmente removidos tomando medidas quando não estão circulando. MA_ISDmf □ □ □ □ Efeitos de atrito anular são eficazmente removidos por modelagem. MAJECD □ □ □ □ Medido durante a circulação EAF_ISD □ □ EA_IS D □ □ □ Para ser comparado com MA_IS D EA_ICD □ □ □ □ Para ser comparado com MA_ICD

EIF ICD e EIF ISD são as densidades estáticas e de

circulação de intervalo internas modeladas (esperadas) calculadas usando as propriedades de lama de entrada na superfície, incluindo a pressão dentro do poço e temperatura na coluna de perfuração na profundidade de interesse. As quantidades esperadas podem ser comparadas diretamente com o intervalo de circulação interna medido e as densidades estáticas MIF_ICD e MIF_ISD. MIF_ISD pode ser obtida pela subtração de uma perda de pressão por atrito interna de MIF_ICD medida ou por medição direta. As perdas de pressão por atrito podem ser obtidas através de modelação e/ou medições. Por exemplo, MIF_ICD pode ser medido diretamente pela medição de MA_ISD quando as bombas de lama são desligadas (por exemplo, ao adicionar um pedaço do tubo de perfuração para a coluna de perfuração) . A diferença entre as medições de MIF_ICD feitas durante a circulação e não circulação (quando as bombas são ligadas e desligadas) pode ser considerada como uma medição direta das perdas de pressão por atrito interno (□P_InternafriC) · A EIF_ISD modelada pode ser comparada com MIF_ISD

(que é MIF_ICD - □P_Internafric quando circulando e MIF_ISD quando não circulando). Um processo de minimização de erro (ou um procedimento manual) pode ser usado para ajustar os parâmetros do modelo hidráulico que contabilizam os efeitos da temperatura e da pressão sobre o fluido de perfuração de tal forma que EIF_ISD é igual a MIF_ISD. Um processo subsequente de minimização de erro pode então ser utilizado para ajustar os parâmetros do modelo hidráulico interno que representam as perdas de pressão por atrito de tal forma que EIF_ICD é igual a MIF_ICD (isto é, de tal modo que a perda de pressão é igual à perda de pressão por atrito modelada se iguala a perda de pressão por atrito medida □P_Internafric) . Os processos de minimização iterativos podem ser utilizados para fornecer resultados precisos. Os processos de minimização também podem ser repetidos a várias taxas de fluxo e os resultados podem ser armazenados em uma tabela de consulta para referência futura.

Os parâmetros do modelo hidráulico obtidos anteriormente para os efeitos de pressão e de temperatura sobre as propriedades da lama de entrada podem ser utilizados no ambiente de anular também. As propriedades do fluido do anular como uma função da pressão e da temperatura anular podem ser introduzidas para o modelo hidráulico para se obter uma densidade estática de intervalo de fluido anular modelada (esperada) EAF_ISD. Este parâmetro representa a densidade de intervalo do fluido anular (sem efeitos de aparas e de atrito) como uma função da pressão e da temperatura anular como uma função da profundidade e tempo. A calibração e a determinação dos efeitos de atrito anular podem ser realizadas da mesma maneira como descrito acima para os efeitos de atrito interno. Para estas minimizações, EA_ISD, EA_ICD, MA_ISD e MA_ICD são calculadas em oposição a EIF_ISD, EIF_ICD, MIF ISD e MIF ISD como descrito no parágrafo anterior.

A densidade estática de intervalo anular modelada EA_ISD pode ser utilizada como as propriedades de lama de entrada com os efeitos de aparas modelados e de temperatura e pressão de anular incluídos. A EA_ISD pode ser igual a MA_ISD quando a geração e transporte de aparas no anular está adequadamente modelado e as perdas de pressão por atrito modeladas que são subtraídas de MA_ICD estão corretas. Um processo de minimização de erro pode ser utilizado para calcular a densidade de aparas utilizando valores apropriados para a eficiência do transporte de atrito, ROP, porosidade, e a densidade do fluido isento de aparas que flui no anular determinada a partir da minimização acima descrita para a EAF_ISD. As mudanças na densidade das aparas calculada pelo intervalo podem indicar que as aparas estão caindo da suspensão visto que a densidade das aparas modelada é constante com a profundidade. Um processo de controle de aparas pode rastrear a perda de aparas no anular e indicar o potencial de eventos de perfuração indesejáveis, tais como obstruções durante a perfuração ou durante o alargamento ou arranchamento do furo.

As modalidades de método divulgadas podem ainda utilizar as medições do fluxo real de dentro e fora de cada intervalo (por exemplo, tal como descrito acima com respeito a Equação 8) . Essas medições fornecem uma determinação de Qx, e podem, portanto, ser usadas para diferenciar entre os efeitos de fluxo de entrada ou de saída versus efeitos de modelagem de aparas incorretos, tais como a densidade de aparas assumida. Quando o fluxo de não se iguala ao fluxo de fora, as diferenças podem ser atribuídas à quantidade Zx-^na Equação 17 indicando fluxo de dentro ou de fora do anular no intervalo em que as diferenças ocorrem. Em certas aplicações, as densidades de intervalo podem ser então usadas para calcular o volume fracionado e densidade de um material de fluxo (por exemplo, utilizando-se as equações 8-17). Este processo pode ser útil para a distinção entre gás e pontapés de água salgada, por exemplo. MA_ICD e EA_ICD podem ser iguais quando os vários

parâmetros discutidos acima são modelados corretamente. As diferenças entre estas duas quantidades também podem indicar eventos indesejáveis de perfuração, como discutido acima. Além disso, os efeitos por atrito modelados podem depender do diâmetro do furo. Usando um paquímetro de LWD, estes efeitos podem ser devidamente contabilizados. No entanto, com o tempo, a parede do poço de perfuração pode experimentar lavagem ou alargamento, por exemplo, devido a práticas de perfuração, a estabilidade do xisto, ou outros efeitos geomecânicos. As diferenças em MA_ICD e EA_ICD podem ser usadas para detectar e monitorar as mudanças de diâmetro do poço de perfuração. Um processo de minimização também pode ser usado para determinar o tamanho médio do poço de perfuração no interior de cada intervalo, como uma função do tempo.

As perdas de atrito anular também dependem da velocidade de rotação do tubo de perfuração (RPM) e da taxa de fluxo de fluido. Uma vez que estes parâmetros podem variar com o tempo, os efeitos de atrito anular também podem ser dependentes do tempo e podem ser contabilizados durante a perfuração.

Efeitos da Pressão e Temperatura nas Densidades dos

Fluidos

0 fluido ou lama que está sendo bombeado para dentro do poço durante a perfuração pode ser afetado pelas mudanças de pressão e temperatura que sofre na medida em que ele viaja pelo tubo de perfuração e retorna do anular. Por exemplo, as mudanças de pressão e temperatura causam mudanças correspondentes da densidade do fluido. Estas mudanças podem ser medidas usando as medições de ASM acima referidas e podem permitir que a relação entre a densidade do fluido, pressão e temperatura seja quantificada e/ou modelada que por sua vez permite que outros efeitos, tais como carregamento de aparas e atrito sejam determinados.

As pressões de ASM internas, temperaturas, e densidades de intervalos calculadas e gradientes de temperatura podem ser usados com um modelo hidráulico para calibrar os parâmetros do modelo. O modelo hidráulico pode então ser usado para prever os efeitos de qualquer outro ponto no sistema como uma função da profundidade e tempo. As medições anulares podem ser utilizadas da mesma forma sob condições de não perfuração (isto é, quando não existem aparas no fluido anular). Quando os parâmetros do modelo hidráulico estão bem definidos e previsíveis para um fluido de perfuração particular, e nos casos em que quer uma temperatura medida ou pressão medida não estão disponíveis, o modelo hidráulico pode ser usado para prever a medição em falta.

A FIG.4 representa a densidade de lama à base de óleo modelada (na sigla em inglês para Modelled Oil Based Mud, OBM) como uma função da pressão e temperatura. Tal como indicado em 4 02 e 4 04, a densidade da lama aumenta com a diminuição da temperatura 402 e aumento da pressão 404. Sob condições de circulação em que a temperatura OBM permanece de algum modo constante (isto é, não aumenta significativamente com a profundidade), a densidade aumenta com a profundidade OBM (e, portanto, a pressão), como indicado em 406. Sob condições não de circulação em que a temperatura OBM aumenta significativamente com a profundidade, o efeito da temperatura pode sobrecarregar o efeito da pressão (isto é, a densidade de fluido pode diminuir com o aumento da profundidade, tal como indicado em 408).

A FIG. 5 representa um exemplo de um relatório incluindo densidades de intervalos calculadas obtidas durante um ASM na operação de perfuração. A Tabela 2 resume as localizações relativas das medições da pressão de anular quando a broca de perfuração estava localizada a uma profundidade medida de 17.000 pés. A medição de pressão de anular mais inferior foi feita em uma ferramenta Schlumberger arcVISION® implantado em BHA. Esta medição de pressão é marcada como "APRS" na pista 2 (em 502). A coluna de perfuração adicional incluiu os primeiro e segundo sensores de pressão de anular de ASM marcados como "1231" e "1244" na pista 2. O sensor 1244 foi localizado a cerca de 1259 pés (na profundidade medida) e 7 87 pés (em profundidade vertical verdadeira) acima da medição de pressão de anular de BHA. O sensor 1231 estava localizado a cerca de 5777 pés (na profundidade medida) e 5603 pés (na profundidade vertical verdadeira) acima do sensor 1244. Uma medição de superfície SPPA foi localizada a cerca de 9934 pés acima do sensor 1231. TABELA 2

Sensor Profundida Deslocamen Senso Inclinaçõ Senso de da to do r MD es r TVD Broca sensor a partir da broca Superfici e 17000 17000 0 0 0 ASM 1231 17000 7066 9934 0,2 9932 ASM 1244 17000 1289 15711 62 15535 APRS da 17000 30 16970 64 16322 ferrament a arcVISION em BHA

A Tabela 3 resume os parâmetros representados na

FIG. 5. Muitos destes parâmetros estão descritos acima na seção de METODOLOGIAS DE CÁLCULO DA DENSIDADE DE INTERVAL e são ainda descritos em mais detalhes abaixo com respeito ao presente exemplo.

TABELA 3

Pista Nome da curva Definição 1 Estado deWDP 0=abaixo l=acima 2 APRS Pressão do Anular por arcVISION Pressão do Anular 1231 Pressão do Anular de sensor ASM #1231 Pressão do Anular 1244 Pressão do Anular de sensor ASM #1244 SPPA Pressão de Tubo de Suporte de Superfície 3 MA_ED_001 Cálculo de ECD a partir de medição de APRS usando TVD de sensor MA_E D_0 0 3 Cálculo de ECD a partir de medição de ASM 124 4 usando TVD de sensor MA_ED__009 Cálculo de ECD a partir de medição de ASM 1231 usando TVD de sensor 4 MA_IED_003_001 Cálculo de densidade de intervalo entre Pressão do Anular de sensor ASM 1231 e de superfície. MA_IED_009_003 Cálculo de densidade de intervalo entre Pressão do Anular de sensor ASM 1244 e sensor ASM 1231. MA_IED_999_009 Cálculo de densidade de intervalo entre sensor ASM 1244 e sensor de superfície. MA_TOM_0 O 3_0 01 ETOFL estimado calculado a partir de pressões 1244 de sensor APRS e ASM. MA_TOM_0 O 9_0 O 3 ETOFL estimado calculado a partir de pressões de sensores ASM 1244 e 1231. MA_TOM_0 O 9_0 01 ETOFL estimado calculado a partir de pressões 1231 de sensor APRS e ASM. 6 MA_TOM_Q O 3_0 01 Contrapressão de superfície calculada usando medições de sensor APRS e 1244. MA_TOM_0 0 9_0 0 3 Contrapressão de superfície calculada usando medições de sensor 1244 e 1231.

Com referência continuada à FIG. 5, a pista 7

(representada era 504) inclui as densidades e densidades de intervalo calculadas entre os sensores de pressão referidos na BHA e na coluna de perfuração. A densidade da lama anular é calculada para cada sensor individual e marcada MAJEC (densidade de circulação anular equivalente medida). A MA_ED_001 corresponde à densidade equivalente para a medição da pressão APRS, MA_ED_003 corresponde à medição da pressão 1244, e MA_ED_009 corresponde à medição da pressão 1231. Estes parâmetros tendem a ser insensíveis às heterogeneidades na densidade da lama local tal como é ilustrado neste exemplo pelo fato de que os valores de cada um dos sensores são substancialmente idênticos e se sobrepõem entre si sobre o gráfico. Embora não representado na FIG. 5, a densidade equivalente calculada para cada um dos sensores tem um valor aproximadamente igual à densidade da OBM base (cerca de 7,9 ppg ou 0,95 g/cm3). Quando as bombas são desligadas na conexão simulada (14:35 a 15:05 na pista 1), estas densidades caem como esperado, devido à falta de perdas por atrito anular. As densidades de intervalo calculadas são também mostradas na pista 4 (506) e são marcadas como MA_IED_003_0'0.1 (a densidade de intervalo entre os sensores APRS e 1244), MA_IED_003_009 (a densidade de intervalo entre os sensores 1244 e 1231), e MA_IED_999_009 (a densidade de intervalo entre o sensor 1244 ASM e o sensor de pressão de anular de superfície). Quando as bombas são desligadas na conexão, as densidades de intervalo caem devido à eliminação das perdas por atrito anular. As densidades de intervalo são essencialmente as quantidades de MA_ICD acima mencionadas quando circulando e MA ISD quando não circulando. Neste exemplo em particular, as densidades de intervalo também representam estreitamente EAF_ISD uma vez que a taxa de penetração (ROP) era baixa e havia longos períodos de circulação entre os eventos de perfuração, o que implica que havia poucas ou nenhumas aparas suspensas no fluido anular.

