BR112012025973B1

BR112012025973B1 - método para direcionar uma broca de perfuração para formar um furo de poço em uma formação subsuperfície

Info

Publication number: BR112012025973B1
Application number: BR112012025973-3A
Authority: BR
Inventors: David Alston Edbury; Jose Victor Guerrero; Duncan Charles Macdonald; Jason B. Norman; James Bryon Rogers; Donald Ray Sitton
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij B.V
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2021-04-20
Also published as: BR112012025973A2; CN102892970A; CN102943623B; CN103015967A; CA3013298C; EP2592224A3; CA3013298A1; CN102979501B; CA3013290A1; CN102943660A; PL2558673T3; AU2011240821B2; CN102943623A; EP2558673B1; US20170260822A1; EP2592222A2; EP2559846A3; AU2011240821A1; EP2592224A2; CN103015967B

Abstract

MÉTODOS PARA DIRECIONAR UMA BROCA DE PERFURAÇÃO PARA FORMAR UM FURO TENDO UMA INCLINAÇÃO E UM AZIMUTE EM UMA FORMAÇÃO SUBSUPERFÍCIE USANDO UM TRAJETO DE POÇO PLANEJADO E PELO MENOS PRIMEIRO E SEGUNDO LEVANTAMENTOS Refere-se a invenção a um método para direcionar uma broca de perfuração para formar um furo tendo uma inclinação e um azimute em uma formação subsuperfície usando um trajeto de poço planejado e pelo menos primeiro e segundo levantamentos, compreendendo as etapas de: a) determinar uma distância a partir do projeto de um poço, onde a distância do projeto é a diferença entre a posição da broca no segundo levantamento e o trajeto de poço planejado; e, b) determinar um ângulo deslocado a partir do projeto do poço, em que o ângulo deslocado a partir do projeto é a diferença entre a inclinação e o azimute do trajeto de poço planejado; c) em que pelo menos uma distância a partir do projeto e pelo menos um ângulo deslocado a partir do projeto são determinados em tempo real com base, pelo menos em parte, em uma porção do furo no primeiro levantamento, em uma posição em uma localização corrente projetada da broca, e em uma posição (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere em geral a métodos e sistemas para perfuração em várias formações subsuperfície tais como formações contendo hidrocarboneto.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[002] Hidrocarbonetos obtidos de formações subterrâneas são geralmente usados como recursos de energia, como cargas de alimentação, e como produtos de consumo. Preocupações sobre o esgotamento de fontes de hidrocarbonetos disponíveis e preocupações sobre o declínio da qualidade global de hidrocarbonetos produzidos levaram ao desenvolvimento de processos para recuperação, processamento e/ou uso mais eficiente de fontes de hidrocarbonetos disponíveis.

[003] Em operações de perfuração, pessoal de perfuração é comumente designado de várias funções de controle e monitoramento. Por exemplo, pessoal de perfuração pode controlar ou monitorar posições do aparelho de perfuração (tal como um acionador rotativo ou acionador de transporte), coletar amostras de fluido de perfuração, e monitorar agitadores. Como outro exemplo, pessoal de perfuração ajusta o sistema de perfuração (“manobra” uma coluna de perfuração) em uma base caso a caso para ajustar ou corrigir a taxa de perfuração, trajetória, ou estabilidade. Um perfurador pode controlar parâmetros de perfuração usando manches, comutadores manuais, ou outros dispositivos operados manualmente, e monitorar condições de perfuração usando manômetros, medidores, mostradores, amostras de fluido, ou alarmes auditivos. A necessidade de controle manual e monitoramento pode aumentar os custos de perfuração de uma formação. Adicionalmente, algumas das operações realizadas pelo perfurador podem estar baseadas em sinais sutis a partir do aparelho de perfuração (tal como vibração não esperada de uma coluna de perfuração). Pois diferentes pessoais de perfuração possuem diferentes experiência, conhecimento, habilidades, e instintos, o desempenho da perfuração que depende de tais procedimentos manuais pode não ser reprodutível de formação a formação ou de equipamento a equipamento. Adicionalmente, em algumas operações de perfuração (seja manual ou automática) podem requerer que uma broca de perfuração seja parada ou puxada do fundo do poço, por exemplo, quando se muda de um modo de perfuração rotativo para um modo de perfuração de deslizamento. A suspensão da perfuração durante tais operações pode reduzir a taxa global de progresso e eficiência da perfuração.

