BR102012029886B1

BR102012029886B1 - Aparelho utilizável em uma instalação de perfuração marítima

Info

Publication number: BR102012029886B1
Application number: BR102012029886-4A
Authority: BR
Inventors: Farshad Ghasripoor; Christopher Edward Wolfe; Gary Dwayne Mandrusiak; Robert Arnold Judge; Thomas James Batzinger
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2020-09-24
Also published as: AU2012258322B2; CN103132956A; AU2012258322A1; SG190554A1; BR102012029886A8; BR102012029886A2; MY161674A; US9080427B2; EP2599951A2; US20130140034A1; EP2599951A3; CN103132956B

Abstract

aparelho usável em uma instalação de perfuração marítima. trata-se de aparelhos usáveis em uma instalação de perfuração marítima próxima ao leito do mar para controlar o influxo do poço dentro de um furo do poço. um aparelho inclui um conjunto constritor de fluxo e centralizador, um sensor e um controlador. o conjunto constritor de fluxo e centralizador é configurado para centralizar uma coluna de perfuração dentro de um riser de perfuração e regular um fluxo de lama de retorno. o sensor é localizado próximo ao conjunto constritor de fluxo e centralizador e é configurado para adquirir valores de pelo menos um parâmetro relacionado ao fluxo de lama de retorno. o controlador é acoplado ao conjunto constritor de fluxo e centralizador e ao sensor. o controlador é configurado para controlar o conjunto constritor de fluxo e centralizador para alcançar um valor de um parâmetro de controle próximo a um valor predeterminado, com base nos valores adquiridos pelo sensor.

Description

APARELHO UTILIZÁVEL EM UMA INSTALAÇÃO DE PERFURAÇÃO MARÍTIMA

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a aparelhos utilizáveis em uma instalação de perfuração marítima próxima ao leito do mar para controlar o influxo do poço dentro de um furo do poço.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As realizações reveladas no presente documento se referem em geral a métodos e aparelho para controlar o influxo do poço dentro de um furo do poço. Em particular, as realizações reveladas no presente documento se referem a métodos para projetar e montar sistemas de controle de influxo de poço.

[003] Nos últimos anos, com o aumento no preço de combustíveis fósseis, o interesse em desenvolver novos campos de produção aumentou drasticamente. Entretanto, a disponibilidade de campos de produção terrestres é limitada. Assim, a indústria já estendeu a perfuração a localizações em alto mar, que parecem conter uma vasta quantidade de combustível fóssil.

[004] Uma instalação de gás e petróleo marítima tradicional 10, conforme ilustrada na Figura 1, inclui uma plataforma 20 (de qualquer outro tipo de embarcação na superfície da água) conectada por meio de um riser 30 a uma cabeça de poço 40 no leito do mar 50. É observado que os elementos mostrados na Figura 1 não são desenhados em escala e dimensões nenhumas devem ser inferidas a partir das distâncias e tamanhos relativos ilustrados na Figura 1.

[005] Dentro do riser 30, conforme mostrado na vista em seção transversal, há uma coluna de perfuração 32 na extremidade de que uma broca de perfuração (não mostrada) é girada para estender o poço submarino através de camadas abaixo do leito do mar 50. Lama é circulada a partir de um tanque de lama (não mostrado) na plataforma de perfuração 20 através da coluna de perfuração 32 à broca de perfuração, e retornada à plataforma de perfuração 20 através de um espaço anular 34 entre a coluna de perfuração 32 e um revestimento 36 do riser 30. A lama mantém uma pressão hidrostática para contrabalancear a pressão dos fluidos que saem do poço, e resfria a broca de perfuração enquanto também carrega rocha esmagada ou cortada à superfície. Na superfície, a lama que retorna a partir do poço é filtrada para remover a rocha, e recirculada.

[006] A exploração de gás e petróleo marítima exige muitos dispositivos de controle de poço de segurança a ser posto em prática durante atividades de perfuração para prevenir lesões ao pessoal e destruição de equipamento. Durante a exploração de gás e petróleo, as muitas camadas que são perfuradas podem conter gases ou fluidos presos a pressões diferentes. Para balancear essas pressões variáveis, durante o processo de perfuração, a pressão no furo do poço é geralmente ajustada para pelo menos balancear a pressão de formação. Alguns dos métodos que podem ser utilizados para balancear essas pressões incluem, mas não são limitados a, aumentar uma densidade da lama de perfuração no furo do poço ou aumentar a pressão da bomba na superfície do poço.

[007] Durante o processo de perfuração, quando uma camada é encontrada que inclui uma pressão substancialmente maior que aquela do furo do poço, o poço pode ser descrito como ter encontrado um “kick”. Um kick é comumente detectado pela monitoração das alterações no nível da lama de perfuração que retorna a partir do anular no navio sonda assim como pela pressão do poço. Se a rajada não for prontamente controlada, o poço e o equipamento da instalação podem ser danificados. Os conjuntos de preventores (Blowout Preventers - BOPs) são um tipo de dispositivo de controle de poço que é muitas vezes usado para fechar, isolar, e vedar um furo do poço durante um kick ou evento de alta pressão. Os conjuntos de preventores são tipicamente instalados na superfície ou no fundo do mar em disposições de perfuração em água profunda de modo que os kicks possam ser adequadamente controlados e "circulados para fora" do sistema. Os conjuntos de preventores operam em uma maneira similar como de grandes válvulas que são conectadas à cabeça de poço e compreendem membros de fecho configurados para vedar e fechar o poço no intuito de prevenir a libertação de líquidos e gás de alta pressão a partir do poço. Adicionalmente, linhas de kill e choke são usadas para controlar o kick por adicionar lama mais densa. Embora haja muitos tipos de conjuntos de preventores, os mais comuns são conjuntos de preventores anulares e conjuntos de preventores do tipo gaveta. Em uma disposição preferida, os conjuntos de preventores anulares são tipicamente localizados no topo de uma pilha de conjunto de preventores, com um ou dois preventores anulares posicionados acima de uma série de diversos preventores do tipo gaveta.