A densidade de intervalo mais superior (MA_IED_9 9 9_0 0 9) é aproximadamente igual às densidades equivalentes calculadas mostradas na pista 3 (a 8 ppg). Como representado na pista 4, as densidades de intervalo diminuem significativamente com o aumento da profundidade, com MA_IED_003__009 sendo aproximadamente igual a 7,6 ppg e MA_IED_003_001 sendo aproximadamente igual a 7,3 ppg. As densidades de intervalo diminuem provavelmente devido ao aumento das temperaturas mais baixas no furo de poço. Na ausência dos efeitos de tais temperaturas, seria de esperar que a densidade de um fluido compressivel, tal como um OBM aumentasse com o aumento da profundidade. No entanto, como mostrado na FIG. 4, o aumento da temperatura do fluido de perfuração com o aumento da profundidade pode resultar em uma diminuição da densidade. Isto pode ser observado diretamente utilizando as densidades de intervalos aqui divulgadas (como representado na FIG. 5).

Ainda com referência mais a FIG. 5, pistas 5 e 6 (mostrado em 508 e 510) representam o topo equivalente de fluido (ETOFL) e a contrapressão calculada. Na pista 5, a parte superior dos níveis de fluido são marcados MA_TOM_003_001 (o intervalo entre os sensores APRS e 1244), MA_TOM_003_009 (o intervalo entre os sensores 1244 e 1231), e MA_TOM_0 0 9_0 01 (o intervalo entre os sensores APRS e 1231). Na pista 6, as pressões de retorno são marcadas como MA_BP_003_001 (o intervalo entre os sensores APRS e 1244) e MA_BP_003_009 (o intervalo entre os sensores 1244 e 1231) . Como representado, as pressões de retorno calculadas têm valores positivos. A pressão de estrangulamento anular pode ser ajustada para um valor igual ao valor calculado para o par de sensores mais inferior (MA_BP_003_001) na pista 6 a fim de manter uma pressão de anular do furo do fundo constante quando perfurando uma janela de peso da lama estreita. Após a retomada da circulação, o sensor mais inferior (APWD) mede a pressão por atrito anular integral acima do sensor (além da pressão estática), enquanto que os sensores localizados acima do furo detectam diminuindo mais as perdas por atrito. As densidades de intervalo resultantes são, portanto, maiores do que as densidades estáticas de intervalo correspondentes.

Nas operações de perfuração de poços, a temperatura do poço de perfuração geralmente aumenta com o aumento da profundidade. Em condições de circulação (e perfuração), a temperatura do fluido de perfuração não é geralmente uma função forte da profundidade (devido à mistura de fluido e transporte de volta para a superfície). Quando a circulação para, a temperatura geralmente aumenta com o tempo e qualquer profundidade particular até uma temperatura de estado estacionário ser atingida. Como resultado, pode-se também esperar que a densidade do fluido de perfuração seja diminuída com o tempo após a circulação cessar. Estas mudanças na densidade dependentes do tempo podem também ser observadas utilizando as densidades do intervalo acima mencionadas.

As medições de temperatura e pressão de ASM e a sua relação com a densidade do fluido podem ainda ser utilizadas na refinação e/ou de calibração de modelos hidráulicos convencionais. Por exemplo, as medições podem ser utilizadas para determinar os coeficientes nas equações convencionais API-13D:

Pbase = O1 + b,P + c1P2) + O2 + b2P + c2P2)T Equação 24 Psa,moura = ^hP + c,P2)+ia,+bAP + cAP2)T Equação 25

onde Pbase representa a densidade do OBM de perfuração de base, Pratoowra representa a densidade da salmoura, P representa a pressão, T representa a temperatura, e a, b, e c representam os coeficientes de ajuste. A Tabela 4 inclui valores de "livro" de amostra para várias soluções convencionais de óleo e/ou salmoura bem como estatísticas e faixas de validade.

TABELA 4

Cloreto de Cálcio 19, 3% em peso Diesel Óleo Mineral Olefina Interna Parafina Coeficientes de pressão ai (lbm/gal) 9, 9952 7,3183 6,9912 6,8358 6,9692 bi (Ibm/gal/psi) 1,77 Ε- 05 5,27 E-05 2,25 Ε- 05 2,23 Ε- 05 3,35 Ε- 05 Ci (Ibm/gal/psi2) 6 E-Il -8 E- 1.0 -1 E-IO -2 E-10 -5 E-10 Coeficientes de Temperatura a2 (lbm/gal/°F) -2,75 -3,15 -3,28 -3, 39 -3,46 E- E-03 E-03 E-03 E-03 03 b2 (lbm/gal/psi/°F) 3,49 E- 08 7,46 E-08 1,17 E- 07 1,12 E- 07 -1,64 E- 08 C2 (lbm/gal/psi2/°F) -9 E-13 -1 E- 12 -3 E-12 -2 E-12 2 E-13 Ajustes Estatísticos para Dados Modelados Erro médio % 0,135 0,237 0,166 0,194 0, 214 Coeficiente r2 0,998 0, 997 0, 998 0, 998 0, 999 Faixa de Validade Pressão Aplicada Max. (psi) 20,300 20,000 20,300 24,000 14,500 Temperatura Min. (0F) 77 40 77 56, 4 68 Temperatura Max. (0F) 392 400 392 392 302

Pode ser vantajoso em certas aplicações ajustar

estes valores de "livro" de acordo com as condições in- situ. Uma vez que a razão do óleo para água é conhecida (que é normalmente controlada na superfície), as Equações 24 e 25 podem ser combinadas em uma única equação que tem seis coeficientes, por exemplo, como segue: Plama = (h + JS + Hh + hP +

Equação 26

onde plama representa a densidade do fluido de perfuração (a combinação de base e salmoura) e i, j, e k representam os coeficientes. Esta densidade pode ser medida in si tu, por exemplo, utilizando-se os cálculos de densidade de

de temperatura representam um valor médio para o intervalo.

Uma coluna de perfuração incluindo seis sensores de temperatura e pressão ASM, por exemplo, pode permitir que os seis coeficientes sejam calculados. Por exemplo, seis densidades de intervalo podem ser calculadas utilizando as seis medições de pressão e temperatura correspondentes para

coeficientes). Os valores para os coeficientes podem então ser determinados utilizando algoritmos convencionais de busca raiz. Deve-se entender que o número de intervalos necessário pode ser reduzido, por exemplo, por meio do uso de técnicas de minimização ou uso de densidades de intervalo calculadas em múltiplas vezes (ou múltiplas profundidades) desde que as medições de pressão e temperatura sejam suficientemente diferentes.

Em alternativa, as Equações 24 e 25 podem ser combinadas em uma única equação que tem doze coeficientes, por exemplo, como segue:

intervalos acima mencionados onde os valores de pressão e

obter

equações com seis incógnitas (seis

Plama = MIF _ ISD = Vbose-Pbase+^

Equação 27

mis MIFJSD^al+biP + cr)H^b2P + c2P^\+ ^^ ^ Q-Vbaj[(a3+b3P + c3P2) + (aA+b4P + c4P2)T\

onde Vbase e Vsalmoura representam as frações de volume de base e salmoura. Os coeficientes nas Equações 27 e 28 podem ser obtidos fazendo-se 12 medições de densidade de intervalo independentes, por exemplo, em dois locais distintos utilizando a coluna de perfuração descrita acima tendo seis sensores de temperatura e de pressão ASM.

Em outra modalidade alternativa, os valores para os coeficientes de salmoura (a3, b3, C3 e a4 , b4, C4 nas Equações 25 e 28) podem ser assumidos e os seis coeficientes de bases avaliados, por exemplo, utilizando pelo menos seis medições de densidade de intervalo independentes.

Nas modalidades anteriores, os coeficientes podem ser determinados usando quer medições de densidade de intervalo interna ou medições de densidade de intervalo anular. As medições de densidade de intervalo interna podem ser preferidas devido à falta de aparas no interior da coluna de perfuração, no entanto, as medições anulares podem também ser utilizadas quando as aparas são contabilizadas utilizando uma ou mais das técnicas acima referidas.

Eficiências de Transportes de Aparas e Caracterização de Formação As medições de temperatura e pressão de ASM podem ser utilizadas para detectar mudanças nas densidades de aparas e eficiências de transporte e podem, potanto, ainda ser utilizadas na caracterização da litologia- da formação a ser perfurada. Como descrito acima em relação às Equações 8-17, as medições de pressão de ASM podem ser usadas para determinar as densidades constituintes de diversos materiais do fluido de perfuração. Nas operações em que não existe qualquer fluxo de entrada ou fluxo de saida anular (isto é, quando Qx e fx são aproximadamente iguais a

zero), a densidade de aparas pode ser prontamente determinada utilizando EA_ISD e MA ISD.

As FIGS. 6, 7 e 8 representam um exemplo hipotético de uma operação de perfuração de poços, em que uma mudança na formação de litologia é verificada como resultando em uma densidade de aparas reduzida. Em cada uma das FIGS. 6, 7' e 8 f a pista 2 (mostrado a 604) descreve esquematicamente a litologia que está sendo perfurada, por exemplo, como determinado por uma densidade de aparas calculada e um torque adimensional. 0 tubo de perfuração e broca de perfuração são mostrados em 622 e 624, enquanto que o contorno do poço de perfuração é mostrado em 626. As aparas são ainda descritas em 628 como sendo transportadas para a superfície no fluido de perfuração que se move para cima através do anular. A coluna de perfuração representada inclui quatro sensores de temperatura e de pressão ao longo da coluna 630A, 630B, 630C e 630D e um sensor de superfície 632. Deve-se entender que as modalidades descritas não estão limitadas a qualquer número particular de sensores de ASM.

A pista 1 representa (em 602) MIF_ISD e EIF_ISD, o

primeiro dos quais sendo calculado a partir MIF_ICD subtraindo os efeitos de atrito do tubo de perfuração interno modelado e/ou medido sobre a lama que flui. A EIF_ISD representa as propriedades de densidade da lama de entrada corrigidas para os efeitos de pressões e temperaturas medidas e/ou a modeladas do tubo de perfuração interno usando um programa de modelação hidráulica adequado. Os parâmetros de modelagem hidráulica necessários para os efeitos de pressão e de temperatura podem ser determinados pela correspondência de EIF_ISD para MIF_ISD durante os intervalos onde os cálculos de MIF_ISD estão disponíveis.

A pista 3 inclui (em 606) as densidades de intervalo anular calculadas, EAF_ISD, MA_ISD, EA_ISD, MA_ICD e EA_ICD. EAF_ISD representa a densidade da lama de entrada isenta de aparas que flui para cima do anular corrigido para as pressões e temperaturas de anular medidas utilizando os mesmos parâmetros de modelagem hidráulica determinados para a lama interna. A carga de aparas modelada é adicionada a EAF_ISD para se obter EA_ISD. A densidade estática de intervalo medida MA_ISD é igual a densidade de intervalo de circulação medida MA_ICD menos as perdas por atrito anular, quando o volume de aparas, a densidade, e transporte e os parâmetros de fluxo de atrito são adequadamente modelados. Um programa de minimização pode ser utilizado na modelação, como descrito acima para conseguir isto tal como descrito acima.

A pista 4 descreve (em 608) a densidade de aparas calculada. Outros parâmetros são apresentados nas Pistas 5- 8 e discutidos em mais detalhes abaixo em relação aos outros exemplos. Deve ser entendido nas Figs. 6, 7, e 8 que, quando dois parâmetros (por exemplo, representados por curvas tracejadas e sólidas) são iguais entre si, eles são mostrados com uma ligeira separação (aproximadamente uma largura de curva), a fim de tornar duas curvas visíveis. Tal apresentação é meramente de conveniência e não é destinada a ser limitante.

As diferenciais de tempo das densidades de intervalo de circulação e estáticas medidas MA_ISD e MA_ICD são mostradas na pista 5 a 610. A parte superior equivalente de ETOFL de fluido para o fluido de circulação e estático é mostrada na pista 6 a 612. A contrapressão BP anular calculada para o fluido de circulação e estático é mostrada na pista 7 a 614 e as pressões estáticas e de circulação P de anular medidas estão apresentadas na pista 8 e 616.

