BR112012005535B1 - aparelho para uso na perfuração de um furo de poço e método para determinar a taxa de penetração da broca - Google Patents
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Abstract
BROCA DE PERFURAÇÃO COM TAXA DE SENSOR DE PENETRAÇÃO. A presente invenção refere-se a um aparelho para estimar a taxa de penetração de uma broca de perfuração, que em uma modalidade inclui um primeiro sensor posicionado em uma broca de perfuração, configurado para prover uma primeira mensuração de um parâmetro em uma Iocalização selecionada na formação em uma primeira vez, e um segundo sensor posicionado espaçadamente a uma distância selecionada do primeiro sensor para prover uma segunda mensuração do parâmetro na localização selecionada, em uma segunda vez quando a broca de perfuração atravessa o fundo de poço. O aparelho também pode incluir um processador configurado para estimar a taxa de penetração, usando a distância selecionada e a primeira e Segunda vez.
Description
[0001] Este pedido reivindica prioridade ao Pedido de Patente Não Provisório U.S. Número de Série 12/557.004, intitulado BROCA DE PERFURAÇÃO COM TAXA DE SENSOR DE PENETRAÇÃO, depositado em 10 de setembro de 2009.
[0002] Esta descrição se refere de modo geral a brocas de perfuração incluindo sensores para prover mensurações para uma propriedade de interesse de uma formação e sistemas usando tais brocas de perfuração.
[0003] Poços de óleo (poços ou furos) são perfurados com uma coluna de perfuração que inclui um membro tubular tendo um conjunto de perfuração (também referido como o conjunto do fundo do poço ou "BHA") que tem uma broca de perfuração acoplada à extremidade inferior do BHA. A broca de perfuração é girada para desintegrar as formações do solo a fim de perfurar o poço. A BHA inclui tipicamente dispositivos para prover informações sobre os parâmetros relativos ao comportamento do BHA, parâmetros da formação envolvendo o poço e parâmetros relacionados às operações de perfuração. Um de tais parâmetros é a taxa de penetração (ROP) da broca de perfuração na formação.
[0004] Uma ROP alta é desejável porque reduz o tempo total requerido para a perfuração de um poço. A ROP depende de diversos fatores incluindo o projeto da broca de perfuração, velocidade de rotação (ou rotações por minuto ou RPM) da broca de perfuração, tipo do fluido de perfuração de peso sobre a broca sendo circulado através do poço e a formação rochosa. Uma baixa ROP tipicamente estende a vida da broca de perfuração e da BHA. Os operadores de perfuração tentam controlar a ROP e outros parâmetros de perfuração e da coluna de perfuração para obter uma combinação de parâmetros que proverão o ambiente de perfuração mais eficaz. A ROP é tipicamente determinada baseando-se em dispositivos dispostos na BHA e na superfície. Tais determinações muitas vezes diferem da ROP real. Desta maneira, é desejável prover um aparelho melhorado para se determinar ou estimar a ROP.
[0005] Em um aspecto, uma broca de perfuração que é descrita em uma modalidade pode incluir um primeiro sensor posicionado na broca de perfuração, configurado para prover uma primeira mensuração de um parâmetro em uma localização selecionada em uma formação em uma primeira vez, e um segundo sensor posicionado a uma distância selecionada do primeiro sensor para prover uma segunda mensuração do parâmetro na localização selecionada em uma segunda vez, quando a broca de perfuração atravessa fundo de poço. A broca de perfuração também pode incluir um processador configurado para estimar a taxa de penetração usando a distância selecionada e a primeira e a segunda vez.
[0006] Em outro aspecto, um método para estimar uma taxa de penetração de uma broca de perfuração em um poço é provido, em que uma modalidade pode incluir: a identificação de uma característica selecionada em um local selecionado de uma formação circundando um poço, em uma primeira vez, usando mensurações de um primeiro sensor na broca de perfuração; identificar a característica selecionada na localização selecionada em uma segunda vez, usando as mensurações de um segundo sensor na broca de perfuração; e estimar a taxa de penetração para a broca de perfuração com base em uma distância entre o primeiro sensor e o segundo sensor, a primeira vez e a segunda vez.