[008] Referindo novamente à Figura 1, durante a perfuração, gás, petróleo ou outros fluidos do poço em uma pressão alta pode estourar a partir das formações perfuradas para dentro do riser 30 e pode ocorrer em momentos imprevisíveis. No intuito de proteger o poço e/ou o equipamento que pode ser danificado, uma pilha de conjunto de preventores (Blowout Preventer - BOP) 60 é localizada próxima ao leito do mar 50. A pilha de BOP pode incluir uma pilha de BOP inferior 62 fixada à cabeça de poço 40, e um Pacote de Riser Marinho Inferior (Lower Marine Riser Package - LMRP) 64, que é fixado a uma extremidade distal do riser 30. Durante a perfuração, a pilha de BOP inferior 62 e o LMRP 64 são conectados.

[009] Uma pluralidade de conjuntos de preventores (BOPs) 66 localizados na pilha de BOP inferior 62 ou no LMRP 64 está em um estado aberto durante operação normal, mas pode ser fechado (isso é, comutado para um estado fechado) para interromper um fluxo de fluido através do riser 30 quando um “kick” ocorre. Cabos elétricos e/ou linhas hidráulicas 70 transportam sinais de controle a partir da plataforma de perfuração 20 a um controlador 80, que é localizado na pilha de BOP 60. O controlador 80 controla os BOPs 66 para estarem no estado aberto ou no estado fechado, de acordo com os sinais recebidos a partir da plataforma 20 por meio dos cabos elétricos e/ou linhas hidráulicas 70. O controlador 80 também adquire e envia à plataforma 20, informações relacionadas ao estado atual (aberto ou fechado) dos BOPs. O termo “controlador” usado aqui cobre a configuração bem conhecida com duas meias-canas redundantes.

[010] Tradicionalmente, conforme descrito, por exemplo, nas Patentes n° U.S. 7395.878, 7.562.723, e 7.650.950 (o conteúdo inteiro em que são incorporados por referência no presente documento), uma saída de fluxo de lama a partir do poço é medida na superfície da água pelo dispositivo de detecção que inclui um flutuador em um tanque de lama. A entrada de fluxo de lama dentro do poço pode ser ajustada para manter uma pressão no fundo do poço dentro de uma gama alvejada ou em torno de um valor desejado, ou para compensar por perdas de fluido e kicks.

[011] Em um cenário particular, quando um kick for detectado com base na retroalimentação a partir do dispositivo de detecção, a perfuração é parada, as válvulas do conjunto de preventores (interno e externo ao tubo de perfuração) são fechadas e lama de perfuração mais pesada é bombeada para baixo no furo do poço através de linhas de kill, ao passo que uma linha de choke é usada para controlar o fluxo. Quando o kick foi controlado, a lama de perfuração mais pesada substitui a lama mais leve anterior no tubo de perfuração, as linhas de kill e choke são fechadas, os conjuntos de preventores são abertos e a perfuração é retomada. Conforme afirmado, quando um kick for detectado, a perfuração deve ser parada, em parte devido à falta de uma cabeça de poço rotativa. Dispositivos alternativos foram propostos que permite a continuação da perfuração através do uso de uma cabeça de poço rotativa que deve ser configurada como um dispositivo separado, adicional montado como parte da coluna de perfuração abaixo do navio sonda e anterior ao começo da perfuração. As cabeças de poço rotativas não são configuradas como uma parte integral da pilha de BOP e exigem quantidades substanciais de vedações adicionais para parar o fluxo de lama através do anular. Adicionalmente, mancais hidrostáticos e sistemas de lubrificação externa são necessários para permitir uma rotação do tubo de perfuração dentro da cabeça de poço rotativa.

[012] Outro problema com os dispositivos e métodos existentes é o tempo relativamente longo (por exemplo, dezenas de minutos) entre um momento quando um distúrbio do fluxo de lama ocorre no fundo do poço e quando uma alteração do fluxo de lama é medida na superfície. Mesmo se as informações que indicam um distúrbio potencial do fluxo de lama forem recebidas mais rápidas a partir do controlador 80, um tempo relativamente longo passa entre quando um fluxo de lama de entrada é alterado e quando essa alteração tiver um impacto de contrabalanceamento no fundo do poço.