A FIG. 6 representa a operação de perfuração hipotética no tempo Z1=O. Como mostrado na pista 3 (em 606), as densidades de circulação e estáticas de anular medidas e esperadas são iguais entre si (isto é, MA_ISD é aproximadamente igual a EA_ISD e MA_ICD é aproximadamente igual a EA_ICD). A densidade de aparas calculada mostrada na pista 4 é constante com a profundidade indicando que o tempo necessário para que as aparas atinjam a superfície é menor que o tempo necessário para perfurar a camada de formação presente. A fração do volume das aparas / diminui em direção a parte superior do poço de

perfuração (como mostrado esquematicamente na pista 2) e pode ser devido, por exemplo, aos efeitos de taxa de penetração, porosidade de formação, e/ou de transporte de aparas como uma função do tempo. Estas variáveis podem ser contabilizadas no processo de minimização. A quantidade fapams também pode ser mostrada no registro se desejado.

A FIG. 7 representa a operação de perfuração hipotética mostrada na FIG. 6 no tempo t2=tx+At e inclui as mesmas pistas, tal como descrito acima. Como representado na pista 2, a broca de perfuração penetrou uma nova formação tendo uma densidade mais baixa, resultando assim em 629 aparas tendo uma densidade menor do que das aparas previamente geradas 628. Como um resultado direto da densidade de aparas reduzida, MA_ISD fica abaixo de EA_ISD e MA ICD fica abaixo EA ICD no intervalo mais inferior (como descrito em 702 e 704 na pista 3).

Será entendido que a mudança na densidade de aparas pode ser identificada por assinaturas diferentes das discutidas acima em relação à FIG. 7. As Tabelas 5A e 5B listam as assinaturas esperadas que resultam de uma tal mudança na densidade de aparas no anular (tipicamente como resultado de perfuração de uma nova formação antes do processo de minimização ter calculado um novo valor de densidade de aparas). A Tabela 5A lista as assinaturas esperadas ao se perfurar uma formação que tem uma densidade mais baixa, enquanto que a Tabela 5B lista as assinaturas esperadas durante a perfuração de uma formação que tem uma densidade mais elevada.

TABELA 5A

Parâmetro Mudanças com o Tempo Mudanças com a Profundidade Qx Qx = 0 ; Nenhuma mudança Qx = 0 ; Nenhuma mudança Fx pode mudar pode mudar οΓ aparas Valor calculado vai diminuir NA MA_ISD vs. EA_ISD MA_ISD < EA_ISD; MA_ISD diminuindo com o tempo até o intervalo conter Diminuição em MA ISD se move para cima do furo na medida em que apenas as novas as aparas mais aparas mais leves leves se movem

para cima do furo no anular

MA_ICD EA ICD vs.

MA_ICD < EA_ICD; | Diminuição em

MAJECD diminuindo com MA_ICD se move o tempo até o para cima do furo intervalo conter na medida em que

apenas as novas as aparas mais aparas mais leves. Ileves se movem

para cima do furo no anular

ETOFL

ETOFL diminui com o tempo ao longo

intervalo afetado.

ETOFL é menor em

intervalos com

aparas mais leves

BP de Superfície BP aumenta com o Anular Calculada |tempo ao longo

intervalo afetado.

BP

maior em

intervalos com

aparas mais leves

Pressão de ASM | Ligeira diminuição

com o tempo ao longo do intervalo afetado.

Ligeira diminuição ao longo de intervalos com

aparas mais leves

Temperatura de | Nenhuma mudança ASM

Nenhuma mudança TABELA 5B

Parâmetro Mudanças com o Tempo Mudanças com a Profundidade a Qx = 0 ; Nenhuma mudança Qx = 0 ; Nenhuma mudança Fx pode mudar pode mudar aparas Valor calculado aumentará NA MA_ISD vs. EA_IS D MA_ISD > EA_ISD MA_ISD aumentando com o tempo até o intervalo conter apenas novas aparas mais pesadas. Aumento em MA ISD se move para cima do furo na medida em que as aparas mais pesadas se movem para cima do furo no anular s MA_ICD vs. EA_ICD MA_ICD > EA_ICD MA_ICD aumentando com o tempo até o intervalo conter apenas as novas aparas mais pesadas. Aumento em MA ICD se move para cima do furo na medida em que as aparas mais pesadas se movem para cima do furo no anular ETOFL ETOFL aumenta com o tempo ao longo do intervalo afetado. ETOFL é maior ao longo de intervalos com cortes mais pesados. BP Anular de Superfície Calculada BP diminui com o tempo ao longo do intervalo afetado. BP é menor em intervalos com aparas mais pesadas. Pressão de ASM Ligeiro aumento com o tempo ao longo do intervalo afetado. Ligeiro aumento em intervalos tendo aparas mais pesadas. Temperatura de ASM Nenhuma mudança Nenhuma mudança

A FIG. 8 representa a operação de perfuração hipotética mostrada na FIG. 6 no tempo t3=t2+At e inclui as mesmas pistas, tal como descrito acima. Quando Qx= 0 um programa de minimização pode ser utilizado diretamente para determinar a densidade das aparas. Esta densidade das novas aparas está representada na pista 4 em 802 e indica uma densidade de aparas reduzida conforme o esperado. A nova densidade das aparas também pode ser utilizada para calcular novas densidades de intervalo estáticas e de circulação esperadas EA_ICD e EA_ISD, que são aproximadamente iguais às correspondentes densidades de intervalo medidas MA_ICD e MA_ISD como mostrado na pista 3 a 804 e 806. A densidade de aparas SGaparas pode ser usada, por

exemplo, para identificar a litologia da formação a ser perfurada (por exemplo, areia, calcário, do1omita, xisto, alcatrão, sal, etc.) Por exemplo, arenito de quartzo tem uma densidade de cerca de 2,65, a pedra calcária de carbonato de cálcio tem uma densidade de cerca de 2,71, dolomita de carbonato de magnésio e cálcio tem uma densidade de cerca de SG de 2,85, formações minerais mistas de xisto têm uma densidade média na faixa de cerca de 2,6 a cerca de 2,7, os sais de halite têm uma densidade de cerca de 2,17, as camadas de alcatrão têm uma densidade na faixa de cerca de 0,8 a cerca de 1,1, e anidrido tem uma densidade de cerca de 2,97. 0 conhecimento da velocidade das aparas (ou velocidades) com o tempo, permite que as aparas profundas sejam atribuídas, o que por sua vez pode permitir que um registro de litologia (por exemplo, como representado na pista 2) seja construído. No exemplo representado nas FIGS. 6-8, a densidade de aparas no intervalo a ser perfurado é menor que a do intervalo anterior, o que ainda auxilia na identificação da litologia da formação.

Os versados na técnica compreenderão imediatamente que a densidade bruta da formação é um parâmetro petrofísico amplamente utilizado. Este parâmetro é comumente usado para aplicações que vão desde cálculos de sobrecarregar, modelagem geomecânica, sismogramas sintéticos e determinação da porosidade de formação. A densidade de solo da formação é geralmente uma função da litologia (ou conteúdo mineral da formação) e do tipo e do volume de fluido na formação. Nas operações de perfuração em que o processo de perfuração destrói a porosidade da formação, a densidade de aparas calculada pode ser utilizada como a densidade mineral (densidade da matriz de formação), para calcular a porosidade de uma medição de densidade do solo da geofísica do poço de perfuração.

Identificação Matriz de Alcatrão

As zonas de alcatrão (também referidas na técnica como tapetes de alcatrão) são uma ameaça comum em operações de perfuração e, por vezes, podem representar um grave risco para a operação de perfuração. Uma vez que o alcatrão é difícil de identificar em mapas sísmicos, a evasão pode ser desafiadora e muitas vezes se baseia principalmente na experiência local. Além disso, as tecnologias de perfilagem durante a perfuração (LWD) comumente utilizadas, tal como medições de perfilagem de raios gama e resistividade, nem sempre são capazes de identificar as zonas de alcatrão. Como tal um operador de perfuração às vezes não se dá conta de que uma zona de alcatrão foi interceptada até que o anular esteja cheio de alcatrão. Isto pode resultar a uma situação de obstrução uma BHA presa. As medições de temperatura e pressão de ASM e as densidades de intervalo aqui descritas podem ser usadas para identificar rapidamente e atenuar as zonas de alcatrão interceptadas.

As densidades de intervalo divulgadas podem ser utilizadas para identificar o alcatrão no anular por meio de cálculo da densidade de intervalo de aparas, como descrito acima com referência às FIG. 6-8 e as Tabelas 5A e 5B. A presença de alcatrão no anular pode ser identificada por uma diminuição da densidade de intervalo mais inferior. Esta diminuição pode ser modelada como uma diminuição correspondente na densidade de aparas calculada. As matrizes de alcatrão tendem a causar uma redução significativa na densidade do intervalo por pelo menos duas razões. Primeiro, a densidade do alcatrão é significativamente menor do que a das formações de rocha geralmente perfuradas (por exemplo, em uma faixa de cerca de 0,8 a cerca de 1,1, em comparação com uma faixa de cerca de 2 a cerca de 3, para a rocha perfurada tal como descrito acima). Em segundo lugar, as matrizes de alcatrão geralmente incluem uma fração de volume elevada de alcatrão (muitas matrizes de alcatrão são camadas não porosas que são constituídas por cerca de 100% de alcatrão) de tal modo que a fração de volume de alcatrão no intervalo anular

local também é elevada.

A identificação precoce de matrizes de alcatrão permite que o operador de perfuração reduza o fluxo de entrada de alcatrão no furo de poço. A atenuação pode incluir qualquer número de técnicas, por exemplo, incluindo o uso de pressão controlada para reforçar artificialmente a pressão de compressão ou contrapressão no anular para manter alcatrão adicional a partir do desprendimento dentro do poço de perfuração, movimentando o tubo acima do ponto da matriz de alcatrão sem circulação, em seguida, introduzindo uma lama mais pesada para dentro do poço de perfuração (chamada de injeção localizada), rastreamento lateral em torno do alcatrão, tratamento do alcatrão com vários aditivos químicos, e o isolamento do alcatrão, através do uso de vários tipos de revestimento. As modalidades divulgadas não são, obviamente, limitadas a qualquer ação atenuante determinada.

Lavagem do Poço de Perfuração

Devido a várias práticas geomecânicas e/ou de perfuração o poço de perfuração pode se tornar alargado com o tempo, durante uma operação de perfuração. Tal alargamento do poço pode ser prejudicial por diversas razões. Por exemplo, um furo alargado pode reduzir a velocidade de aparas movendo-se através do anular, intensificando assim a possibilidade de aparas que caem da suspensão e obstrução do poço de perfuração. Os poços de perfuração alargados também exigem grandes volumes de cimento durante as operações de revestimento.

As FIGS. 6, 9 e 10 mostram um exemplo hipotético de outra operação de perfuração de poços, em que uma porção do poço de perfuração torna-se aumentada durante a operação de perfuração (FIGS. 9 e 10 representam o alargamento). Este exemplo utiliza novamente a FIG. 6 para representar a operação de perfuração hipotética no tempo ^1=O. Como descrito acima, as densidades de intervalo medidas e esperadas são substancialmente iguais entre si ao longo do comprimento do poço (ou seja, = MA_ISD EA_ISD e MA_ICD = EA_ICD como mostrado na pista 3), indicando que os efeitos do volume de aparas, densidade de aparas, transporte de aparas e volume fracionado, e atrito anular foram adequadamente modelados.

A FIG. 9 representa a operação de perfuração hipotética no tempo t2-t^+At e inclui as mesmas pistas, tal como descrito acima em relação à FIG. 6. Uma zona de lavagem com diâmetro aumentado é representada em 902 na pista 2. Na pista 3 em 904, MA_ICD diminuiu e é menor do que no intervalo de lavagem de EA_ICD, no entanto, MA_ISD permanece substancialmente constante e é aproximadamente igual a EA_ISD como mostrado em 906. O poço de perfuração alargado faz com que a pressão por atrito anular diminua no intervalo de lavagem reduzindo, assim, a densidade de intervalo medida em circulação, mas não as densidades de intervalo esperadas que são calculadas utilizando um modelo que faz uso de medidas com paquimetro de LWD ou tamanho de broca quando o intervalo foi perfurado. As densidades estáticas de intervalos medidas e esperadas permanecem substancialmente iguais uma vez que a lavagem é em uma profundidade constante e uma vez que as aparas não estão caindo da suspensão, neste exemplo. A MA_ISDmf que é calculada subtraindo-se um atrito anular modelado MA_ICD também diminui no intervalo de lavagem como mostrado em 908. Na pista 5 a 910, a derivada de MA_ICD é negativa, indicando uma queda na MA_ICD com o tempo, na medida em que os poços de perfuração são lavados (torna-se alargado).

A FIG. 10 representa a operação de perfuração hipotética no tempo t3=t2 + àt. Um processo de minimização

foi instruído para calcular um novo diâmetro de poço de perfuração tal que as pressões de atrito de anular esperadas são reduzidas e correspondentes com a densidade de circulação de intervalo medida. Tal como ilustrado na pista 3 a 1002, MA_ICD e EA_ICD são agora substancialmente iguais no intervalo de lavagem (como um resultado do processo de minimização que cria um maior diâmetro de poço de perfuração). Este novo diâmetro pode ser armazenado como uma função do tempo para a plotagem e análise contra as práticas de perfuração e os parâmetros e determinações de resistência de formação dependente de tempo para intensificar ainda mais a compreensão da resistência da formação e reconhecimento e prevenção de práticas de perfuração prejudiciais no futuro. Além disso, o diâmetro do poço de perfuração calculado no final do processo de perfuração pode ser utilizado para calcular o volume de cimento necessário na operação de revestimento de pós- perfuração.