[0007] Exemplos de certas características de uma broca de perfuração tendo um sensor de deslocamento são resumidos de maneira um tanto mais ampla, a fim de que a descrição detalhada das mesmas a seguir, possa ser melhor compreendida. Existem, é claro, características adicionais da broca e sistemas de perfuração, para usar o mesmo que descrito daqui em diante, que formam o assunto das reivindicações a isto apensadas.
[0008] Para uma compreensão detalhada da presente descrição, devem ser feitas referências à descrição detalhada a seguir, tomada em conjunto com os desenhos que acompanham, em que elementos similares foram de modo geral designados com numerais similares e onde: a figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema de perfuração exemplar que inclui uma coluna de perfuração tendo uma broca de perfuração e sensores de acordo com uma modalidade da descrição; a figura 2 é uma vista isométrica de uma broca de perfuração exemplar exibindo a localização dos sensores na broca de perfuração e um circuito elétrico que pode processar os sinais dos sensores, de acordo com uma modalidade da descrição; a figura 3 é uma vista isométrica de uma porção da máquina de furar exemplar exibida na figura 2, ilustrando linhas ocultas para mostrar certas porções internas das seções da haste e pino da broca de perfuração e a colocação dos sensores, circuito de mensuração e hardware naquele local, de acordo com uma modalidade da descrição; a figura 4 é uma vista lateral em corte de uma porção do pino da broca de perfuração exemplar, mostrando porções internas da porção do pino, um controlador e outros equipamentos de mensuração na broca de perfuração, de acordo com uma modalidade da descrição; e a figura 5 é uma vista esquemática de um sistema de mensuração exemplar que pode ser usado para determinar a ROP de uma broca de perfuração, de acordo com uma modalidade da descrição.
[0009] A figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema de perfuração exemplar 100 que pode utilizar brocas de perfuração e sistemas de monitoramento aqui descritos para a perfuração de poços. A figura 1 exibe um poço 110 que inclui uma seção superior 111 com uma carcaça 112 instalada nesse lugar, e uma seção inferior 114 sendo perfurada com uma coluna de perfuração 118. A coluna de perfuração 118 é mostrada para incluir um membro tubular 116 carregando a BHA 130 em sua extremidade inferior. O membro tubular 116 pode ser formado unindo seções de tubos ou pode ser composto de um tubo flexível. A broca de perfuração 150 está acoplada à extremidade inferior da BHA 130 para desintegrar rochas na formação do solo para perfurar o poço 110.
[00010] A coluna de perfuração 118 é exibida transportada no poço 110 a partir de uma sonda 180 na superfície 167. A sonda 180 mostrada é uma sonda terrestre para facilitar a explanação. Os aparelhos e métodos aqui descritos também podem ser utilizados quando é usada uma sonda marítima (não mostrada). Uma mesa rotativa 169 ou um sistema top drive (não mostrado) acoplada à coluna de perfuração 118 pode ser utilizada para girar a coluna de perfuração 118 na superfície, que gira a BHA e, desse modo, a broca de perfuração 150 para perfurar o poço 110. Um motor de perfuração 155 (também referido como "motor de fundo") no conjunto de perfuração pode ser utilizado isoladamente para girar a broca de perfuração 150 ou para sobrepor a rotação da broca de perfuração pela mesa rotativa 169. Uma unidade de controle (ou "controlador" ) 190, que pode ser uma unidade baseada em computador, pode ser colocada na superfície para receber e processar os dados transmitidos pelos sensores na broca de perfuração e na BHA 130 e para controlar as operações selecionadas dos vários dispositivos e sensores na BHA 130. O controlador de superfície 190, em uma modalidade, pode incluir um processador 192, um dispositivo de armazenamento de dados (ou "meio que pode ser lido por computador") 194 para o armazenamento de dados e programas de computador 196. O dispositivo de armazenamento de dados 194 pode ser qualquer dispositivo adequado, incluindo, mas não se limitando a, memória somente para leitura (ROM), memória de acesso aleatório (RAM), memória instantânea, fita magnética, disco rígido e um disco óptico. Durante a perfuração, um fluido de perfuração de uma fonte do mesmo 179 é bombeado sob pressão através do membro tubular 116, cujo fluido é descarregado no fundo da broca de perfuração 150 e retorna à superfície através do espaço anular 127 (também referido como o "espaço anular") entre a coluna de perfuração 118 e a parede interna do poço 110.