[004] Conjuntos de fundo de furo em sistemas de perfuração geralmente incluem instrumentação, tal como ferramentas de Perfuração Durante a Medição (MWD), dados a partir da instrumentação de fundo de poço podem ser usados para monitorar e controlar operações de perfuração. Provendo, operando e mantendo tais ferramentas de medição de fundo de poço pode aumentar substancialmente o custo de um sistema de perfuração. Adicionalmente, como os dados de instrumentação de fundo de poço devem ser transmitidos a superfície (tal como por pulso de lama ou transmissões eletromagnéticas periódicas), a instrumentação de fundo de poço pode prover apenas “cópias instantâneas” limitadas em intervalos periódicos durante o processo de perfuração. Por exemplo, um perfurador pode ter que esperar 20 ou mais segundos entre atualizações de uma ferramenta de MWD. Durante as lacunas entre atualizações, a informação da instrumentação de fundo de poço pode se tornar ultrapassada e perder seu valor para o controle da perfuração.

SUMÁRIO

[005] Modalidades descritas aqui geralmente se referem a sistemas e métodos para perfurar automaticamente em formações subterrâneas.

[006] Um método para avaliar, para um motor de lama particular, uma relação entre o torque de saída do motor e a pressão diferencial pelo motor de lama inclui aplicar torque a uma coluna de perfuração na superfície da formação para girar a coluna de perfuração na formação em uma RPM de coluna de perfuração especificada; bombear fluido de perfuração em uma vazão especificada ao motor de lama; operar o motor de lama em uma pressão diferencial especificada para virar a broca de perfuração para perfuração na formação; reduzir o torque aplicado na coluna de perfuração para reduzir a velocidade rotacional da coluna de perfuração para uma velocidade de coluna de perfuração alvo enquanto se continua a operar o motor de lama na pressão diferencial especificada; medir o torque na coluna de perfuração na superfície da formação que é necessária para manter a coluna de perfuração na velocidade de coluna de perfuração alvo enquanto o motor de lama está na pressão diferencial especificada (e a broca de perfuração então continua a perfurar); e modelar uma relação entre o torque na broca de perfuração e a pressão diferencial pelo motor de lama com base no torque de fixação medido e na pressão diferencial especificada.

[007] Um método para avaliar o peso em uma broca de perfuração usada para formar uma abertura em uma formação subsuperfície inclui avaliar uma relação entre um peso em uma broca de perfuração e uma pressão diferencial pelo motor de lama com base em pelo menos peso um modelo analítico; medir uma pressão diferencial pelo motor de lama; avaliar uma relação entre torque em uma broca de perfuração usada para formar a abertura e a pressão diferencial por um motor usado para operar a broca de perfuração usando pelo menos uma medição de torque em uma coluna de perfuração na superfície da formação; avaliar o peso em uma broca de perfuração usando o modelo analítico, a relação avaliada entre o torque na broca de perfuração e a pressão diferencial pelo motor, e a relação avaliada entre o na broca de perfuração e o torque na broca de perfuração.

[008] Um método para avaliar o peso em uma broca de perfuração usada para formar uma abertura em uma formação subsuperfície, inclui medir pelo menos uma pressão para determinar uma pressão diferencial pelo motor de lama; determinar um torque de saída do motor com base na pressão diferencial medida; medir o torque em uma coluna de perfuração; medir um torque rotativo de fora do fundo; e determinar um peso na broca necessário para induzir peso no torque de carga lateral induzido por broca em pelo menos uma das medições.

[009] Um método para avaliar uma pressão em um sistema usado para formar uma abertura em uma formação subsuperfície, compreendendo: avaliar uma pressão basal quando uma broca de perfuração está girando livremente na abertura na formação; avaliar uma viscosidade basal de um fluido escoando através da broca de perfuração com base na pressão basal; avaliar a vazão; densidade, e a viscosidade do fluido escoando através da broca de perfuração enquanto a broca de perfuração é usada para perfurar a abertura mais para dentro da perfuração; e reavaliar a pressão basal com base na vazão, densidade e viscosidade avaliadas do fluido escoando através da broca de perfuração.

[0010] Um método para posicionar automaticamente uma broca de perfuração usada para formar uma abertura em uma formação subsuperfície em um fundo da abertura sendo formado inclui aumentar a vazão em uma coluna de perfuração para um fluxo alvo; controlar a vazão do fluido para dentro da coluna de perfuração para ser substancialmente a mesma da vazão de fluido fora da abertura; permitir que uma pressão de fluido alcance um estado relativamente estacionário; mover automaticamente a broca de perfuração em direção ao fundo da abertura em uma taxa selecionada de avanço até que um aumento consistente na pressão diferencial medida indique que a broca de perfuração está no fundo da abertura.