Será entendido que uma mudança no diâmetro da perfuração (por exemplo, causada por uma lavagem) pode causar mudanças correspondentes em alguns dos parâmetros divulgados diferentes dos descritos acima em relação às FIGS. 9-10. A Tabela 6 apresenta as mudanças esperadas causadas por uma lavagem ou alargamento de poço de perfuração.

TABELA 6

Parâmetro Mudança com o tempo Mudança com a profundidade & Qx = 0 ; Nenhuma mudança Qx = 0 ; Nenhuma mudança fx Pode diminuir e pode mudar com o tempo Pode diminuir e pode mudar na medida em que outros intervalos são lavados aparas Nenhuma mudança Nenhuma mudança MA_ISD vs. EA_ISD MA_ISD constante com o tempo e igual a EA ISD durante a lavagem. MA_I S D > MA_ISDmf MA_ISD = EA_ISD no mesmo intervalo de profundidade, não se move acima do furo a

menos outros intervalos sejam alargados.

que

MA_ICD EA ICD vs.

MA ICD diminuindo com o tempo e menor que EA_ICD durante a lavagem.

MA ICD

menor

que EA_ICD ao

longo do

intervalo de profundidade

afetado, não se

move acima do

furo

menos

que outros

intervalos sejam alargados.

ETOFL

circulação

de Diminui na medida em que a lavagem se amplia com o tempo. ETOFL estático não mudando.

Diminui

na

medida em que a lavagem se

amplia,

Permanece em

profundidades fixas. BP de anular de Aumenta na medida em que Aumenta na superfície a lavagem se amplia com medida em que a calculada em o tempo. BP Estática não lavagem se circulação mudando. amplia, Permanece em profundidades fixas. Pressão de ASM Ligeira diminuição da Ligeiro pressão de circulação decréscimo pode durante o alargamento • mudar como outros intervalos de lavagem. Temperatura de Ligeiro aumento com o Ligeiro aumento ASM tempo devido à devido à diminuição da velocidade diminuição da de fluxo. velocidade de fluxo naquela profundidade.

Obstrução do poço de Perfuração

Conforme utilizado na técnica, uma obstrução descreve uma situação em que o diâmetro do poço de perfuração foi reduzido criando um "estrangulamento" do fluido que flui para cima do anular. Essa redução pode ser causada, por exemplo, por um grande volume de aparas que caiu da suspensão no anular ou descamação da parede do poço de perfuração no anular. Com a velocidade do fluido anular insuficiente, a viscosidade da lama, ou em um poço de perfuração muito inclinado, as aparas podem acumular-se a uma certa profundidade no poço e causar uma restrição (a obstrução). Dependendo da gravidade da obstrução, a pressão pode aumentar para níveis indesejáveis mais profundos no poço e pode mesmo causar a ruptura das formações se medidas de correções não são realizadas a tempo. A obstrução também pode resultar em perda de circulação que, por sua vez, pode causar uma perda de pressão hidrostática e um fluxo de entrada possível ou mesmo um kick de uma formação permeável. Uma grave obstrução pode também resultar em uma BHA presa se aparas suficientes são deixadas se acumular em

torno da coluna de perfuração.

As FIGS. 11, 12, e 13 representam um exemplo

hipotético de uma operação de perfuração de poços em que as aparas de perfuração caem fora da suspensão e formam uma obstrução. A pista 2 da FIG. 11 inclui um alargamento em 1102, como descrito acima em relação às. -FIGS. 9 e 10. Nas FIGS. 12 e 13 uma obstrução é representada logo abaixo do alargamento em 1202. As FIGS. 11-13 exibem as mesmas pistas, tal como descrito anteriormente nas FIGS. 6-8. Neste exemplo, a FIG. 11 representa a operação de perfuração hipotética no tempo J1=O (após a formação da lavagem). Deve-se entender que as modalidades descritas não são limitadas pela representação de uma lavagem. Na pista 3 da FIG. 11, as densidades de intervalo medidas e esperadas são substancialmente iguais entre si ao longo do comprimento do furo de poço (ou seja, = MA_ISD EA_ISD e MA_ICD = EA_ICD) que indica que os efeitos de volume de aparas, de densidade de aparas, do transporte de aparas e do volume fracionado, e do atrito anular foram adequadamente modelados. A obstrução é representada esquematicamente na

pista 3 (em 1202) nas FIGS. 12 e 13. A restrição faz com que as pressões de circulação anulares mais abaixo no poço aumenta, como mostrado em 1204 na pista 8 da FIG. 12. A pressão de circulação acima do limite pode também diminuir ligeiramente conforme ilustrado em 1206, se a taxa de fluxo é reduzida significativamente acima da obstrução. As medidas convencionais de pressão de anular em si próprias, por vezes, podem ser utilizadas para identificar a obstrução monitorizando as mudanças de pressão de anular ao longo do tempo e profundidade. As densidades de intervalos descritas podem também ser utilizadas para identificar uma obstrução e tendem a fornecer uma assinatura mais definitiva. Por exemplo, como representado na FIG. 12, as densidades de intervalo que abrangem a obstrução tendem a aumentar enquanto que as densidades do intervalo acima e abaixo desta abrangência tendem a permanecer inalteradas. Na abrangência da obstrução, as densidades de intervalo medidas MA_ISDmf e MA_ICD aumentam significativamente ao longo das densidades de intervalo esperadas correspondentes (modeladas) EA_ISD e EA_ICD como descrito em 1208 e 1210.

Quando as bombas são trazidas para baixo e a densidade estática real é medida, MA_ISDmf também é observada como sendo maior do que a densidade estática de intervalo medida MA_ISD. Além disso, MA_ISD pode ser aproximadamente igual a (ou possivelmente ligeiramente maior que) EA_ISD como mostrado em 1212 em função da massa de aparas acumuladas. Também observa-se que Qx é aproximadamente igual a zero, como indicado em 1214 na FIG. 12. Estas assinaturas observadas tendem a ser exclusivamente atribuíveis a obstruções (ou outras restrições anulares) com a característica acrescentada de que as diferenças de densidade de intervalo acima mencionadas permanecem em uma profundidade fixa (uma vez que a obstrução em si permanece a uma profundidade fixa).

A FIG. 13 é semelhante à FIG. 12, mas representa uma metodologia alternativa para calcular as densidades de intervalo. Em particular, cada um dos intervalos utilizados na FIG. 13 prolonga-se a partir da profundidade do sensor de ASM para a superfície (em vez do intervalo entre sensores adjacentes como representado na FIG. 12). Na FIG. 13, cada uma das densidades de intervalo de circulação medidas abaixo da obstrução é maior que a densidade de intervalo de circulação esperada correspondente como descrito em 1302 e 1304. O ETOFL e BP calculados são zero, por definição, ao utilizar esta técnica de cálculo como mostrado nas pistas 6 e 7. Na metodologia mostrada na FIG.- 13, as densidades de intervalo a partir do local da obstrução para a broca de perfuração aumentam. Isto pode, vantajosamente, tornar o impacto visual do evento mais perceptível em certas configurações de exibição e pode ainda permitir que o local axial da obstrução para seja estimado.

Deve-se entender que o desenvolvimento de uma obstrução ou uma restrição pode causar mudanças correspondentes em certos parâmetros divulgados diferentes daqueles descritos acima em relação às FIGS. 12 e 13. A Tabela 7 lista as mudanças esperadas causadas por uma restrição anular ou obstrução.

TABÈLA7

Parâmetro Mudança com o tempo Mudança com a profundidade Qx Qx = 0 ; Nenhuma mudança Qx = 0; Nenhuma mudança Fx Nenhuma mudança Nenhuma mudança rr S-I aparas Nenhuma mudança Nenhuma mudança MA_ISDmf vs. MA_ISD MA_ISDmf > MA_ISD Aumenta com o tempo na MA_ISDmf > EA_ISD medida em que a Ao longo do obstrução se desenvolve intervalo de profundidade de obstrução apenas MA_ISD vs. MA_IS D « EA_IS D MA_IS D * EA_ISD EA_ISD Ao longo do intervalo de profundidade de obstrução MA_ICD vs. MA_ICD > EA_ICD MA_ICD > EA_ICD EA_ICD Aumenta com o tempo na Ao longo do medida em que a intervalo de obstrução se desenvolve profundidade de obstrução apenas Parte superior ETOFL de circulação ETOFL de do fluido aumentando circulação estimada ao longo do evento, aumentando ligeiramente diminuindo ao longo do abaixo do evento, e evento, nenhuma mudança acima do ligeiramente evento, todos mudando na diminuindo medida em que a abaixo do obstrução se desenvolve. evento, e ETOFL estático não é nenhuma mudança afetado se o intervalo acima do de obstrução é curto. evento. 0 intervalo de obstrução tem ETOFL maior. ETOFL estático não é afetado se o intervalo de obstrução é curto. BP Anular de BP de circulação BP de superfície diminuindo ao longo do circulação calculada evento, ligeiramente diminuindo ao aumentando abaixo do longo do evento, e nenhuma evento, mudança acima do evento, ligeiramente todos mudando na medida aumentando em que a obstrução se abaixo do desenvolve. evento, e nenhuma mudança acima do evento. 0 intervalo de obstrução tem a menor BP. Pressão de ASM As pressões de As pressões de circulação aumentam circulação abaixo da obstrução, aumentam abaixo nenhuma mudança acima da da obstrução, obstrução, aumenta na nenhuma mudança medida em que a acima da obstrução se desenvolve. obstrução. Temperatura de Ligeiro aumento com o Ligeiro aumento ASM tempo abaixo da abaixo da obstrução, diminui acima obstrução da obstrução diminui acima da obstrução A identificação da obstrução, observando as

pressões anulares e as densidades de intervalo, pode ser automatizada de modo que a assinatura mostrada na FIG.. 12 (por exemplo, MA_ISD> EA_ISD e MA__ICD> EA_ICD com as 5 diferenças não mudando com o tempo) dispara um alarme que alerta o operador de perfuração. A rotina de automatização pode reduzir ainda mais a taxa de circulação para reduzir a acumulação de pressão abaixo da obstrução. 0 operador de perfuração pode então iniciar uma seqüência de etapas 10 destinadas a quebrar ou desfazer a obstrução (por exemplo, trabalhando a coluna de perfuração para cima e para baixo no poço de perfuração durante a rotação). Deve-se entender que as modalidades descritas não estão limitadas a esse respeito.

Fluxo de entrada no Anular do Poço de Perfuração

Conforme é do conhecimento dos versados na técnica, os fluidos de formação tendem a fluir para dentro do furo de poço durante a perfuração quando a formação tem uma pressão de poro mais elevada do que a pressão de lama na profundidade da formação. Tais eventos de fluxo de entrada podem ocorrer mais acima do poço de perfuração se a coluna de lama é deixada cair abaixo da superfície, por exemplo, ao disparar o tubo de perfuração para fora do poço de perfuração. Eventos de limpeza do poço também podem contribuir para um fluxo de entrada. Os fluidos na formação, tais como gás, óleo, ou água sinergética, geralmente exibem uma densidade mais baixa do que a lama de perfuração. Qualquer fluxo de entrada, portanto, tende a reduzir ainda mais a pressão hidrostática, permitindo que a taxa de fluxo aumente até que o furo de poço já não pode ser controlado. A atenuação oportuna, portanto, requer o reconhecimento precoce do evento de fluxo de entrada. As medições de temperatura e pressão de ASM e as densidades de intervalo divulgadas podem ser utilizadas para identificar eventos de fluxo de entrada logo depois eles começam.

As FIGS. 14, 15, 16, e 17 representam um exemplo hipotético de uma operação de perfuração de poços incluindo um evento fluxo de entrada na formação (também referido como um kick) . A pista 2 da FIG. 14 representa a broca de perfuração que penetra uma nova formação 1402. Nas FIGS. 15-17 o fluxo de entrada de fluido na formação é representado em 1502 na pista 2. As FIGS. 14-17 exibem as 5 mesmas pistas, tal como descrito anteriormente nas FIGS. 6- 8. Neste exemplo, a FIG. 14 representa a operação de perfuração hipotética no tempo í,=0 (após a penetração na formação 14 02, mas antes do evento de fluxo de entrada de fluido mostrado nas FIGS. 15-17) . Deve-se entender que as 10 modalidades descritas não são limitadas pela representação do fluxo de fluido que vem d fundo do poço. O fluxo de entrada pode ocorrer substancialmente em qualquer lugar ao longo do comprimento do poço de perfuração, como é conhecido dos versados na técnica. Na pista 3 da FIG. 14, 15 as densidades de intervalo medidas e esperadas são substancialmente iguais entre si ao longo do comprimento do poço (ou seja, = MA_ISD EA_ISD e MA_ICD = EA_ICD) que indica que os efeitos de volume de aparas, de densidade de aparas, transporte de aparas e volume fracionado, e o 20 atrito anular foram adequadamente modelados. Além disso, como mostrado em 1404, Qx é aproximadamente igual a zero, indicando que não há fluxo de entrada.