[00011] Ainda com referência à figura 1, a broca de perfuração 150, em uma modalidade, pode incluir os sensores 160 e 162, circuitos para o processamento de sinais de tais sensores e para estimar um ou mais parâmetros relacionados à broca de perfuração 150 ou à coluna de perfuração durante a perfuração do poço 110, conforme descrito em mais detalhes com referência às FIGS. 2 e 3. Em um aspecto, os sensores 160 e 162 podem estar localizados em um corpo da broca, tal como uma haste, configurados para determinar a taxa de penetração (ROP) da broca de perfuração 150. A BHA 190 pode incluir adicionalmente um ou mais sensores de fundo de poço (também referidos como sensores de medição durante a perfuração (MWD)), aqui designados coletivamente pelo numeral 175, e pelo menos uma unidade de controle (ou controlador) 170 para o processamento dos dados recebidos pelos sensores MWD 175, sensores 160 e 162, e outros sensores na broca de perfuração 150. O controlador 170 pode incluir um processador 172, tal como um microprocessador, um dispositivo de armazenamento de dados 174 e programas 176 para uso pelo processador 172 processar dados fundo de poço e para se comunicar com o controlador de superfície 190 através de uma unidade de telemetria bidirecional 188.
[00012] Em um aspecto, um controlador 370 pode ser posicionado na broca de perfuração 150 para processar os sinais dos sensores 160 e 162 e outros sensores na broca de perfuração. Como discutido em detalhes com referência às FIGS. 2-5, o controlador 370 pode ser configurado para ser colocado na broca de perfuração a uma pressão de superfície próxima aos sensores 160 e 162. Uma tal configuração é desejável na medida em que pode reduzir a degradação dos sinais e habilitar o controlador para processar os sinais dos sensores mais rápidamente, comparado ao processamento dos sinais de sensores por um controlador na BHA, tal como o controlador 170. O controlador 370 pode incluir um processador 372, tal como um microprocessador, um dispositivo de armazenamento de dados 374 e programas 376 para uso pelo processador 372, para processar os dados fundo de poço e para se comunicar com o controlador 170 na BHA e o controlador de superfície 190.
[00013] A figura 2 exibe uma vista isométrica de uma broca de perfuração PDC exemplar 200, feita de acordo com uma modalidade da descrição. Em uma configuração, a broca de perfuração 200 pode incluir os sensores 260 e 262 para se obter mensurações relacionadas à ROP da broca de perfuração 200 e certos circuitos para processar pelo menos parcialmente os sinais gerados por tais sensores. Uma broca de perfuração PDC é exibida somente para fins de explanação. Qualquer tipo de broca de perfuração, incluindo, mas não se limitando a, broca tricônica e broca de diamante, pode ser utilizada para o propósito dessa descrição. A broca de perfuração 200 é exibida para incluir um corpo de broca 212 que compreende uma coroa 212a e uma haste 212b. A coroa 212a é exibida para incluir um número de perfis de lâmina (ou perfis) 214a, 214b ... 214n. Todos os perfis (214a, 214b . . . 214n) terminam próximos ao centro inferior 215 da broca de perfuração 200. Diversos cortadores são mostrados colocados ao longo de cada perfil. Por exemplo, o perfil 214a é exibido para conter os cortadores 216a-216m. Cada cortador tem um elemento de corte, tal como o elemento 216a' correspondente ao cortador 216a. Cada elemento de corte entra em contato com a formação rochosa quando a broca de perfuração é girada para perfurar o poço. Cada cortador tem um ângulo de ataque e um ângulo lateral que define o corte feito por aquele cortador na formação.