[013] Consequentemente, existe uma necessidade para um sistema de controle de influxo que permita a continuação de atividades de perfuração durante a presença de uma pressão substancialmente maior que aquela do furo do poço. Mais particularmente, existe uma necessidade para um sistema de controle de influxo que elimina a necessidade de parar a perfuração durante a presença de uma condição de blowout potencial e durante a regulação do fluxo de lama para prevenir que um blowout ocorra. Adicionalmente, existe uma necessidade para um sistema de controle de influxo que permita a detecção da presença de uma pressão substancialmente maior em uma maneira que permita uma redução em tempo de resposta que as tecnologias atuais.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[014] De acordo com uma realização, um aparelho utilizável em uma instalação de perfuração marítima próxima ao leito do mar para controlar o influxo do poço dentro de um furo do poço é fornecido. O aparelho que inclui um conjunto constritor de fluxo e centralizador, um sensor, e um controlador. O conjunto constritor de fluxo e centralizador é configurado para centralizar uma coluna de perfuração dentro de um riser de perfuração e regular um fluxo de lama de retorno. O sensor é localizado próximo ao conjunto constritor de fluxo e centralizador e configurado para adquirir valores de pelo menos um parâmetro relacionado ao fluxo de lama de retorno. O controlador é acoplado ao conjunto constritor de fluxo e centralizador e ao sensor. O controlador é configurado para controlar o conjunto constritor de fluxo e centralizador para conseguir um valor de um parâmetro de controle próximo a um valor predeterminado, com base nos valores adquiridos pelo sensor.

[015] De acordo com outra realização, um aparelho utilizável em uma instalação de perfuração marítima próxima ao leito do mar para controlar o influxo do poço dentro de um furo do poço é fornecido. O aparelho que inclui um riser de perfuração, um conjunto constritor de fluxo e centralizador, um sensor e um controlador. Sendo que o riser de perfuração inclui uma cavidade que se estende a partir de um espaço anular através do qual um fluxo de lama de retorno passa. O espaço anular que envolve uma coluna de perfuração através da qual uma lama flui em direção a um topo do poço. Sendo que o conjunto constritor de fluxo e centralizador compreende um componente centralizador configurado para centralizar a coluna de perfuração dentro do riser de perfuração e um componente constritor de fluxo configurado para regular o fluxo de lama de retorno. O sensor é localizado próximo ao leito do mar e configurado para adquirir valores de pelo menos um parâmetro relacionado ao fluxo de lama de retorno. O controlador é acoplado ao conjunto constritor de fluxo e centralizador e ao sensor. O controlador é configurado para controlar o conjunto constritor de fluxo e centralizador para conseguir um valor de um parâmetro de controle próximo a um valor predeterminado, com base nos valores adquiridos pelo sensor.

[016] De acordo com outra realização, um aparelho utilizável em uma instalação de perfuração marítima próxima ao leito do mar para controlar o influxo do poço dentro de um furo do poço é fornecido. Sendo que o aparelho inclui um riser de perfuração, um conjunto constritor de fluxo e centralizador, um sensor e um controlador. Sendo que o riser de perfuração inclui uma cavidade que se estende a partir de um espaço anular através da qual um fluxo de lama de retorno passa. O espaço anular que envolve uma coluna de perfuração através da qual a lama flui na direção de um topo do poço. Sendo que o conjunto constritor de fluxo e centralizador inclui um primeiro componente centralizador, um segundo componente centralizador espaçado e um componente constritor de fluxo. Sendo que o sensor é disposto entre o primeiro e o segundo componentes centralizadores. Sendo que componente constritor de fluxo inclui uma placa de estrangulamento disposta em uma superfície mais alta do segundo componente centralizador e que inclui uma abertura no mesmo para o fluxo de lama de retorno. A placa de estrangulamento é operável para regular o fluxo de lama de retorno. Sendo que o conjunto constritor de fluxo e centralizador inclui adicionalmente um mancal flexível e uma placa de gaveta. Sendo que o mancal flexível inclui uma superfície de mancal configurada para vedar ao redor da coluna de perfuração, permitindo ao mesmo tempo a rotação da coluna de perfuração. Sendo que a placa de gaveta tem uma abertura na mesma para o fluxo de lama de retorno. O sensor é localizado próximo ao leito do mar e configurado para adquirir valores de pelo menos um parâmetro relacionado ao fluxo de lama de retorno. O controlador é acoplado ao conjunto constritor de fluxo e centralizador e ao sensor. O controlador é configurado para controlar o conjunto constritor de fluxo e centralizador para conseguir um valor de um parâmetro de controle próximo a um valor predeterminado, com base nos valores adquiridos pelo sensor.

[017] Outros aspectos e vantagens da invenção serão aparentes mediante a leitura da seguinte descrição detalhada e as reivindicações anexas com referência aos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[018] As vantagens, aspectos e atributos acima e outros da presente invenção irão se tornar melhor entendidos quando a seguinte descrição detalhada for lida com referência aos desenhos anexos em que caracteres semelhantes representam partes semelhantes por todos os desenhos, em que
a Figura 1 é um diagrama esquemático de uma sonda de perfuração de alto mar convencional;
a Figura 2 é um diagrama esquemático de um aparelho para controlar o influxo do poço dentro de um furo do poço, de acordo com uma realização exemplificativa;
a Figura 3 é um diagrama esquemático de uma porção de um conjunto constritor de fluxo e centralizador instalado em torno de uma coluna de perfuração da Figura 2, de acordo com uma realização exemplificativa;
a Figura 4 é um diagrama esquemático que ilustra a alimentações de lubrificação em uma placa de gaveta e um mancal de elemento flexível da Figura 2, de acordo com uma realização exemplificativa;
a Figura 5 é um diagrama esquemático que ilustra uma porção de um mancal de elemento flexível da Figura 2, de acordo com uma realização exemplificativa; e
a Figura 6 é um diagrama esquemático de um aparelho para controlar o influxo do poço dentro de um furo do poço, de acordo com outra realização exemplificativa; e
a Figura 7 é um diagrama esquemático de um aparelho para controlar o influxo do poço dentro de um furo do poço, de acordo com outra realização exemplificativa.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[019] Realizações preferidas da presente invenção são ilustradas nas figuras de numerais semelhantes que são usados para referir a partes correspondentes e semelhantes dos vários desenhos. Também é entendido que termos como "topo", "fundo", "para fora", "para dentro", e semelhantes são palavras de conveniência e não são para serem interpretados como termos limitantes. É para ser notado que os termos "primeiro," "segundo," e semelhantes, conforme usados no presente documento, não denotam qualquer ordem, quantidade, ou importância, mas em vez disso são usados para distinguir um elemento do outro. Os termos "um" e "uma" não denotam uma limitação de quantidade, mas em vez disso denotam a presença de pelo menos um do item referenciado. O modificador "em torno" usado em conexão com uma quantidade é inclusivo do valor afirmado e tem o significado de ditar pelo contexto (por exemplo, inclui o grau de erro associado com medições da quantidade particular).