A FIG. 15 representa a operação de perfuração hipotética no tempo Z2=/,+ At. O evento de fluxo de entrada foi iniciado como representado em 1502 da pista 2 fazendo com que Qx seja maior do que zero conforme representado em 1508. 0 parâmetro Qx pode ser estimado por meio de uma medição de superfície da diferença na taxa de fluxo entre o fluxo fora do anular e o fluxo dentro da coluna de 5 perfuração (um volume de fluxo diferencial). As Equações 8- 17 representadas acima podem ser usadas para calcular ou determinar de forma mais precisa Qx . Em alguns casos, uma simples diferença entre a taxa de fluxo fora do anular e a taxa de fluxo dentro da coluna de perfuração pode ser

adequada para estimar um valor de Qx. Valores mais precisos de Qx podem ser obtidos, tendo em conta Qaparas gerada a partir da operação de perfuração tal como divulgado nas Equações 8-17. Nas operações de perfuração normais, Qaparas pode estar em uma faixa de, por exemplo,

desde cerca de 1 ate cerca de 5 por cento da taxa de fluxo de fluido de perfuração. Um evento de fluxo de entrada (por exemplo, um kick) pode resultar em Restando em uma faixa de, por exemplo, desde cerca de 5 até cerca de 100 por cento ou mais da taxa de fluxo de fluido de perfuração.

Com referência continuada à FIG. 15, as densidades

de intervalo de circulação e estática medidas MA_ISD e MA_ICD diminuem abaixo dos valores correspondentes esperados de EA_ISD e EA_ICD como mostrado em 1504 e 1506 na pista 3. Uma vez que Qx^O a lógica do programa retém o valor mais recente de SGapams como indicado em 1510 (e

através da comparação da pista 4 nas FIGS. 14 e 15).

A FIG. 16 representa a operação de perfuração hipotética no tempo t3=t2+At. Um processo de minimização é 5 usado em vez de calcular um valor para a densidade do material do fluxo de entrada, tal como indicado em 1610 na pista 4 da FIG. 16 (por exemplo, utilizando-se as Equações 8-17). A densidade calculada do material de fluxo de entrada SGxpode então ser utilizada para estimar o tipo de 10 fluido que vem para dentro do anular. Por exemplo, um fluxo de entrada de gás pode ter uma densidade de menos do que cerca de 0,6, um fluxo de entrada de óleo pode ter uma densidade na faixa de cerca de 0,6 a cerca de 0,8, e um fluxo de entrada de água sinergética pode ter uma densidade 15 de cerca de 1 a cerca de 1,2. Depois de atribuir um valor para SGx, as densidades de intervalo de circulação e estática medidas MS_ISD e MS_ICD são de novo aproximadamente iguais aos valores esperados de ES_ISD e ES_ICD como mostrado em 1602 e 1604.

A FIG. 17 representa a operação de perfuração

hipotética no tempo tA=t3 + At. Na medida em que o fluxo de entrada sobe ou circula para cima do anular como mostrado em 1702 na pista 2 da FIG. 17, o SGx calculado move-se para cima do anular como mostrado em 1710 na pista 4. Isto ilustra ainda as diferenças de assinatura entre um fluxo de entrada e uma obstrução ou um alargamento do poço de perfuração, onde a perturbação de pressão permanece a uma profundidade constante. Além disso, a derivada das densidades de intervalo (mostrada em 1612 e 1712 das FIGS.

16 e 17) indicam a rapidez com que o fluxo de entrada se move para cima do anular, facilitando, assim, o planejamento da metodologia de controle particular utilizada para controlar o poço.

Com referência continuada às FIGS. 14-17, a parte superior Equivalente do ETOFL de nível de fluido torna-se negativa nos intervalos anulares com o material de fluxo de entrada (por exemplo, como indicado em 1512 na pista 6 da FIG. 15). Além disso, a contrapressão BP anular de superfície calculada torna-se positiva nos intervalos anulares com o material de fluxo de entrada (por exemplo, como indicado em 1514 na pista 7 da FIG. 15). Na medida em que o material de fluxo move-se para cima do furo de poço, ETOFL diminuem (ou se torna negativo) e BP aumenta (ou torna-se positiva) em intervalos progressivamente mais elevados no poço de perfuração.

A FIG. 18 representa um exemplo de uma exibição visual ilustrando o fluxo de entrada como uma função do tempo e da profundidade. A profundidade é mostrada no eixo vertical, aumentando na direção descendente. 0 tempo é 25 mostrado no eixo horizontal aumentando para a direita. Os valores de densidade de intervalo são plotados como contornos (por exemplo, utilizando realce com pseudo cor com as cores quentes representando valores de densidade de intervalo mais baixos - mas usando os contornos da escala cinza no exemplo representado, em que um tom mais escuro representa valores de densidade de intervalo mais baixos). As regiões pretas estão abaixo da broca no exemplo representado a seguir e, portanto, não incluem nenhum dado. A tela da esquerda no tempo í, representa um instantâneo de um intervalo de tempo em que a perfuração está progredindo. Uma densidade de intervalo mais leve é mostrada estar aparecendo no intervalo mais inferior, à direita em 1802. As telas subsequentes representam tempos subsequentes t2, t3 e t4 em que o kick de um fluido de densidade relativamente baixa se move para cima do anular com o tempo (o tempo de progressão é indicado em 1804, 1806, e 1808) .

Deve-se entender que o desenvolvimento de um fluxo de entrada (ou kick) pode causar mudanças correspondentes em certos parâmetros divulgados diferentes dos descritos acima em relação às FIGS. 14-17. A Tabela 8 lista as 20 mudanças esperadas causadas por um fluxo de entrada antes de SGxe Qx terem sido calculados (por exemplo, através dos

processos de minimização acima mencionados) e ajustados às densidades de intervalo do anular esperada EA_ISD e EA_ICD. TABELA 8

Parâmetro Mudança com o tempo Mudança com a profundidade Qx Qx > 0 ; Pode mudar com o Qx> o tempo Fx Nenhuma mudança Nenhuma mudança or» Nenhuma mudança Nenhuma mudança aoaras MA_IS D vs. MA_IS D < EA_ISD MA_ISD < EA_ISD EA_ISD Diferença aumenta com o Move-se para tempo se o fluxo de cima do anular entrada continua com o tempo se o fluxo de entrada continua MA_ICD vs. MA_ICD < EA_ICD MA_ICD < EA_ICD EA_ICD Diferença aumenta com o Move-se para tempo se o fluxo de cima do anular entrada continua com o tempo se o fluxo de entrada continua Parte superior ETOFL é negativo nos ETOFL é do fluido intervalos negativo nos equivalente contendo o fluxo de intervalos entrada e contendo o diminuindo com o tempo fluxo de se o fluxo de entrada entrada e o continua efeito de fluxo de entrada se moverá acima do anular com o tempo BP anular de BP é positiva e aumenta BP é positivo superfície com o tempo se o fluxo nos intervalos calculada de entrada continua contendo o fluxo de entrada, e o efeito de fluxo de entrada se moverá para cima do anular com o tempo Pressão de ASM Diminui com o tempo se o Diminui nos fluxo de entrada intervalos continua contendo o fluxo de entrada, e o efeito de fluxo de entrada move-se para cima do anular com o tempo. Temperatura de Depende da temperatura Maior taxa de ASM de fluxo de entrada, mudança na tipo de fluxo de profundidade do entrada, e se não houver fluxo de efeitos de pressão de entrada, Joule-Thomson. Muda com mudanças migram o tempo se a taxa de acima do furo fluxo de entrada muda. com o fluido do fluxo de entrada. Durante as operações de amostragem de fluidos de

formação, o fluido de formação pode ser bombeado (ou liberado) dentro do anular. Por exemplo, o fluido de formação é muitas vezes bombeado para dentro do anular, por 5 um período de tempo antes da amostragem do fluido de formação para assegurar que apenas fluido virgem é amostrado (ou seja, que o fluido amostrado não está contaminado com o fluido de perfuração ou aparas) . Até um barril ou mais de fluido de formação pode ser liberado 10 dentro do anular para cada amostra adquirida. A densidade do fluido anular pode ser monitorada durante a amostragem, usando as técnicas de densidade de intervalo descritas aqui. Além disso, depois que as amostras são adquiridas, o fluido de formação pode ser circulado para a superfície e liberado por meio de um estrangulamento anular. As densidades de intervalo pode também ser utilizadas para monitorar o movimento ascendente do fluido de formação 5 através do anular, desse modo, poupando o tempo de sonda considerável.

Quando um evento de fluxo de entrada (por exemplo, um kick) é encontrado, um operador de perfuração pode decidir circular através de um estrangulamento anular 10 enquanto a lama pesada é bombeada dentro do poço. As densidades de intervalo divulgadas podem continuar a ser medidas e calculadas e utilizadas para determinar quando a densidade do furo inferior e a pressão é suficiente para interromper o fluxo de entrada. Por exemplo, uma pressão de 15 furo inferior medida pode ser usada para conduzir um estrangulamento para manter a pressão dentro de uma faixa desejada durante o bombeamento de lama pesada.

Fluxo de Saída do Anular do Poço de Perfuração

Os fluidos anulares podem fluir para dentro da 20 formação, uma vez que a mesma é perfurada quando a formação tem uma pressão de poro menor do que a pressão do fluido de perfuração nessa profundidade. Tal fluxo de saída pode acontecer na broca ou mais acima do poço de perfuração, se a pressão do fluido de perfuração é deixada aumentar acima 25 da pressão de formação. Em algumas operações, um fluxo de saída reduz a carga de pressão hidrostática, assim, fazendo com que a taxa de fluxo de saída diminua até que o furo de poço se estabilize. Tais eventos de fluxo de saída podem ser considerados como autoatenuantes. No entanto, em outras operações, a carga de pressão hidrostática reduzida causada pelo fluxo de saída pode desencadear um fluxo de entrada (ou kick) em outra formação (por exemplo, em um outro local no poço de perfuração). Como descrito acima, os eventos de fluxo de entrada podem levar a condições de poço altamente perigosas e incontroláveis. A atenuação oportuna requer o reconhecimento precoce do problema, e em consonância com os fins desta seção, o reconhecimento a tempo do evento de fluxo de saída. As medições de temperatura e pressão de ASM e as densidades de intervalo divulgadas podem ser utilizadas para identificar eventos de saída de fluxo logo depois de eles começarem.

As FIGS. 14, 19, e 20 representam um exemplo hipotético de uma operação de perfuração de poços, incluindo um evento de fluxo de saída do fluido de perfuração. A pista 2 da FIG. 14 representa a broca de 20 perfuração que penetra uma nova formação 1402, tal como descrito acima em relação às FIGS. 14-17. Nas FIGS. 19 e 20, o fluxo de saída do fluido de perfuração na formação é descrito em 1902 na pista 2. As FIGS. 14, 19, e 20 exibem as mesmas pistas, tal como descrito anteriormente nas FIGS. 25 6-8. Neste exemplo, a FIG. 14 representa a operação de perfuração hipotética no tempo Z1=O (após a penetração na formação 1402, mas antes do evento de fluxo de saída de fluido mostrado nas FIGS. 19 e 20). Deve-se entender que as modalidades descritas não são limitadas pela descrição do fluido que sai da parte inferior do poço. O fluxo de saída pode ocorrer substancialmente em qualquer lugar ao longo do comprimento do poço de perfuração, como é conhecido dos versados na técnica. Na pista 3 da FIG. 14, as densidades de intervalo medidas e esperadas são substancialmente iguais entre si ao longo do comprimento do furo de poço (ou seja, = MA_ISD EA_ISD e MA_ICD = EA_ICD) que indica que os efeitos de volume de aparas, densidade de aparas, transporte de aparas e volume fracionado, e o atrito anular foram adequadamente modelados. Além disso, como mostrado em 1404, Qx é aproximadamente igual a zero, indicando que não há fluxo de entrada ou de saída.

Gom referência continuada à FIG. 14, a parte superior de circulação e estática dos níveis de fluido ETOFL são mostradas na pista 6. Estes valores podem ser calculados a partir das densidades de intervalo estáticas 20 medidas MA_ISD (por exemplo, de acordo com a Equação 20) . Como representado, ETOFL a partir da superfície para o primeiro sensor de pressão é zero. Os valores ETOFL tendem a variar dentro do poço, no entanto, a soma ou média líquida é aproximadamente zero. A contrapressão BP anular 25 de superfície calculada se anticorrelaciona com ETOFL (como mostrado na pista 7) e novamente contabilizam aproximadamente zero nas condições de Z1=O.

A FIG. 19 representa a operação de perfuração hipotética mostrada no tempo t2=t^+àt. 0 evento de fluxo de saída foi iniciado como descrito em 1902 da pista 2 fazendo 5 com que Qx seja menor que zero, conforme representado em 1908. O parâmetro pode ser obtido tal como descrito acima em relação à FIG. 15. No exemplo representado, o nível do fluido de perfuração no anular caiu abaixo da superfície devido à saída como mostrado em 1904 na pista 2 (por 10 exemplo, durante as condições estáticas de furo de poço). As pressões estáticas e de circulação medidas são menores do que os valores pré-fluxo de saída como descrito em 1912 e 1914 na pista 8. As densidades de intervalo MA_ICD e MA_ISD diminuíram no intervalo contendo o nível de líquido 15 e quaisquer intervalos acima de um como mostrado em 1906 e 1907 da pista 3. Estes valores podem (ou não) cair para abaixo de EAF_ISD dependendo dos efeitos do nível de líquido, carregamento de aparas e atritos anulares. As derivadas das densidades de intervalo de circulação e 20 estáticas são negativas dentro e acima do intervalo contendo o nível de líquido e zero nos intervalos abaixo do intervalo contendo o nível de líquido conforme mostrado em 1916 e 1918 da pista 5.