[00014] Ainda com referência à figura 2, em uma modalidade, os sensores 260 e 262 podem ser colocados na porção em recesso 230 da haste 212b. Os sensores 260 e 262 estão espaçados e selecionados a uma distância de 264 um do outro, ao longo de um eixo longitudinal 240 da broca de perfuração 200, capacitando cada sensor a fazer mensurações em diferentes locais (ou profundidades) no poço. Os sensores 260 e 262 podem se localizar em qualquer posição adequada na broca de perfuração 200, tal como no corpo da broca 212 ou na haste da broca 212b. Em um aspecto, os sensores 260 e 262 podem se projetar de ou estar acoplados à superfície do corpo da broca de perfuração, desta maneira capacitando os sensores 260 e 262 a transmitir e receber sinais de uma parede da formação. Em outra modalidade os sensores podem ser colocados dentro da broca de perfuração 200. Em cada caso os sensores são posicionados e configurados para transmitir os sinais através do fluido no poço, para a formação, e receber sinais da formação em resposta aos sinais transmitidos.
[00015] Em um aspecto, os sensores 260 e 262 podem ser sensores acústicos usando sinais acústicos e/ou energia para mensurar parâmetros geofísicos (por exemplo, velocidade acústica e tempo de trajeto acústico). Adicionalmente, os sensores 260 e 262 também podem detectar ondas acústicas refletidas para identificar descontinuidades específicas na formação ou uma imagem acústica da parede do poço. Sensores acústicos ilustrativos incluem sensores de onda acústica que utilizam material piezoelétrico, materiais magnetorrestritivos, etc. Adicionalmente, cada sensor pode ser um transdutor (combinação de transmissor e receptor acústico). O transmissor pode transmitir sinais acústicos, tais como um sinal de alta freqüência, a uma profundidade selecionada do poço e o receptor recebe as ondas acústicas refletidas da parede do poço e assim reconhece as descontinuidades na formação substancialmente na mesma profundidade. Em outras modalidades, os sensores 260 e 262 podem mensurar outros parâmetros, tais como resistividade e raios gama. Em outro aspecto, podem ser utilizados rastreadores (magnéticos ou químicos) para determinar a ROP. Os sinais dos sensores 260 e 262 podem ser providos através de condutores 240 a um circuito 250 localizado fora da broca ou colocado na broca de perfuração 212b. Em um aspecto, o circuito 250 pode ser configurado para amplificar os sinais recebidos dos sensores 260 e 262, digitalizar os sinais amplificados e transmitir os sinais digitalizados ao controlador 370 na broca de perfuração 200 (figura 3), ao controlador 170 na BHA e/ou controlador de superfície 190 para processamento adicional. Um ou mais de tais controladores processam os dados dos sensores e estimam a ROP instantânea dos sinais de sensores usando programas e instruções providas a tais controladores, conforme descrito em maiores detalhes com referência às figuras 3 e 4.