[020] Em um aspecto, as realizações reveladas no presente documento se referem a conjuntos de pilha submersos. As Figuras 2 a 5 ilustram os diagramas esquemáticos de uma realização exemplificativa de um aparelho 100 utilizável em uma instalação de perfuração marítima e, mais particularmente, em um sistema de controle de influxo de poço do leito do mar 102 para controlar o influxo do poço dentro de um furo do poço. A Figura 3 é uma vista em corte parcial de um conjunto constritor de fluxo e centralizador do aparelho 100. A Figura 4 é um diagrama esquemático que ilustra uma pluralidade de alimentações de lubrificação no aparelho 100 e a Figura 5 é um diagrama esquemático que ilustra uma porção de um mancal de elemento flexível do aparelho 100, todos de acordo com uma realização exemplificativa.

[021] O aparelho 100 inclui um componente centralizador 101 e um componente constritor de fluxo 103 e é configurado para regular e detectar automaticamente um fluxo de lama que retorna em uma alça de lama como um meio para detectar um aumento na pressão e prevenir uma condição de blowout potencial. Conforme ilustrado na Figura 2, o aparelho inclui uma plataforma (não mostrada) ou qualquer outro tipo de embarcação na superfície da água 104 conectada por meio de um riser 106 a uma cabeça de poço 108 no leito do mar 110. É observado que os elementos mostrados nas Figuras não são desenhados em escala e dimensões nenhumas devem ser inferidas a partir das distâncias e tamanhos relativos ilustrados nas Figuras.

[022] Dentro do riser 106, está disposta uma coluna de perfuração 112 na extremidade em que uma broca de perfuração 114 é girada para estender o poço submarino através das camadas 116 abaixo do leito do mar 110. A lama, indicada por setas 118, é circulada em uma alça de lama, a partir de um tanque de lama (não mostrado) na plataforma de perfuração através da coluna de perfuração 112 à broca de perfuração 114, e retornada à plataforma de perfuração através de um espaço anular 120 entre a coluna de perfuração 112 e um revestimento 122 do riser 106. No intuito de proteger o poço e/ou o equipamento que pode ser danificado durante condições de pressão aumentada, o sistema de controle de influxo de poço do leito do mar 102 inclui uma pluralidade de conjuntos constritores de fluxo e centralizadores espaçados 128 posicionados em proximidade da coluna de perfuração 112 e localizados próximos ao leito do mar 110. A pluralidade de conjuntos constritores de fluxo e centralizadores 128 é configurada em uma relação espaçada vertical em torno da coluna de perfuração 112 e em uma maneira para centralizar e segurar a coluna de perfuração 112 dentro do revestimento 122 e fornecer constrição do fluxo de lama através dos mesmos, conforme desejado.

[023] Cada um dos conjuntos constritores de fluxo e centralizadores 128, e mais particularmente o componente centralizador 101, inclui um mancal de elemento flexível 130 formado integralmente com um conjunto de preventores (BOP) 140 no mesmo. Como melhor ilustrado nas Figuras 3 a 5, cada um dos mancais de elemento flexível 130 inclui uma face flexível 132 e uma pluralidade de alimentações de lubrificação de pressão alta, ou orifícios, 134 formada através dos mesmos. Em uma realização, cada um dentre a pluralidade de mancais de elemento flexível 130 é formada de uma pluralidade de segmentos 131, cada um da qual pode incluir inserções de aço, tal como molas de aço, cunhas defletoras, ou conforme ilustrado na Figura 5, um feixe de mola 133. Cada um dentre a pluralidade de mancais de elemento flexível é formada de um material flexível, tal como elastômero, borracha ou semelhantes.

[024] Durante o processo de perfuração, o mancal de elemento flexível 130 é capaz de flexionar para fornecer inserção através de uma conexão da coluna de perfuração 124 do mesmo. A face flexível 132 de cada mancal flexível 130 é configurada para fornecer vedação entre a coluna de perfuração 112 e a face flexível 134 durante as operações de perfuração. A pluralidade de alimentações de lubrificação de pressão alta 134 é configurada em comunicação fluídica com uma pluralidade de alimentações de fluido de pressão alta 136 formada em cada um dos conjuntos de preventores 140, e mais particularmente nas placas de gaveta (descritas no presente documento). Lubrificação pode ser fornecida por bombear a lama de perfuração ou um fluido externo em pressões acima daquela do furo do poço para assegurar vazamento de viés de lama/fluido para dentro do poço, o que veda, assim, qualquer lama 118 de viajar em uma direção para cima e em volta da coluna de perfuração 112 devido ao kick. Em uma realização, as alimentações de lubrificação de pressão alta 134, 136 são configuradas para suprir um fluido de perfuração que age como um lubrificante entre a coluna de perfuração 112 e a face flexível 132 durante a operação de perfuração, assim como entre o mancal de elemento flexível 130 e a conexão da coluna de perfuração 124 durante as operações de perfuração.