Com referência continuada à FIG. 19, os valores de ETOFL aumentaram em todos os intervalos contendo uma coluna cheia de fluido de perfuração conforme mostrado em 1922 de tal modo que a soma ou a média tornou-se positiva. A FIG.

19 representa um cenário em que o nível de fluido está acima do sensor de pressão de ASM 630D mais superior. Neste 5 exemplo, o intervalo entre a superfície e a pressão mais superior tem um ETOFL de valor zero por definição. 0 intervalo imediatamente abaixo do intervalo contendo o nível de líquido pode ser levado a ter valores de BP e um ETOFL de alta qualidade. A BP anular de superfície média 10 calculada é negativa. 0 valor médio representa a quantidade inicial de redução das BP reais para o equipamento de superfície MPD. A medida que a pressão arterial é reduzida, o gás ou nitrogênio pode sair da solução, reduzindo assim a densidade do fluido anular em uma condição de realimentação 15 positiva. Se nenhuma BP está sendo aplicada, a pressão do furo de fundo (BHP) do sensor mais inferior extrapolada para a profundidade total representa a pressão dos poros de formação e a BHP máxima para a perfuração a frente.

A FIG. 20 é semelhante à FIG. 19, mas representa um 20 cenário em que o nível do fluido de perfuração caiu para abaixo da primeira ASM (note que o nível de fluido 1904 está abaixo do sensor ASM mais superior 2002) . Neste cenário, o intervalo incluindo o nível de fluido tem agora um ETOFL e BP diferente de zero, como mostrado em 2004 e 25 2006 nas pistas 6 e 7. Além disso, a densidade de intervalos MA_ISD e MA_ICD estão perto de zero no intervalo mais superior como mostrado em 2008 na pista 3 uma vez que este intervalo não contém nenhum fluido. Os valores de ETOFL e BP podem novamente ser obtidos a partir do primeiro intervalo abaixo do nivel do fluido.

Deve-se entender que, embora o nível do fluido

anular possa cair durante um evento de circulação perdido, o nível do fluido do tubo da broca interno pode ou não coincidir com o nível de fluido anular devido a pressões diferentes acima e abaixo de ambos os níveis de fluido. 10 Esta condição é muitas vezes referida na técnica como "tubo-U". As medidas de pressão interna podem ser utilizadas para determinar o nível do líquido no interior do tubo da broca de um modo análogo ao método descrito acima para o nível do fluido anular. Além disso, em eventos 15 extremos de circulação perdidos, o nível do fluido no anular pode cair durante a circulação enquanto o fluido de perfuração está sendo bombeado para o interior da coluna de perfuração.

Deve-se entender que o desenvolvimento de um fluxo de saída pode causar mudanças correspondentes em determinados parâmetros divulgados diferentes daqueles descritos acima em relação às FIGS. 14, 19, e 20. A Tabela

9 apresenta as mudanças esperadas causadas por um fluxo de saída. Deve-se entender que a minimização pode não ser necessária para calcular as novas densidades de intervalo esperadas EA_ISD e EA_ICD. TABELA 9

Parâmetro Mudança com o tempo Mudança com a profundidade Qx Qx < 0; Pode mudar com o Qx < 0 ; Pode tempo mudar com a profundidade F- Nenhuma mudança Nenhuma mudança O/^ Nenhuma mudança Nenhuma mudança aparas MA_IS D vs. MA_IS D < EA_IS D MA_ISD < EA_ISD EA_IS D Mudanças na diferença Move-se para até que o nível líquido baixo do anular estabiliza. MA ISD com tempo até diminui com o tempo ao que o nível do longo dos intervalos líquido afetados que são estabiliza. intervalos acima e MA ISD cai para incluindo o nível de abaixo ou perto fluido. de EAF_ISD no intervalo tendo nível de líquido. MA ISD e MA ICD em intervalos abaixo do nível do líquido não são afetados. MA_ICD vs. MA_ICD < EA_ICD MA_ICD < EA_ICD EA_ICD Mudanças na diferença Move-se para até que o nível líquido baixo do anular estabiliza. MA ICD com tempo até diminui com o tempo ao que o nível do longo dos intervalos líquido afetados que são estabiliza. intervalos acima e MA ICD cai para incluindo o nível de abaixo ou perto fluido. de EAF_ISD no intervalo tendo nível de líquido. MA_ICD se aproxima MA_ISD no intervalo contendo o nível de fluido e MA ISD iguais nos intervalos acima do nível de fluido em que substâncias que não são líquidos estão presentes. Parte superior Tanto ETOFL estático Tanto ETOFL do fluido quanto de circulação estático quanto equivalente aumentam com o tempo em de circulação é cada intervalo abaixo do positivo nos intervalo contendo o intervalos nível de fluido até que inferiores e o nível do fluido incluindo o estabiliza. Média de nível do todos os intervalos é líquido. Move-se positiva. para baixo até que o nível do líquido estabiliza. Intervalo abaixo do nível de fluido tem ETOFL representante. Média de todos os intervalos é positiva. BP anular de Tanto a BP estática Tanto a BP superfície quando de circulação estática quanto calculada diminuem com o tempo em de circulação cada intervalo abaixo do são negativas intervalo contendo o nos intervalos nível de fluido até que abaixo e o nível do fluido incluindo o estabiliza. nível do líquido. Move-se para baixo até que o nível do líquido se estabiliza. Média de todos os intervalos é negativa. Pressão de ASM Diminui em todos os Diminui em todos sensores. Diminui com o os sensores até tempo se fluxo de saída o nível do continua líquido se estabiliza. A quantidade de diminuição será a mesma para todos os sensores abaixo do nível do fluido para fluidos incompressíveis. Temperatura de Aumentos em todos os Pode aumentar em ASM intervalos devido à intervalos falta de circulação. afetados devido Aumenta com o tempo. à falta de circulação. Em resposta a um evento de fluxo de saida um

operador de perfuração muitas vezes fecha o poço, deixa de bombear, e fecha o estrangulamento anular até que as pressões estabilizam. As densidades de intervalo podem ser utilizadas para determinar o nivel do liquido do fluido de perfuração, enquanto as medições de ASM e APWD podem ser usadas para obter a BHP, quando o nível do líquido se estabiliza. Este BHP então se torna a BHP máximo que deve ser aplicado durante as operações de perfuração futuras.

Quando a perfuração é reiniciada, a taxa de fluxo pode ser reduzida e/ou nitrogênio pode ser injetado na corrente de fluxo de entrada para reduzir a densidade do fluido de perfuração suficientemente de modo que a BHP permaneça abaixo do valor máximo. Esta BP média anular calculada, ou

qualquer uma das BP de intervalo calculadas ou as pressões do anular medidas dentro do poço, pode ser usada em um controle de estrangulamento automático. Tal como divulgado aqui, a posição de estrangulamento pode ser controlada em intervalos de tempo por um servidor de eletromecânico para reduzir a BP pela quantidade calculada até que o sistema se estabilize.

A FIG. 21 (incluindo as FIGS. 21A e 21B) representa um exemplo de registo a partir de uma operação de perfuração de poços em que o fluido de perfuração foi perdido durante a operação de perfuração. 0 registo representado é o tempo estampado na pista 1 (Fig. 21A) . A medição de pressão de anular mais inferior foi feita em uma ferramenta Schlumberger arcVISION® implantada na BHA. Esta medição de pressão é marcada como APRS na pista 3. A coluna de perfuração adicional incluía os primeiro e segundo sensores de pressão de anular de ASM marcados como 1231 e 1244 na pista 3. Os valores de densidade com base em uma única medição de sensor estão representados na pista 4. MA_ED_001 corresponde à medição da pressão APRS, MA_ED_003 corresponde à medição da pressão de 1244, e MA_ED_009 corresponde à medição de pressão de 1231. As densidades de intervalo são plotadas na pista 5 (FIG. 21B). MA_IED_003_001 corresponde ao intervalo entre as medições de pressão APRS e 1244, MA_IED_003_009 corresponde ao intervalo entre as medições de pressão de 1244 e 1231, e MA_IED_999_009 corresponde ao intervalo entre a medição de pressão de 1231 e a superfície. Os valores da parte superior equivalente de fluido para cada um dos intervalos acima referidos são representados na pista 6.

No exemplo representado, os sensores dinâmicos dentro do poço detectaram um elevado grau de adesão/deslizamento em uma faixa de profundidade medida a partir de cerca de 5152 a cerca de 517 9 metros. Uma tampão viscosa foi bombeada em 14 de dezembro 16:00, enquanto a 5 contrapressão foi mantida em 350 psi. Observou-se que isto estabiliza o conjunto e a perfuração continuou a uma taxa controlada de penetração de 5199 metros. Em 15 de dezembro 07:20 o torque aplicado aumentou de 8000 para cerca de 12700 libras pés e as perdas de fluidos parciais foram 10 consideradas como ocorrendo com base nas observações de nível das brocas. A pressões em 07:42 foram observadas como diminuindo significativamente em resposta a um evento de circulação perdido e uma perda de carga de pressão hidrostática. No sensor de APRS, a pressão caiu de cerca de 15 7500 a cerca de 6800 psi como indicado em 2102. A densidade de intervalo entre os sensores de pressão APRS e 1244 também caiu de cerca de 8,5 para cerca de 5 ppg como indicado em 2104, enquanto que as outras duas densidades de intervalo permaneceram aproximadamente inalteradas 20 (passando de cerca de 8,5 a cerca de 8 ppg), conforme indicado em 2106. Além do ETOFL do intervalo mais inferior, o primeiro enriqueceu para um valor positivo antes de cair para cerca de -10.000 pés como indicado pela envolvente em 2108. Estes resultados indicam fortemente um evento de 25 circulação perdida no intervalo mais inferior, provavelmente na broca. A perfuração e a circulação foram posteriormente suspensas.

As FIGS. 22A e 22B mostram os gráficos de profundidade esquemática versus pressão ilustrando as mudanças de ETOFL que podem resultar de eventos de circulação perdidos. Na FIG. 22A o evento de circulação perdido ocorre sobre (ou perto) da broca. Antes do evento (no tempo t = 0), a curva de profundidade versus pressão é aproximadamente linear, tal como indicado em 2202. No tempo t = 1, a perda do evento de circulação causa uma queda de pressão no sensor ASMl mais inferior o que pode resultar em um aumento de ETOFL (acima da superfície) no intervalo mais inferior (entre ASMl e ASM2), como indicado pelo aumento da inclinação em 2204. Na medida em que o tempo progride, ETOFL pode diminuir significativamente, conforme indicado em 2206 (e 2108 da FIG. 21).

A FIG. 22B representa um gráfico esquemático de profundidade versus pressão para um evento de circulação perdido que ocorre acima da broca (entre ASM2 e ASM4, neste exemplo). Antes do evento, a curva de profundidade versus 20 pressão é aproximadamente linear, tal como indicado em 2212. Na media em que a circulação é perdida as pressões medidas caem nos sensores ASM3 e ASM4. Isto pode resultar em um aumento de ETOFL (acima da superfície) no intervalo entre os sensores ASM3 e ASM4 como indicado em 2214 e uma 25 diminuição de ETOFL entre os sensores ASM2 e ASM3 como indicado em 2216. Esta assinatura sugere fortemente uma perda de evento circulação acima da broca (por exemplo, nas proximidades de ASM3 na FIG. 22B).

A FIG. 23 (incluindo as FIGS. 23A e 23B) representa um exemplo de registro da operação de perfuração de poço 5 representada na FIG. 21 tomado cerca de um dia mais tarde (manhã do dia 16 de Dezembro). As mesmas pistas e fluxo de dados são representados. Após a perfuração ser interrompida (tal como descrito acima em relação à FIG. 21), a BHA foi puxada para cima do furo a 5093 metros de profundidade 10 medida sem circulação. Foi feita uma tentativa para recuperar a circulação em uma baixa taxa de fluxo, sem sucesso. Depois de puxar a BHA novamente dentro do revestimento por um período de tempo, então disparando novamente para o fundo, o fluido de perfuração foi 15 novamente bombeado para dentro do poço. As densidades de intervalos acima mencionadas e parte superior equivalente de fluido foram monitoradas durante o enchimento. 0 ETOFL pode ser visto como estando aumentando com o preenchimento em 2302. 0 bombeamento foi suspenso as 06:51 e os disparos 20 de nível de fluido foram realizados utilizando um Echometer. 0 Echometer detectou uma profundidade de fluido de 2038 pés que é comparável ao ETOFL médio de 2000 pés mostrado em 2304 na FIG. 2

Ajustes de Estrangulamento de Perfuração com Pressão Controlada

Durante operações de perfuração com pressão controlada (na sigla em inglês para Managed Pressure DrillingfMPO), a contrapressão de anular de superfície (na sigla em inglês para Surface Annular Back PressurerSBP) é mantida de tal forma que a pressão do furo de fundo (na sigla em inglês para Botton Hole PressurefBHP) permanece em uma faixa pequena predefinida, a fim de evitar tanto a perda de circulação quanto retrocessos ou problemas de estabilidade do furo de poço. Por exemplo, na medida em que as bombas de lama são trazidos para baixo, a contrapressão de anular de superfície pode ser aumentada a fim de compensar a perda de atrito anular e é também ajustada (para cima ou para baixo) para levar em conta as possíveis mudanças de fase quando se utiliza fluido de perfuração aerado (ou nitrogenado) . 0 controle de realimentação automático é desejável a fim de realizar o ajuste mais rápido e preciso. Além disso, o controle automático pode ser ainda mais desejável, no caso de mudanças de condições de perfuração (por exemplo, um kick ou mudança na densidade das aparas). Os cálculos de contrapressão aqui descritos podem fornecer uma realimentação automatizada.