[00016] A figura 3 é uma vista isométrica da haste 212 e seção de pino 312 da broca de perfuração 200 exibida na figura 2, descrevendo as linhas ocultas para exibir certas porções internas da haste 212b e seção de pino 312 da broca de perfuração 200, e a colocação de certos sensores, circuito de mensuração e outros equipamentos, de acordo com uma modalidade da descrição. A haste 212b e a seção de pino 312 incluem um orifício 310 para suprir fluido de perfuração através dele à coroa 212a da broca 200 (figura 2) e uma ou mais seções longitudinais envolvendo o orifício 310, tais como as seções 313, 314 e 316. A seção 314 inclui uma porção em recesso 230. Adicionalmente, a extremidade superior da haste seção de pino 312 inclui uma área em recesso 318. Um mecanismo de acoplamento adequado, tal como os filetes 319 na seção de pino 312 (ou pescoço) liga a broca de perfuração 200 ao conjunto de perfuração 130 (figura 1). Nos lados, os sensores 260 e 262 podem ser colocados em qualquer localização adequada, incluindo na porção em recesso 230, na região do pino 364, dentro de 336 na broca de perfuração ou em qualquer outra localização. Na modalidade particular da figura 3, os sensores 260 e 262 são exibidos posicionados no recesso 314 e separados por uma distância 264 ao longo da direção longitudinal da broca de perfuração 200. Os condutores 242 e 334 podem ser manobrados dos sensores 260 e 262 a um circuito elétrico 349 no recesso 318 através de condutores adequados 242 no recesso 334 na haste 212 e seção de pino 312. Em um aspecto, o circuito 349 pode incluir um circuito para condicionamento do sinal, tal como um amplificador que amplifica os sinais dos sensores 260 e 262 e um conversor analógico-digital (AID) que digitaliza os sinais amplificados. Os sinais digitalizados são providos a um controlador 370 para processamento. Em um aspecto o controlador 370 pode incluir um processador 372, um dispositivo de armazenamento de dados 374 e programas 376 para uso pelo processador 372 para processar os sinais dos sensores 260 e 262. Em outro aspecto, os sensores 260 e 262 podem se localizar ao longo de outra seção da haste ou seção de pino, tal como exibida pelos elementos 336a e 336b, ou em qualquer outra localização adequada. Em outra configuração, os sensores podem ser posicionados em uma superfície externa da haste 212b, no corpo da broca 212, na seção de pino 312 ou outras porções da broca, e os elementos condicionadores e digitalizadores de sinal podem ser posicionados na haste 212b. Se os elementos sensores estiverem em recesso na haste 212b ou corpo da broca 212, então uma janela formada por um meio que não bloqueie os sinais utilizados para a mensuração, tais como ondas acústicas, ondas eletromagnéticas e radiações gama, pode ser interposta entre o elemento sensor e a superfície da haste 212b ou o corpo da broca 212. Em outra configuração, os sinais dos sensores 260 e 262 podem ser processados por um circuito 250 (figura 2) fora da broca de perfuração 200. O circuito 250 pode ser o controlador 170 na BHA ou o controlador 190 (figura 1) na superfície ou uma combinação sua. Os sinais da broca de perfuração 200 podem ser comunicados ao circuito externo 250 por qualquer método adequado, incluindo, mas não se limitando a, acoplamento elétrico e transmissão acústica.
[00017] Em uma modalidade, os sensores 260 e 262 podem ser sensores acústicos configurados para transmitir ondas acústicas em frequências selecionadas à formação envolvendo a broca de perfuração 200 e a receber ondas acústicas da formação em resposta às ondas transmitidas. Os sensores acústicos (260, 262) podem transmitir ondas acústicas na parede do poço 354 a uma frequência, onde a parede 354 causará uma reflexão das ondas de volta aos sensores (260, 262). Os sensores 260 e 262 podem receber as ondas refletidas e o controlador 370, 190 e/ou 170 determina uma característica da parede do poço a partir dos sinais refletidos. Em operação (i.é, enquanto perfurando), o sensor acústico 262 transmite um sinal em um tempo T1 à profundidade 356 e o processador (370, 170 e/ou 190) determina uma característica específica (tal como uma imagem da parede do poço ou a formação) a partir dos sinais recebidos. A medida que a broca de perfuração se move na direção fundo de poço 360, o sensor 260 transmite sinais continuamente na mesma freqüência que o sensor 262 e recebe os sinais acústicos que são processados pelos processadores. Quando a broca de perfuração percorreu a distância 264 no tempo T2, os processadores podem ser capazes de igualar a característica determinada usando os sensores 262 e 260. Portanto, o controlador e processador pode calcular uma ROP para a broca de perfuração a partir do tempo decorrido (T2-T1) e a distância conhecida 264. Por exemplo, se o tempo decorrido (T2-T1) é de 20 segundos e a distância (264) é de seis polegadas, a ROP (distância sobre tempo: seis polegadas/20 segundos) será de 0.3 polegadas/segundo. Em outras modalidades, conforme discutido abaixo, os aparelhos podem usar a técnica descrita acima com quaisquer sensores adequados, tais como sensores de raios gama, sensores de resistividade, e sensores que detectam produtos químicos injetados, rastreadores magnéticos ou nucleares.