[025] Na realização revelada, cada um dentre a pluralidade de mancais de elemento flexível 130 é formada integralmente com um dentre a pluralidade de conjuntos de preventores (BOPs) 140. Cada um dentre a pluralidade de conjuntos de preventores 140 é configurada como conjuntos de preventores de gaveta bipartidos, tal como aqueles comumente conhecidos na técnica e serve adicionalmente para centralizar e segurar a coluna de perfuração 112 centralizada dentro do riser 106. Em uma realização, uma primeira placa de gaveta 142 é posicionada em proximidade ao leito do mar 110 e uma segunda placa de gaveta 144 é posicionada em uma relação espaçada a partir da primeira placa de gaveta 142, e acima da primeira placa de gaveta 142, em relação ao leito do mar 110. Cada uma dentre a primeira e a segunda placas de gaveta 142, 144 inclui uma abertura 146 formada nas mesmas em uma maneira de fornecer o fluxo de lama 118, bombeado inicialmente em uma direção para baixo através da coluna de perfuração 112, para fluir em uma direção para cima, oposta e de volta em direção da superfície da água 104 através do riser 106 por meio das aberturas 146.

[026] Adicionalmente, na realização ilustrada, pelo menos um conjunto restritor de fluxo e centralizador superior 128, e mais particularmente o componente constritor de fluxo 103, inclui uma placa de estrangulamento 148. Em uma realização, a placa de estrangulamento 148 é disposta em uma superfície mais alta 150 da segunda placa de gaveta 144, e tem uma abertura 152 fornecida na mesma. A placa de estrangulamento 148 é operável para fornecer ajuste e/ou constrição no fluxo de lama 118 conforme o mesmo é retornado através do riser 106 na direção da superfície da água 104. Embora somente uma única placa de estrangulamento 152 é ilustrada na Figura 2, é antecipado que em uma realização alternativa, uma segunda placa de estrangulamento redundante (não mostrada) pode ser posicionada em uma superfície mais alta da primeira placa de gaveta 142 e operável no caso de falha da placa de estrangulamento primária 148. A placa de estrangulamento 148 é configurada como uma válvula e capaz de regular o fluxo de lama que retorna 118, pela modificação (aumento ou diminuição) uma superfície de uma abertura anular 152 formada na mesma e em desalinhamento/alinhamento operável com a abertura 146 formada na segunda placa de gaveta 144 para aumentar ou diminuir em tamanho. A placa de estrangulamento 148 está em um estado aberto, com aberturas 152 em alinhamento com as aberturas 146, durante a operação normal, mas pode ser fechada (isso é, comutada para um estado fechado) com as aberturas 152 em desalinhamento, ou pelo menos desalinhamento parcial, com as aberturas 146, para interromper um fluxo de fluido através do riser 106 quando sob um evento de pressão alta, tal como quando um “kick” ocorre.

[027] Estrangular o fluxo que usa placa de estrangulamento é somente um meio para controlar o fluxo. Outros tipos de válvula podem ser projetados/incorporados nas placas de gaveta para permitir o controle do fluxo.

[028] Um sensor 154 é localizado no riser 106, e mais particularmente, em uma superfície exterior 156 do revestimento 122, disposta entre a primeira placa de gaveta 122 e a segunda placa de gaveta 124. O sensor 154 é configurado para adquirir informações relacionadas a um fluxo de lama que retorna a partir do fundo do poço. Uma distância a partir de uma fonte da lama (isso é, um tanque de lama de uma plataforma na superfície da água) ao leito do mar pode ser de milhares de pés. Portanto, pode tomar um intervalo de tempo significante (minutos ou mesmo dezenas de minutos) até que uma alteração de um parâmetro (por exemplo, taxa de fluxo ou pressão) relacionada ao fluxo de lama se torna mensurável na superfície. A colocação do sensor entre a primeira placa de gaveta 122 e a segunda placa de gaveta 124 minimiza erros na leitura de taxa de fluxo que ergue devido à órbita da coluna de perfuração 112 e minimiza o tempo de resposta.

[029] A placa de estrangulamento 148 é atuada por meio de atuadores 149 (hidráulicos ou elétricos) após receber comandos a partir de um controlador 157 que recebeu um sinal a partir do sensor 154. O sensor 154 mede primariamente velocidade de fluxo como um meio de detectar kick. Alteração na velocidade acima de certa porcentagem da velocidade normal é considerada um kick que inicia o processo de controle. Em uma realização, o controlador 156 é configurado para controlar automaticamente a placa de estrangulamento 148 com base nos valores recebidos pelo sensor 154, no intuito de regular o fluxo de lama que retorna no sentido de alcançar um valor de um parâmetro de controle próximo a um valor predeterminado. Controlar automaticamente meios em que nenhum sinal a partir da superfície é esperado ou exigido. Entretanto, esse modo de operação não exclui uma conexão entre a alça de controle e um operador externo que pode capacitar operação manual ocasional ou receber novos parâmetros, tais como, o valor predeterminado.