A FIG. 24 (incluindo FIGS. 24A e 24B) representa um exemplo de registro da mesma operação de perfuração de poço como o foi descrito na FIG. 21. As pistas 1 a 7 são idênticas às FIGS. 21 e 23. A pista 8 é adicionada e inclui 25 um contrapressão BP de intervalo calculada através da Equação 21. MA_BP_003_001 corresponde à BP calculada para o intervalo entre as medições de pressão APRS e 1244, enquanto MA_IED_003_009 corresponde à BP calculada para o intervalo entre as medições de pressão 1244 e 1231. OPT_LINE_l plota a SBP real.

Na FIG. 24, dados de perfilagem são mostrados que

correspondem a um intervalo de tempo antes de fazer uma conexão (13 dezembro 23:10-23:30), em que as bombas foram fechadas, mas o tubo de perfuração com cabo permaneceu conectado. A contrapressão de anular estava sendo aplicada, 10 no entanto não houve injeção de nitrogênio. A contrapressão média durante a perfuração anterior (por exemplo, as 22:20) foi de cerca de 350 psi. Ao fechar as bombas baixo as 23:10, a contrapressão foi aumentada em 275 psi a 625 psi para compensar a perda de atrito anular. As medições de 15 pressão dentro do poço nos sensores APRS, 1231, 1244 são vistas aumentando de cerca de 100-150 psi acima do valor de perfuração em 2402, 2403, 2404 e na pista 3 (FIG. 24A) . A medição da pressão APRS é reproduzida na pista 7 em 24 06 usando a mesma resolução que o SBP (FIG. 24B).

Nesta operação, o objetivo foi o de minimizar o

excesso de pressão e reduzir a pressão para o valor de perfuração. O excesso foi reduzido, diminuindo a contrapressão ao longo dos 10 minutos seguintes (23:10- 23:20), como indicado em 2408. Nesta operação, uma 25 contrapressão de cerca de 525-550 psi parece ideal para compensar a perda das perdas por atrito anular. Portanto, as perdas de pressão de anular devido ao atrito foram de cerca de 175 psi, em vez de 275 psi inicialmente assumida. Tal calibração da contrapressão pode melhorar a estabilidade e eliminar os problemas de fluxo de entrada nas conexões.

A pista 8 exibe a BP calculada. Essas pressões de retorno calculadas indicam a eficiência com que a SBP está sendo transmitida para o fluido de perfuração no anular em qualquer intervalo particular. A BP calculada pode ser 10 comparada diretamente em um circuito de controle para obter uma SBP desejável, por exemplo, através de ajuste da SBP de tal modo que SBP e BP calculada são aproximadamente iguais. Uma vez que a BHP constante é desejável, os dados de MA_BP_003_001 podem ser utilizados diretamente no circuito 15 de controle. Na FIG. 24 há vários intervalos em que os efeitos de limpeza são observados, por exemplo, entre 23:22 e 23:27. Em tais casos, a BP calculada é maior do que a SBP real implicando que a SBP deve ser aumentada, o que, por sua vez diminui a BP calculada. O circuito de controle 20 acima mencionado pode ser configurado, por exemplo, para aumentar de forma incrementai SBP até que SBP seja aproximadamente igual à BP calculada. Tal ciclo tende a ser inerentemente estável uma vez que estas quantidades geralmente se movem em direções opostas (por exemplo, o 25 aumento de SBP diminui BP e a diminuição de SBP aumenta BP). Quando os efeitos de pico ocorrem (por exemplo, 22:50- 22:55), a BP calculada é menor do que a SBP real. A SBP deve, portanto, ser reduzida.

A metodologia acima descrita para controlar a contrapressão durante as operações de perfuração com 5 pressão controlada pode ser vantajosamente altamente estável já que a contrapressão calculada (a partir da Equação 21) é sensível à eficiência de transmissão da SBP aplicada ao fluido anular.

Ao manter uma BHP desejada durante as operações de MPD, a taxa de fluxo de entrada pode ser ajustada, o peso da lama pode ser ajustado, o volume de nitrogênio injetado variado, ou a BP pode ser ajustada. Em muitos casos, dois ou mais destes parâmetros podem ser ajustados de modo substancialmente simultaneamente. Além disso, a BP anular média calculada ou qualquer uma das BP calculadas de intervalo ou a pressão de anular medida dentro do poço pode ser utilizada em uma metodologia de controle de estrangulamento automática. A posição de estrangulamento pode ser controlada, por exemplo, em etapas incrementais por um dispositivo eletromecânico até que o sistema se estabilize e BP e SBP sejam substancialmente iguais como descrito acima.

A Tabela 10 lista a direção da mudança para o cálculo de BP teórica através dos intervalos de profundidade, enquanto certos outros eventos de perfuração ocorrem (diferentes da compensação das perdas por atrito anular como descrito acima). Estes eventos estão listados na coluna I. A coluna 2 apresenta a alteração desejada na BP de superfície durante as operações de MPD, a fim de neutralizar o evento dentro do poço e para manter uma BHP 5 substancialmente constante (ou manter a BHP dentro de uma janela de peso de lama segurança).

TABELA 10

BP Teórica ou Calculada Evento Ajuste de BP Evento ao longo Evento de superfície de BP abaixo de BP desejado Aparas de Aumento de BP BP de NA perfuração de superfície circulação e mais leves estática vai aumentar no par de sensores mais inferior Aparas de Diminuição de BP de NA Perfuração BP de circulação e mais pesadas superfície estática vai diminuir no par de sensores mais inferior Lavagem Aumento de BP BP de Nenhuma de superfície circulação vai mudança aumentar ao longo da lavagem. BP estática Constante Obstrução Diminuição de BP de BP de BP de circulação vai circulação superfície diminuir ao aumentará longo da ligeiramente obstrução. BP abaixo da estática obstrução constante Kick Aumento de BP BP de BP de de superfície circulação e circulação e estática vai estática aumentar ao diminuirá longo do ligeiramente intervalo de abaixo do kick intervalo de kick se aplicável Perda de Diminuição de BP de BP de Circulação BP de circulação e circulação e superfície estática vai estática diminuir diminuirá em ligeiramente ao todos os longo do nível intervalos de fluido abaixo do nível de fluido Mudanças da Diminuição de Se a densidade NA propriedade BP de de intervalo ou reologia superfície já aumenta, BP de da lama que BHP estará circulação e resultando diminuindo estática vai em diminuir. aumentos de densidade de intervalo Mudanças da Aumento de BP Se a densidade NA propriedade de superfície de intervalo ou reologia já que BHP diminui, a BP da lama estará de circulação e resultando diminuindo estática vai em aumentar. diminuições de densidade de intervalo Monitoramento In-situ da Qualidade de Fluido de Perfuração

Conforme descrito acima, as pressões e temperaturas de ASM internas podem ser usadas para medir a densidade da 5 lama de entrada e perfis de temperatura. As medições internas de ASM podem ser ainda utilizadas para calcular os parâmetros de modelagem hidráulica que são, por sua vez, utilizados para prever os efeitos de pressão e temperatura subsequentes sobre o fluido anular que se move para cima do 10 anular. A mudança do peso da lama ou outras propriedades tais como a viscosidade, durante um varrimento viscoso, pode ser benéfica para saber onde a lama viscosa (ou tampão) está no sistema. Quando a lama se torna uniforme no interior do sistema, a perfuração pode ser retomada.

Um tempo de circulação ou tempo acima da parte

inferior pode ser usado para determinar a profundidade a partir da qual as aparas recolhidas na superficie vieram. Muitas vezes o perfurador vai circular a "parte inferior" antes de P.0.0.H (Pull Out Of Hole) . Este é estimado 20 utilizando um diâmetro e volume de poço de perfuração estimados que pode estar em erro. Uma vez que o tempo necessário para limpar o poço de perfuração de todas as aparas não é bem definido, um fator de segurança de 1,5 a 2 é geralmente usado, o que significa que o tempo de 25 circulação é aumentado por estes fatores para assegurar um furo limpo antes de P.0.0.H. As densidades de intervalo e atrito anular tendem a não mudar com o tempo uma vez que a lama é homogênea. As densidades de intervalo que não mudam podem, portanto, ser usadas para determinar quando a densidade da lama é 5 homogênea dentro dos volumes do poço de perfuração. Quando o anular está livre de aparas, as densidades de intervalo anular tendem a refletir a densidade da lama de entrada corrigida para os efeitos de pressão e de temperatura. A circulação pode, então, ser interrompida a fim de realizar 10 P.O.O.H. Uma ou ambas as Equações 22 e 23 podem ser utilizadas para determinar quando o sistema de lama é homogêneo e outras operações de perfuração foram retomadas.

Análise de Produção

A obtenção de produção em poços, especialmente poços laterais, é muitas vezes complicada por questões de transporte. Em um poço lateral, a implantação de ferramentas dentro do poço através de descida por gravidade padrão não pode ser possivel. Para superar esta dificuldade, as ferramentas podem ser empurradas ou puxadas para dentro do poço, através de perfilagem assistida por tubos de perfuração, transporte de tubos, com tratores, propelido com um copo de pistoneio, ou alguns outros meios. A acumulação de detritos durante o transporte de várias ferramentas de produção para dentro do poço pode ser particularmente problemática em poços horizontais ou quase horizontais. Além disso, o tempo de sonda excessivo é muitas vezes necessário para a transmissão de ferramentas com cabos convencionais (na sigla em inglês para Conventional Wireline, WL) em poços horizontais tal que as ferramentas WL vezes não são usadas.

As ferramentas de análise de produção transportadas

com cabo muitas vezes incluem inúmeros sensores de medição implantados em várias profundidades no poço. Tais sensores de medição podem, alternativamente, ser implantados usando transporte de tubo de perfuração com fio. 0 uso de WDP 10 permite que sensores substancialmente idênticos sejam implantados na mesma configuração e em múltiplas profundidades no furo de poço. A implantação do sensor pode ser realizada através de disparo de WDP no poço de perfuração. A pressão de superfície pode ser ajustada de 15 tal modo que os fluidos de formação fluem para dentro do furo de poço e para cima no interior da peça da broca, onde podem ser ventilados através de uma superfície de estrangulamento ou encaminhados para as instalações de produção. As medições de temperatura e pressão ao longo da 20 coluna, bem como as densidades de intervalo calculadas e os gradientes de temperatura podem então ser utilizados para avaliar o tipo e a taxa de fluxo de fluido a partir dos vários intervalos. Além disso, através do controle da pressão acima do furo, o efeito da variabilidade da pressão 25 sobre as propriedades do fluido dentro do poço pode ser avaliado - tal como mudanças de fase, mudanças de taxa de fluxo, mudanças de retenção de líqyidos, e similares.

Controle de Transporte de Aparas

0 transporte adequado de aparas a partir da broca de perfuração para a superfície é necessário a fim de evitar vários problemas de perfuração, tais como atrito causado pela acumulação de aparas, a geração de uma obstrução em torno da BHA ou outros locais na coluna de perfuração, e tubo de perfuração preso. 0 atrito aumentado, devido ao aumento do volume de aparas ou queda de barita no fluido de perfuração pode retardar a remoção das aparas e resultar em um ou mais dos problemas acima. Os problemas de transporte de aparas, se não forem devidamente identificados e atenuados, podem rapidamente ficar fora de controle, por exemplo, de atrito aumentado, para uma obstrução, um tubo de perfuração preso.

Em poços de ângulo elevado, por exemplo, incluindo poços horizontais e quase horizontais, existe uma maior tendência para as aparas caírem da suspensão. Isto pode ocorrer por pelo menos duas razões, incluindo o perfil de 20 fluxo anular não uniforme com estagnação crescente no sentido da parte inferior do poço de perfuração e a ação da gravidade, em uma direção perpendicular à velocidade do fluxo. Tendo apenas uma curta distância para cair no perfil de fluxo de estagnação na parte inferior do poço de 25 perfuração, os problemas acima mencionados de transporte de aparas podem, portanto, se manifestar rapidamente em poços de ângulo elevado.