[00018] Em outra modalidade, os sensores 260, 262 podem usar uma mensuração de raios gama para calcular a ROP para a broca de perfuração. Os sensores 260, 262 podem ser configurados para utilizar espectroscopia de raios gama para determinar as quantidades de concentrações de potássio, urânio e tório que ocorrem naturalmente na formação geológica. Mensurações de radiação gama desses elementos podem ser utilizadas porque tais elementos estão associados com isótopos radiativos que emitem radiações gama em energias características. A quantidade de cada elemento presente dentro da formação pode ser determinada por sua contribuição ao fluxo de raios gama em uma dada energia. A mensuração da radiação gama dessas concentrações de elementos específicos é conhecida como remoção espectral. A remoção espectral se refere à subtração da contribuição dos elementos indesejados dentro de uma janela de energia, incluindo limites superiores e inferiores, estabelecidos para englobar a(s) energia(s) característica(s) do elemento desejado dentro do espectro energético dos raios gama. Por causa desses fatores, a remoção espectral pode ser efetuada calibrando-se a ferramenta inicialmente em uma formação artificial com concentrações conhecidas de potássio, urânio e tório sob condições padrão.
[00019] Os dispositivos ilustrativos para detectar ou mensurar a radiação gama de ocorrência natural incluem espectrômetros magnéticos, espectrômetros de cintilação, contadores proporcionais de gases e semicondutores com contadores de estado sólido. Por exemplo, um sensor adequado de raios gama pode utilizar um elemento sensor que inclui um cristal de cintilação e uma válvula fotomultiplicadora acoplada opticamente. Os sinais de saída da válvula fotomultiplicadora podem ser transmitidos a um pacote eletrônico adequado que pode incluir circuitos de pré-amplificação e amplificação. Os sinais amplificados dos sensores podem ser transmitidos ao processador num controlador. Em certas modalidades da descrição, podem ser utilizados dispositivos de estado sólido para a detecção de raios gama.
[00020] Os sensores de raios gama configurados para detectar fontes de raios gama de ocorrência natural podem prover uma indicação de uma litologia ou mudança de litologia na vizinhança da broca 200. Com referência à figura 3, os sensores 260 e 262 podem ser sensores de raios gama. Nas modalidades, no tempo T1 os sinais dos sensores de raios gama 260 e 262 podem ser usados para estimar uma assinatura energética para os locais 358 e 356, respectivamente, dentro da formação sendo perfurada. Depois disso, no tempo T2, a assinatura energética detectada para o local 356 pode ser detectada pelo sensor 260. O tempo decorrido (T2-T1) entre as mensurações da assinatura e a distância 264 podem ser correlacionados e processados para determinar a ROP para a broca de perfuração.
[00021] Ainda em outra configuração, os sensores 260 e 262 podem ser sensores de resistividade que provêem uma imagem ou mapa das características estruturais da formação. A imagem de localizações selecionadas com o sensor 262 no tempo T1 e a mesma imagem determinada pelo sensor 260 no tempo T2, tomando a distância de separação conhecida 264, pode ser utilizada para determinar a ROP da broca de perfuração, conforme descrito acima com respeito aos sinais acústicos.