[030] Em uma realização, o sensor 154 pode incluir um sensor de pressão e o parâmetro de controle pode ser a pressão medida ou outro parâmetro que pode ser calculado com base na pressão medida. O controlador 156 controla a placa de estrangulamento 148 para desalinhar de modo deslizável a abertura 152 em relação à abertura 146 que diminui, desse modo, o fluxo e, assim, a pressão dinâmica se a pressão for maior que um valor estabelecido, tal como quando sob um evento de pressão alta. Do mesmo modo, o controlador 156 controla a placa de estrangulamento 148 para alinhar de modo deslizável a abertura 152 em relação à abertura 146 que aumenta, desse modo, o fluxo e, assim, a pressão dinâmica se a pressão for menor que o valor estabelecido. A pressão controlada pode ser a pressão abaixo da placa de estrangulamento 148 ou perto um fundo do poço.

[031] Em outra realização, o sensor 154 pode também incluir um medidor de fluxo que mede o fluxo de lama através do mesmo, e o parâmetro de controle pode ser o fluxo de lama em si. O controlador 156 controla então a placa de estrangulamento 148 para fechar a abertura 152 se o fluxo de lama for maior que um valor estabelecido, ou para manter a abertura 152 em uma posição aberta se o fluxo de lama for menor que o valor estabelecido. Contudo em outra realização, o controlador 156 pode receber informações sobre ambas a quantidade de fluxo de lama que retorna a partir de um medido de fluxo de lama e pressão a partir de um sensor de pressão.

[032] Adicionalmente, conforme ilustrado na Figura 2, são incluídos os atravessamentos de alimentação (ou linhas) de choke e kill (C/K) 158, 160, respectivamente, que funcionam ao lado de um exterior do riser de perfuração 106, como comumente conhecido na técnica. Os atravessamentos de alimentação de C/K 158, 160 são operacionais para fornecer uma entrada de lama de perfuração mais pesada para baixo do furo do poço através do atravessamento de alimentação de kill 160, ao passo que a atravessamento de alimentação de choke 158 é usada para controlar o fluxo durante eventos de pressão alta e perfuração.

[033] Referindo-se agora à Figura 6, o que é ilustrado é um diagrama esquemático de uma realização exemplificativa de um aparelho 200 utilizável em uma instalação de perfuração marítima e mais particularmente, um sistema de controle de influxo de poço do leito do mar 202. Conforme indicado anteriormente, deve ser entendido que numerais semelhantes são usados para referir às partes correspondentes e semelhantes dos vários desenhos.

[034] Em contraste com a realização revelada anteriormente, o aparelho 200 inclui um único conjunto constritor de fluxo e centralizador 228, e mais particularmente um único componente centralizador 101 e um único componente constritor de fluxo 103. Conforme ilustrado na Figura 6, o aparelho inclui um riser 106 para conectar uma plataforma, ou semelhante (não mostrado), a uma cabeça de poço 108 no leito do mar 110. Dentro do riser 106 está a coluna de perfuração 112 na extremidade da qual está a broca de perfuração 114 para estender o poço submarino através das camadas 116 abaixo do leito do mar 110. A lama, indicada por setas 118, é circulada através da coluna de perfuração 112 à broca de perfuração 114, e retornada à plataforma de perfuração através de um espaço anular 120 entre a coluna de perfuração 112 e um revestimento 122 do riser 106 por meio do único componente constritor de fluxo 103. No intuito de proteger o poço e/ou o equipamento que pode ser danificado durante as condições de pressão aumentada, o sistema de controle de influxo de poço do leito do mar 202 inclui o único conjunto constritor de fluxo e centralizador 228 posicionado em proximidade à coluna de perfuração 112 e localizado próximo ao leito do mar 110. O conjunto constritor de fluxo e centralizador 228 é configurado em torno da coluna de perfuração 112 e em uma maneira para centralizar e segurar a coluna de perfuração 112 dentro do revestimento 122 e fornecer constrição do fluxo através do mesmo.

[035] O conjunto constritor de fluxo e centralizador 228 inclui um mancal de elemento flexível 130 formado integralmente com um conjunto de preventores (BOP) 140 no mesmo, conforme descrito anteriormente com respeito às Figuras 2 a 5. O mancal de elemento flexível 130 inclui uma face flexível 132 e uma pluralidade de alimentações de lubrificação de pressão alta, ou orifícios, 134 formada através do mesmo. O elemento flexível 130 é configurado para flexionar para inserção e lubrificação da conexão da coluna de perfuração 124. O mancal de elemento flexível 130 fornece vedação entre a coluna de perfuração 112 e a face flexível 132 durante a operação de perfuração. A pluralidade de alimentações de lubrificação de pressão alta 134 é configurada em comunicação fluídica com uma pluralidade de alimentações de fluido de pressão alta 136 formada na placa de gaveta (descrita no presente documento).