[0011] Um método para apanhar automaticamente uma broca de perfuração para fora do fundo de uma abertura em uma formação subsuperfície inclui ajustar um nível predeterminado de pressão diferencial pelo motor no qual o apanhamento da broca de perfuração é iniciada; monitorar a pressão diferencial pelo motor; permitir pressão diferencial por um motor para diminuir para o nível predeterminado; e quando o nível predeterminado é alcançado, apanhar automaticamente a broca de perfuração.

[0012] Um método para detectar automaticamente uma perda em um motor de lama que provê rotação a uma broca de perfuração usada para formar uma abertura em uma formação subsuperfície e responder à perda inclui designar uma pressão diferencial máxima permitida em um motor de lama usado para operar a broca de perfuração; avaliar uma condição de perda no motor de lama quando a pressão diferencial avaliada está na ou acima da pressão diferencial máxima designada; e desligar automaticamente o fluxo para um motor de lama quando a condição de perda é avaliada.

[0013] Um método para avaliar a eficiência de limpeza do furo da perfuração inclui determinar uma massa de recortes removidos de um poço, em que a determinação da massa de recortes removidos de um poço inclui medir uma massa total de fluido que entra em um poço; medir a massa total de fluido que sai de um poço; determinar uma diferença entre a massa total de fluido que sai do poço e da massa total de fluido que entra no poço; determinar uma massa de rocha escavada do poço; determinar uma massa de recortes que permanecem no poço, em que a determinação da massa de recortes que permanecem no poço inclui determinar uma diferença entre a massa determinada de rocha escavada no poço e a massa determinada de recortes removidos do poço.

[0014] Um método para monitorar o desempenho de um sistema de manipulação de sólidos inclui monitorar a densidade e a vazão de massa que sai de um poço; monitorar a densidade e a vazão de massa de fluido que retorna para o poço; e comparar a densidade de fluido que sai do poço com a densidade com a densidade de fluido que retorna ao poço.

[0015] Um método para controlar uma direção de uma face de ferramenta de um conjunto de furo abaixo para perfuração por deslizamento inclui sincronizar a face de ferramenta, em que sincronizar a face de ferramenta inclui determinar uma relação entre a posição rotacional da face de ferramenta de fundo de poço com uma posição rotacional na superfície da formação para pelo menos um ponto no tempo; parar a rotação da coluna de perfuração acoplada o conjunto de furo abaixo; controlar o torque na superfície da coluna de perfuração para controlar uma posição rotacional da face de ferramenta; e começar a perfuração por deslizamento.

[0016] Um método para controlar uma direção de perfuração de uma broca de perfuração usada para formar uma abertura em uma formação subsuperfície inclui variar uma velocidade da broca de perfuração durante a perfuração rotativa tal que a broca de perfuração está em uma primeira velocidade durante uma primeira porção do ciclo rotacional e em uma segunda velocidade durante uma segunda porção do ciclo rotacional, em que a primeira velocidade é maior do que a segunda velocidade, e em que operar na segunda velocidade na segunda porção do ciclo rotacional faz com que a broca de perfuração mude a direção da perfuração.

[0017] Um método para prever uma direção da perfuração de uma broca de perfuração usada para formar uma abertura em uma formação subsuperfície inclui avaliar a profundidade da broca de perfuração em um ou mais pontos selecionados ao longo da abertura; estimar as posturas nos pontos inicial e final de pelo menos uma seção perfurada por deslizamento; e avaliar profundidades de medição virtuais pela projeção de volta com relação a uma ou mais profundidades medidas previamente.

[0018] Um método para avaliar uma profundidade vertical de um furo de poço, ferramenta de perfuração operando dentro de um furo de poço ou uma broca de perfuração usada para formar uma abertura em uma formação subsuperfície inclui avaliar uma pressão de furo de sondagem estática em uma locação conhecida e fixa com relação ao furo de poço, ferramenta de perfuração ou broca de perfuração; avaliar a densidade do fluido escoando para dentro do furo de poço; e avaliar uma profundidade vertical da broca de perfuração com base na pressão de furo de sondagem avaliada e na densidade avaliada.

[0019] Um método para direcionar uma broca de perfuração formar uma abertura em uma formação subsuperfície inclui tomar pelo menos um levantamento é tirada com uma ferramenta de MWD; estabelecer uma trajeto definitivo do sensor de MWD com os dados de levantamento a partir da ferramenta de MWD; e projetar a postura e a posição da broca de perfuração usando dados em tempo real em combinação com o trajeto a partir da ferramenta de MWD.