[00022] A figura 4 é uma vista esquemática de uma modalidade de um sistema de mensuração de ROP 400. Uma porção do sistema 400 está localizada na haste da broca 402, onde os sensores 404 e 406 são sensores rastreadores de produtos químicos. Os sensores rastreadores de produtos químicos (404, 406) utilizam assinaturas de produtos químicos para identificar locais na parede do poço 408. Por exemplo, o sensor rastreador 404 pode emitir uma carga de produtos químicos 410 que atinge um local 409 na parede da formação 408. Em um aspecto, a carga de produtos químicos 410 cria uma assinatura de produtos químicos na formação no local 409 no tempo T1. À medida que a broca atravessa fundo de poço 411, o sensor 406 pode detectar a assinatura de produtos químicos no local 409 no tempo T2. Assim, um controlador 415 pode calcular uma ROP baseada no tempo decorrido, T2-T1, e uma distância 412 entre os sensores 404 e 406. Os sensores rastreadores de produtos químicos 404, 406 podem ser supridos aos produtos químicos por uma bomba 414, linhas de transmissão de fluidos 416 e recipientes de armazenamento 418. O controlador 415, bomba 414, linhas de transmissão de fluidos 416 e recipientes de armazenamento 418 podem se localizar na superfície, na coluna de perfuração ou na broca de perfuração, dependendo da aplicação. Nas modalidades discutidas, ambos os sensores podem ser colocados em áreas da haste, pino, cone ou coroa. Em outras modalidades, os sensores podem estar em diferentes locais, por exemplo, um na haste e um na área da coroa, pino, ou cone. O fator importante para a determinação da ROP é que a distância entre os sensores seja conhecida e o tempo entre as mensurações de um local selecionado sejam mensurados com exatidão.
[00023] A figura 5 exibe uma modalidade de uma porção da seção de pescoço 500 que pode ser utilizada para alojar os circuitos eletrônicos 370 (figura 3) a baixa pressão. A seção de pescoço 500 pode ser a porção da broca de perfuração oposta à coroa ou seção em cone (contendo os cortadores) e pode ser acoplada à porção da coluna de perfuração através de filetes, localizados na superfície 530, ou outro meio de acoplamento adequado. A porção em pescoço 500 pode incluir um orifício interno 510, uma peça geralmente circular 512 e uma área em recesso 515. O orifício interno 510 pode capacitar a comunicação do fluido de perfuração, fluido de produção e o encaminhamento de várias linhas de transmissão elétricas, de comunicação e de fluidos através da broca de perfuração. Em um aspecto, a área em recesso 515 pode receber um membro de vedação 514 que está configurado para alojar componentes despressurizados, tais como componentes eletrônicos. O membro de vedação 514 pode exibir um flange grande 516 e um flange pequeno 518 em extremidades opostas de uma porção cilíndrica 520. A porção cilíndrica 520 pode ter um volume circular aberto ou área de cavidade 522 que pode acomodar componentes que estão protegidos da pressão aumentada em que a broca e a BHA estão descritas fundo de poço.
[00024] Em um aspecto, o membro de vedação 514 e as cavidades de membro de vedação estão vedadas da pressão exterior pelos vedadores 524 e 526 entre o membro de vedação 514 e a peça circular 512. Os vedadores 524 e 526 podem ser quaisquer mecanismos de vedação adequados, tais como um anel de vedação composto de uma borracha, silicone, plástico ou outro material de vedação composto durável. Os vedadores 524 e 526 podem ser configurados para vedar o membro de vedação 514 até 20,000 libras por polegada quadrada (psi) de pressão fundo de poço fora da broca de perfuração. Devido à configuração do membro de vedação 514 e dos vedadores 524 e 526, os componentes eletrônicos estão protegidos dentro do ambiente despressurizado dentro da área vedada. Por exemplo, um controlador 570 pode ser posicionado dentro da porção vedada do membro de vedação 514 para processar os sinais dos sensores usados para calcular a ROP. O controlador 570 pode incluir um processador 572, um dispositivo de armazenamento de dados 574 e programas 576 para uso pelo processador 572 para processar os dados fundo de poço e para se comunicar com o controlador de superfície 190 (figura 1). Outros circuitos 580, tais como equipamentos de condicionamento de sinal e comunicação, também podem ser localizados dentro da porção vedada do membro de vedação 514. O controlador 570 pode se comunicar com a superfície e outras porções da coluna de perfuração através de fios condutores isolados (por exemplo, fios de cobre), cabos de fibra óptica, comunicação sem fio ou outra técnica adequada de comunicação telemétrica. Fios, cabos, fluido de perfuração e/ou fluido de formação podem ser encaminhados através de uma cavidade 528 no membro de vedação à coluna de perfuração. Em um aspecto, o membro de vedação 514 e os componentes dentro do membro de vedação capacitam o processamento e comunicação dos sinais e dados de mensuração, tais como sinais dos sensores acústicos (260, 262 das figuras 2, 3), nisso provendo uma mensuração da ROP para a broca de perfuração dentro do poço.