Vários fatores como a taxa de rotação da coluna de perfuração, taxa de fluxo fluido de perfuração, e BHA periódica e movimentos axiais de tubo de perfuração ajudam a manter o leito de aparas agitadas e em suspensão. No entanto, no momento desta divulgação não há nenhuma medição de dentro de poço definitiva conhecida disponível para medir o grau de sucesso destas práticas em intervalos específicos de profundidade. 0 pessoal de perfuração geralmente espera determinar se as aparas alvos aparecem ou não aproximadamente nos agitadores de xisto (por exemplo, 20-90 minutos após a penetração da formação particular). A prática atual também pode fazer uso de medições de BHA de sensor único do qual o pessoal de perfuração procura por aumentos na densidade anular global, com tempo para detectar a acumulação de aparas. No entanto, tal acumulação pode, igualmente, ser devido à perfuração de rocha mais densa com uma taxa elevada de penetração ou obstruções localizadas acima da BHA. Considera-se geralmente que uma diminuição na densidade anular com o tempo corresponde a uma melhor limpeza do furo e do transporte de aparas. Na realidade, as aparas que caem da solução podem dar a mesma assinatura. Em contraste, as medições de temperatura e pressão de ASM, densidades de intervalo calculadas, e as suas derivadas podem ser utilizadas para distinguir as aparas que caem de outros efeitos e localizar os intervalos de profundidade afetados.

As FIGS. 25 e 26 representam um exemplo hipotético de uma operação de perfuração de poço em que as aparas do poço de perfuração que caem da suspensão em um poço de 5 perfuração desviado. A pista 2 da FIG. 25 inclui um alargamento em 2502, como descrito acima em relação às FIGS. 9 e 10. As FIGS. 25 e 26 exibem as mesmas pistas, tal como descrito anteriormente nas FIGS. 6-8. Neste exemplo, a FIG. 25 representa a operação de perfuração hipotética no 10 tempo Z1=O (após a formação da lavagem, mas antes das aparas caírem da suspensão). Deve-se entender que as modalidades descritas não são limitadas pela representação de uma lavagem. Na pista 3 da FIG. 25, as densidades de intervalo medidas e esperadas são substancialmente iguais 15 entre si ao longo do comprimento do poço (ou seja, = MA_ISD EA_ISD e MA_ICD = EA_ICD) o que indica que os efeitos do volume de aparas, densidade de aparas, transporte de aparas e volume fracionado, e atrito anular foram adequadamente modelados.

A FIG. 26 representa a operação de perfuração

hipotética no tempo t2=tl+kt em que as aparas estão caindo da suspensão. As aparas caídas são representadas esquematicamente na pista 2 (em 2602) na FIG. 26. Na media em que as aparas movem-se acima do furo a partir da broca, a densidade de aparas permanece aproximadamente constante e pode ser controlada como uma função do tempo e da profundidade (por exemplo, depois de SGaparas estabilizar).

Quando as aparas caem da suspensão, SGaparas pode reduzir de

forma significativa (por exemplo, por cerca de 10 a cerca de 50 por cento).

Uma rotina automática pode ser utilizada para identificar e quantificar a gravidade de um problema de transporte de aparas (por exemplo, queda de aparas a partir do volume anular) como uma função do tempo e da profundidade antes de executar a rotina de minimização acima mencionada. Quando as aparas caem da suspensão, MA_ISD diminui abaixo de EA_ISD e se aproxima (ou é substancialmente igual a) EAF_ISD (como pode ser visto comparando as FIGS. 25 e 26 em 2504 e 2604). MA_ICD também diminui para abaixo de EA_ICD como descrito em 2606 da FIG. 26. A parte superior do fluido equivalente ETOFL também pode diminuir enquanto que a contrapressão BP anular aumenta conforme descrito em 2608 e 2610.

Embora as mudanças de densidade de intervalo tendam a mimetizar as de uma assinatura de kick e/ou uma assinatura de perda de circulação, os problemas de transporte com aparas podem ser facilmente identificados notando que Qx= 0 nas FIGS. 25 e 26. Isto distingue o transporte de aparas dos eventos de fluxo de entrada ou de saida. Nota-se também que a rotina mantém SGaparas constante, conforme representado em 2612. No caso em que SGaparas é calculado erradamente em vez de ser mantido constante pelo programa, o valor de SGaparas pode cair para um valor aproximadamente igual à densidade da lama que durante um 5 kick (especialmente um kick de gás) , SGaparas cai para um

valor abaixo da densidade da lama.

Deve-se entender que os problemas de transporte de aparas, especialmente em poços inclinados, podem causar mudanças correspondentes em alguns dos parâmetros 10 divulgados diferentes dos descritos acima em relação às FIGS. 25 e 26. A Tabela 11 lista certas mudanças causadas por aparas que caem da suspensão no anular. Essas mudanças são observadas antes de uma rotina de minimização ter calculado novos valores de densidade de intervalo e 15 ajustadas para as quantidades de anular esperadas (EA) em conformidade.

TABELA 11

Parâmetro Mudança com o tempo Mudança com a profundidade Qx P P Il Il o o Fx Pode mudar Pode mudar ςγ'-ϊ NA NA aparas MA_IS D vs. MA ISD é igual a As assinaturas da EA_ISD EA ISD até que a DSI tendem a ser queda das aparas afetadas em ocorra no momento em intervalos que MA ISD cai para particulares onde abaixo de EA ISD e se a queda das aproxima da densidade aparas é mais da lama. Diferenças provável, por aumentam com tempo exemplo, a 40-65 até perfurador tomar graus de medidas corretivas. inclinação. Os Ao contrário de uma intervalos de lavagem onde MA ISD profundidade que permanece constante e criam a queda MA ICD é afetada. tendem a não mudar com o tempo. MA ISD < MA_ISDmf. MA_ICD vs. MA_ICD e EA_ICD Mesmas EA_ICD tendem a mimetizar as assinaturas que assinaturas de DSI, as curvas de ISD. embora o efeito possa ser maior ou menor, dependendo do volume de queda e do efeito líquido sobre o atrito anularar. Parte superior ETOFL diminui com o ETOFL diminui ao do fluido ritmo durante os longo dos equivalente intervalos afetados intervalos em que na medida em que as as aparas estão aparas caem. caindo. Ligeiro aumento abaixo dos intervalos afetados. BP de Anular de BP aumenta com o BP aumenta com o Superfície tempo na medida em tempo na medida Calculada que as aparas caem. em que as aparas caem. Ligeira diminuição abaixo dos intervalos afetados. Pressão de ASM Diminui ligeiramente Diminui ligeiramente Temperatura de Nenhuma mudança Nenhuma mudança ASM esperada esperada Um perfurador pode decidir responder aos problemas

de transporte de aparas, tais como aparas que caem para fora da suspensão no anular, utilizando uma série de técnicas de atenuação. Por exemplo, um operador de perfuração pode decidir (i) aumentar a taxa de rotação da coluna de perfuração para promover a mistura turbulenta do fluido anular, (ii) aumentar a taxa de fluxo do fluido de perfuração, (iii) reduzir a taxa de penetração (por exemplo, via redução do peso sobre a broca), ou ainda (iv) substituir a broca de perfuração com uma broca menos 5 agressiva ou uma broca que tem uma configuração do bico diferente. Outros componentes de BHA também podem ser substituídos, de modo a mudar a queda de pressão entre a superfície e a broca de perfuração. As modalidades descritas não estão limitadas por qualquer um destes 10 aspectos.

Gradientes de Temperatura Interna e Externa

As medições de temperatura interna e anular feitas como uma função da profundidade e do tempo podem ser utilizadas para calcular os vários gradientes de temperatura no poço de perfuração. Por exemplo, gradientes de temperatura interna e externa (anular) podem ser determinados ao longo do comprimento da coluna de perfuração (como uma função de profundidade medida). Além disso, os gradientes radiais através da coluna de perfuração entre as medições de temperatura interna e externa podem ser determinadas. Estes gradientes de temperatura podem ser utilizados para avaliar várias condições relacionadas com a coluna de perfuração e a ferramenta, bem como várias condições relacionadas com a formação.

Em uma modalidade, os gradientes de temperatura podem ser calculados como uma função do tempo e da profundidade ao longo da coluna de perfuração para prever quando a temperatura do poço de perfuração na BHA pode exceder as temperaturas nominais de ferramentas. Estas 5 medições podem ser feitas em ambas as condições estáticas e de circulação. Em uma formação de temperatura elevada, a temperatura do poço de perfuração pode aumentar com o tempo e profundidade durante as condições estáticas. Portanto, os gradientes de temperatura medidos podem permitir a 10 determinação de um tempo no qual as temperaturas nominais da ferramenta são excedidas. Por exemplo, as operações de amostragem de fluidos de formação de LWD são geralmente realizadas em condições estáticas. Os gradientes de temperatura acima mencionados podem permitir que uma 15 atualização por estação máxima seja determinada durante a qual a operação de amostragem terá que ser completada. A circulação pode então ser retomada de modo a resfriar a BHA.

Em outra modalidade as medições internas e externas 20 podem ser usadas para modelar um coeficiente de transferência de calor radial da coluna de perfuração ou ferramenta dentro do poço. Tal modelação pode ainda incluir uma terceira medição de temperatura a ser feita entre os fluidos internos e externos (por exemplo, em uma placa de 25 circuito interno) . 0 uso de três medições de temperatura pode permitir que efeitos não lineares de transferência de calor sejam avaliados. Tais medições podem ser feitas durante condições de circulação e/ou estáticas. Estas medições de temperatura podem ser incluídas em um modelo para prever as temperaturas da coluna de perfuração para 5 numerosas condições de perfuração. Por exemplo, os gradientes de temperatura podem ser avaliados em várias taxas de rotação de coluna de perfuração (por exemplo, 50 rpm, 100 rpm e 200 rpm) e em várias taxas de fluxo de fluidos de perfuração (por exemplo, 300 gpm, 500 gpm e 800 10 gpm) . Isto pode permitir que os efeitos de vários parâmetros incluindo a taxa de rotação da coluna de perfuração e a taxa de fluxo do fluido de perfuração, na atenuação de situações de perfuração com elevada temperatura.

0 desenvolvimento de um modelo de transferência de

calor, por exemplo, tal como descrito no parágrafo precedente pode ainda permitir que as temperaturas medidas sejam utilizadas para o cálculo de uma temperatura de formação de estática. A obtenção da temperatura de formação 20 de estática pode ser altamente valiosa na medida em que está relacionada com vários parâmetros de interesse, incluindo a capacidade de transferência de calor da formação que é, por sua vez, relacionada com o conteúdo do fluido e da litologia da formação, que está ainda mais 25 relacionado com a porosidade, saturação de hidrocarbonetos, e pressão de poros. A determinação da temperatura de formação estática pode ainda permitir que temperaturas estáticas e de circulação de poço de perfuração sejam previstas muito antes de completar o poço. Mudanças de fase podem também ser identificadas. Além disso, o conhecimento 5 da temperatura de formação estática pode permitir que os planos de plataforma sejam refinados durante o percurso dentro de poços quentes.

Embora numerosos métodos para calcular e utilizar densidades de intervalo de furo de poço e certas vantagens 10 dos mesmos tenham sido descritos em detalhes, deve ser entendido que várias mudanças, substituições e alternâncias podem ser feitas neste documento sem se afastar do espirito e do escopo da divulgação, tal como definido pelas reivindicações em anexo.

Claims

1. MÉTODO PARA A ESTIMATIVA DE UMA DENSIDADE DE INTERVALO EM UM FURO DE POÇO SUBTERRÂNEO, O método caracterizado por compreender: (a) implantar uma coluna de ferramenta no furo do poço, a coluna de ferramenta incluindo pelo menos primeiro e segundo sensores de pressão subsuperficiais espaçados longitudinalmente implantados nas correspondentes primeira e segunda profundidades medidas no furo de poço; (b) fazer com que os primeiro e segundo sensores de pressão adquiram as primeira e segunda medições de pressão do fluido de perfuração nas primeira e segunda profundidades medidas, e (c) fazer com que um processador processe as primeira e segunda medições de pressão para calcular uma densidade de intervalo entre as primeira e segunda profundidades medidas no furo do poço.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: as primeira e segunda medições de pressão são transmitidas para a superfície e a densidade de intervalo é calculada na superfície.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: (a) a coluna de ferramenta inclui pelo menos primeiro, segundo e terceiro sensores de pressão subsuperficiais espaçados longitudinalmente implantados nas correspondentes primeira, segunda e terceira profundidades medidas; (b) compreende fazer com que os pelo menos primeiro, segundo e terceiro sensores de pressão adquiram pelo menos primeira, segunda, e terceira medições de pressão do fluido de perfuração; e (c) compreende o processamento das pelo menos primeira, segunda e terceira medições de pressão para calcular pelo menos primeira e segunda densidades de intervalo, a primeira densidade de intervalo entre as primeira e segunda profundidades medidas e a segunda densidade de intervalo entre as segunda e terceira profundidades medidas.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: (a) a coluna de ferramenta inclui pelo menos n—3 sensores de pressão espaçados longitudinalmente; (b) compreende fazer com que cada um dos n sensores de pressão adquira uma medição da pressão do fluido de perfuração; e (c) compreende o processamento das n medições de pressão para calcular N densidades de intervalo, em que

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os sensores de pressão compreenderem sensores de pressão de anular.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os sensores de pressão compreenderem sensores de pressão interna.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a coluna de ferramenta compreender tubos de perfuração com fio.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o fluido de perfuração estar sendo circulado no furo de poço em (b).

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a broca de perfuração estar girando no fundo em (b).

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o fluido de perfuração ser substancialmente estático no furo de poço em (b).