[036] Similar à realização revelada anteriormente, o conjunto de preventores 140 é configurado como conjunto de preventores de gaveta bipartido e serve para centralizar e segurar a coluna de perfuração 112 centralizada dentro do riser 106. Nessa realização particular, devido à inclusão de um conjunto de passagem como será descrito, a coluna de perfuração 112 é mantida suficientemente em uma posição centralizada com o uso de um único componente centralizador 101. Ilustrada na Figura 6 é uma placa de gaveta 242 posicionada em proximidade do leito do mar 110. Em contraste com a realização descrita anteriormente, a placa de gaveta 242 não inclui uma abertura formada na mesma em uma maneira que fornece o fluxo de lama 118 através da mesma conforme o mesmo é retornado à superfície da água 104. Nessa realização particular, o fluxo de lama 118 é bombeado inicialmente em uma direção para baixo através da coluna de perfuração 112, para fluir em uma direção para cima, oposta e de volta na direção da superfície da água 104 através de um conjunto de passagem 244 e para dentro do riser 106.

[037] Em uma realização, o conjunto de passagem 244 inclui um conduto 246 em comunicação fluídica com o riser 106 em uma entrada de conduto 248 e uma saída de conduto 250. O conduto 246 inclui um conjunto de estrangulamento 252 disposto no mesmo. O conjunto de estrangulamento 252 inclui uma pluralidade de placas de estrangulamento 148, sendo que cada um tem uma abertura 152 fornecida no mesmo. As placas de estrangulamento 148 são operáveis para fornecer ajuste e/ou constrição ao fluxo de lama 118 conforme o mesmo é retornado através do riser 106 na direção da superfície da água 104 por meio do conduto 246, e mais particularmente a partir de um primeiro lado 255 do único componente centralizador 101 a um segundo lado 257 do único componente centralizador 101. Mais especificamente, pelo menos uma das placas de estrangulamento 252 é móvel em relação à placa de estrangulamento adicional 148 para alinhar/desalinhar as aberturas 152 formadas na mesma, respectivamente. O conjunto de estrangulamento 252 está em um estado aberto durante a operação normal, mas pode ser fechado (isso é, comutado para um estado fechado) para interromper um fluxo de fluido através do riser 106 quando sob um evento de pressão alta, tal como quando um “kick” ocorre.

[038] Um sensor 154 é localizado no conduto 246, e mais particularmente, em uma superfície exterior 254 do conduto 246. O sensor 154 é configurado de modo similar a aquele descrito na Figura 2. Posicionamento do sensor no conjunto de passagem 244, e mais particularmente o conduto 246, fornece uma diminuição na sensibilidade do sensor 154 para movimento ou vibração devido à coluna de perfuração 112 que orbita e minimiza tempo de resposta da constrição do estrangulamento.

[039] As placas de estrangulamento 148 são configuradas como uma válvula e capazes de regular o fluxo de lama que retorna 118, por modificar (aumentar ou diminuir) uma superfície das aberturas anulares 152 formadas nas mesmas, e operáveis por alinhamento/desalinhamento das aberturas 152 para aumentar ou diminuir em tamanho. É antecipado que em uma realização alternativa, as placas de estrangulamento 148 podem ser substituídas por qualquer tipo de válvula operacional para contrair o fluxo através das mesmas no conduto 246, tal como uma válvula de porta, ou semelhante. Em uma realização, as placas de estrangulamento 148 são controladas por um controlador 156 conectado ao sensor 154, e operacional conforme descrito anteriormente. Mais particularmente, o controlador 156 controla as placas de estrangulamento 148 para desalinhar de modo deslizável as aberturas 152, o que diminui, desse modo, o fluxo e, assim, a pressão dinâmica se a pressão for maior que um valor estabelecido. O controlador 156 controla as placas de estrangulamento 148 para alinhar de modo deslizável as aberturas 152, o que aumenta, desse modo, o fluxo e, assim, a pressão dinâmica se a pressão for menor que o valor estabelecido. Adicionalmente, conforme ilustrado na Figura 6, são incluídas as linhas de kill e choke 158, 160, respectivamente, que funcionam ao lado de um exterior do riser de perfuração 106, como comumente conhecido na técnica.

[040] Referindo-se agora à Figura 7, foi ilustrada uma realização similar à realização ilustrada na Figura 6, exceto nessa realização particular, foi revelado um aparelho 300 que inclui um único conjunto constritor de fluxo e centralizador 228, e mais particularmente um único componente constritor de fluxo 103 e um único componente centralizador 101, que inclui uma cabeça anular de uma peça 302 e meios para lubrificação. Conforme ilustrado na Figura 7, o aparelho é configurado geralmente similar à realização descrita anteriormente ilustrada na Figura 6 que inclui um riser 106, uma coluna de perfuração 112, uma placa de gaveta 242 e conjunto de passagem 244.

[041] Na realização ilustrada na Figura 7, o componente centralizador 101 inclui o mancal anular de uma peça 302 que tem formado no mesmo uma pluralidade de alimentações de fluido de pressão alta 134 em alinhamento com uma pluralidade de alimentações de pressão alta 136 formada na placa de gaveta 140. Informações adicionais sobre o mancal anular de uma peça 302 podem ser encontradas, por exemplo, na Publicação n° . U.S. 2008/0023917 (o conteúdo inteiro do qual é incorporado por referência no presente documento). A inclusão do mancal anular de uma peça 302 fornece um projeto aperfeiçoado que serve para aperfeiçoar a estabilidade da coluna de perfuração 112 e superfícies do mancal durante a órbita da coluna de perfuração 112.

[042] Embora as realizações descritas acima tenham sido descritas para uma instalação de perfuração marítima, realizações similares podem ser integradas em instalações de perfuração terrestres.