[00025] A descrição precedente é dirigida a certas modalidades para propósitos de ilustração e explanação. Ficará evidente, contudo, para pessoas versadas na técnica que muitas modificações e mudanças às modalidades adiantadas acima podem ser feitas sem se afastar do escopo e espírito dos conceitos e modalidades aqui expostos. Pretende-se que as seguintes reivindicações devam ser interpretadas como englobando tais modificações e mudanças.
Claims (9)
1. Aparelho para uso na perfuração de um furo de poço (110), compreendendo: um primeiro sensor (260) posicionado em uma broca de perfuração (200) posicionado sobre a broca de perfuração (200) configurado para prover uma primeira mensuração de um parâmetro em uma localização selecionada na formação (358) em uma primeira vez; um segundo sensor (262) posicionado espaçadamente a uma distância selecionada do primeiro sensor (260) para prover uma segunda mensuração do parâmetro na localização selecionada (356) em uma segunda vez quando a broca de perfuração (200) atravessa fundo de poço; e o aparelho caracterizado pelo fato de a broca (200) compreender uma área em recesso (515) que recebe um membro de vedação (514) e é configurado para estar a uma pressão de superfície, em que um controlador (370) incluindo o processador (572) está alojado na área em recesso (515).
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre o primeiro sensor (260) e o segundo sensor (262) detecta um dentre: ondas acústicas, raios gama, ondas eletromagnéticas e um rastreador.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um dentre o primeiro sensor (260) e o segundo sensor (262) está posicionado em uma dentre uma haste (212b) e uma seção do pino (312) da broca de perfuração (200).
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, carac terizado pelo fato de o processador (572) ser configurado para processar mensurações do primeiro sensor (260) e do segundo sensor (262) para igualar uma característica de uma formação e determinar uma ROP baseada na primeira vez, segunda vez e em uma distância selecionada (264).
5. Método para determinar a taxa de penetração da broca de perfuração (200) no furo de poço (110), compreendendo: a identificação de uma característica selecionada em uma localização selecionada (358) de uma formação envolvendo um furo de poço (110) em uma primeira vez usando-se mensurações de um primeiro sensor (260) na broca de perfuração (200); a identificação da característica selecionada na localização selecionada (358) em uma segunda vez usando-se mensurações de um segundo sensor (262) na broca de perfuração (200); e o cálculo da taxa de penetração para a broca de perfuração (200) baseada na distância (264) entre o primeiro sensor (260) e o segundo sensor (262), a primeira vez e a segunda vez usando o processador (572); o método caracterizado pelo fato de que a broca (200) compreende uma área de recesso (515) que recebe um membro de vedação (514) e é configurada para estar em uma pressão de superfície, em que um controlador (370) incluindo o processador (572) está alojado em a área de recesso (515).
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo sensores estão configurados para captar um dentre: ondas acústicas, raios gama, vestígios de produtos químicos e resistividade.
7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro (260) e o segundo (262) sensores estão posicionados em uma haste (212b), uma coroa (212a) e um pino da broca de perfuração (200).
8. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a digitalização dos sinais providos pelo primeiro sensor (260) e pelo segundo sensor (262) através de um circuito.
9. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o primeiro sensor (260) está posicionado em uma haste (212b) da broca de perfuração (200) e o segundo sensor (262) está posicionado em uma coroa (212a) e um pino.
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