[043] As realizações exemplificativas reveladas fornecem aparelhos para controle de influxo do poço, e mais particularmente fornece a continuação de operação de perfuração quando uma condição de kick no furo do poço potencial for detectada em uma instalação marítima. Adicionalmente, devido à proximidade do sensor, conjunto constritor de fluxo e controlador, o controle é executado prontamente (por exemplo, menos que um décimo de um segundo entre ação de correção e detecção, em oposição aos minutos na aproximação convencional) e pode ser executado frequentemente (por exemplo, algumas vezes a cada segundo).

[044] Pelo menos algumas das realizações resultam em um aumento da segurança. Um tempo de resposta para variação de fluxo de retorno é significativamente reduzido sem exigir equipamento custoso ou desligamento da operação de perfuração. A cabeça de poço rotativa é configurada como uma parte integral da pilha de BOP e exige, desse modo, vedações mínimas para parar o fluxo de lama através do anular. Essas melhorias resultam em melhor controle da pressão do fundo do poço e manter a pressão de circulação equivalente dentro de uma gama mais estreita. Devido ao melhor controle da pressão no fundo do poço, o dano de formação e ocorrências de desligamento são reduzidos e menos situações de tubo de perfuração preso ocorrem.

[045] Deve ser entendido que esta descrição não é destinada a limitar a invenção. Ao contrário, as realizações exemplificativas são destinadas a abranger alternativas, modificações e equivalentes, que são incluídas no espírito e escopo da invenção como definido pelas reivindicações anexas. Adicionalmente, na descrição detalhada das realizações exemplificativas, numerosos detalhes específicos são estabelecidos no intuito de fornecer um entendimento compreensivo da invenção reivindicada. Entretanto, um técnico no assunto entenderia que várias realizações podem ser praticadas sem tais detalhes específicos.

[046] Embora os atributos e elementos das presentes realizações exemplificativas são descritos nas realizações em combinações particulares, cada atributo ou elemento pode ser usado sozinho sem os outros atributos e elementos das realizações ou em várias combinações com ou sem outros atributos e elementos revelados no presente documento.

[047] Esta descrição escrita usa exemplos do assunto revelado para capacitar um técnico no assunto para praticar a mesma, que inclui fazer e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável do assunto é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram a um técnico no assunto. Tais outros exemplos são destinados a estarem dentro do escopo das reivindicações.

[048] Embora a presente invenção tenha sido descrita em relação a um número limitado de realizações, um técnico no assunto, que se beneficiam desta revelação, irão apreciar que outras realizações podem ser concebidas as quais não se desviam a partir do escopo da revelação como descrito no presente documento. Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência às realizações exemplificativas, será entendido por um técnico no assunto que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos da mesma sem desviar a partir do escopo da revelação. Adicionalmente, muitas modificações podem ser feitas para adaptar um material ou situação particular aos ensinamentos da presente invenção sem desviar a partir do escopo essencial da mesma. Portanto, é pretendido que a presente invenção não seja limitada à realização particular revelada como o melhor modo contemplado para por em prática a revelação. É para ser entendido, portanto, que as reivindicações anexas são destinadas a abranger todas as tais modificações e alterações que estejam dentro do verdadeiro espírito da revelação.

Claims

APARELHO (100, 200, 300) UTILIZÁVEL EM UMA INSTALAÇÃO DE PERFURAÇÃO MARÍTIMA, próxima ao leito do mar (110) para controlar o influxo do poço dentro de um furo do poço, caracterizado por compreender:
um conjunto constritor de fluxo e centralizador (128, 228) configurado para centralizar uma coluna de perfuração (112) dentro de um riser de perfuração (106) e regular um fluxo de lama de retorno (118);
um sensor (154) localizado próximo ao conjunto constritor de fluxo e centralizador (128, 228) e configurado para adquirir valores de pelo menos um parâmetro relacionado ao fluxo de lama de retorno (118);
um controlador (157) acoplado ao conjunto constritor de fluxo e centralizador (128, 228) e ao sensor (154), sendo que o controlador (157) é configurado para controlar o conjunto constritor de fluxo e centralizador (128, 228) para alcançar um valor de um parâmetro de controle próximo a um valor predeterminado, com base nos valores adquiridos pelo sensor (154);
em que o conjunto constritor de fluxo e centralizador (128,228) compreende um componente constritor de fluxo (103) e dois componentes centralizadores (101), cada componente centralizador (101) sendo composto por um mancal de elemento flexível (130) formado integralmente com um conjunto de preventores (140) e uma placa de gaveta (142, 144), sendo que o mancal de elemento flexível (130) inclui uma superfície de mancal (132) configurada para vedar em torno da coluna de perfuração (112) permitindo ao mesmo tempo a rotação de baixo atrito da coluna de perfuração (112), a placa de gaveta (142,144) compreendendo uma abertura (146) para permitir o fluxo ascendente de lama de retorno (118) no riser de perfuração (106) através da placa (142, 144); e
em que os componentes centralizadores (101) estão dispostos em uma relação espaçada um acima do outro.
APARELHO (100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo componente constritor de fluxo (103) compreender uma placa de estrangulamento (148) disposta em uma superfície mais alta (150) da placa de gaveta (144) do componente centralizador superior (101), a placa de estrangulamento (148) incluindo uma abertura (152) na mesma para o fluxo de lama de retorno (118), sendo que a placa de estrangulamento (148) é operável para regular o fluxo de lama de retorno (118).
APARELHO (100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor (154) é disposto no riser de perfuração (112) entre o primeiro componente centralizador (101) e o segundo componente centralizador (101).