[0020] Um método para direcionar uma broca de perfuração formar uma abertura em uma formação subsuperfície inclui determinar uma distância a partir do projeto de um poço; determinar um ângulo deslocado a partir do projeto do poço, em que o ângulo deslocado a partir do projeto é a diferença entre a inclinação e o azimute do furo e do plano, em que pelo menos uma distância a partir do projeto e pelo menos um ângulo deslocado a partir do projeto são determinados em tempo real com base em uma porção do furo no último levantamento, uma posição em uma localização corrente projetada da broca, e uma posição projetada da broca.

[0021] Um método para estimar a face de ferramenta de um conjunto de furo abaixo entre atualizações de furo de sondagem durante perfuração em uma formação subsuperfície inclui codificar uma coluna de perfuração; rodar a coluna de perfuração na formação em um modo de calibração para modelar a conclusão da coluna de perfuração na formação; durante operações de perfuração, medir uma posição rotacional da coluna de perfuração na superfície da formação; e estimar a face de ferramenta do conjunto de furo abaixo com base na posição rotacional da coluna de perfuração na superfície e do modelo de conclusão de coluna de perfuração.

[0022] Em várias modalidades, um sistema inclui um processador e uma memória acoplados ao processador e configurada para armazenar instruções de programa executáveis pelo processador para implementar a perfuração automática, tal como usar os métodos descritos acima.

[0023] Em várias modalidades, um meio de memória legível por computador inclui instruções de programa que são executáveis por computador para implementar a perfuração automática, tal como usar os métodos descritos acima.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0024] Vantagens da presente invenção podem ficar aparentes aqueles peritos na técnica com o beneficio da seguinte descrição detalhada e com referencia aos desenhos que acompanham nos quais:

[0025] A FIG. 1 e 1A ilustram um diagrama esquemático de um sistema de perfuração com um sistema de controle para realizar operações de perfuração de acordo com uma modalidade;

[0026] A FIG. 1B ilustra uma modalidade de conjunto de furo abaixo incluindo uma conexão curvada;

[0027] A FIG. 2 é uma ilustração esquemática de uma modalidade de um sistema de controle;

[0028] A FIG. 3 ilustra um fluxograma para um método para avaliar uma relação entre o torque de saída do motor e a pressão diferencial pelo motor de lama de acordo com uma modalidade;

[0029] A FIG. 4 ilustra uma modalidade de torque medido em uma coluna de perfuração na superfície de uma formação contra o tempo durante um teste para determinar uma relação torque/pressão diferencial em uma transição de uma perfuração rotativa para uma perfuração por deslizamento;

[0030] A FIG. 5 é um traçado do torque de saída de motor de lama contra pressão diferencial pelo motor de lama de acordo com uma modalidade;

[0031] A FIG. 6 ilustra um fluxograma para um método para avaliar peso em uma broca de perfuração usando pressão diferencial de acordo com uma modalidade;

[0032] A FIG. 7 ilustra um exemplo de relação estabelecida usando múltiplos pontos de teste;

[0033] A FIG. 8 ilustra um fluxograma para um método para avaliar uma relação de peso na broca que inclui uma determinação de peso em medições de torque de carga lateral induzido por broca de torque de superfície e pressão diferencial;

[0034] A FIG. 8A ilustra um gráfico de perfuração rotativa mostrando torques medidos e calculados em cada tempo;

[0035] A FIG. 9 ilustra uma relação entre pressão diferencial e viscosidade em uma tubulação;

[0036] A FIG. 10 ilustra um fluxograma para um método para detectar uma perda em um motor de lama e recuperar a partir do método de acordo com uma modalidade;

[0037] A FIG. 11 ilustra um fluxograma para um método para determinar a eficiência de limpeza do furo;

[0038] A FIG. 12 ilustra a sincronização de ferramenta de superfície usando dados de medição durante a perfuração de acordo com uma modalidade;

[0039] A FIG. 13 ilustra um fluxograma para um método de uma transição de um sistema de perfuração a partir de perfuração rotativa para perfuração por deslizamento;

[0040] A FIG. 14 é um traçado pelo tempo ilustrando o ajuste em uma transição de perfuração rotativa para perfuração por deslizamento com ajustes de superfície em intervalos;

[0041] A FIG. 15 ilustra um fluxograma para um método de uma transição de perfuração rotativa para perfuração por deslizamento incluindo movimento de transporte de acordo com uma modalidade;

[0042] A FIG. 16 ilustra um fluxograma para um método de uma modalidade de perfuração na qual a velocidade de rotação da coluna de perfuração é variada durante o ciclo de rotação;

[0043] A FIG. 17 ilustra um diagrama de um ciclo de rotação de múltiplas velocidades de acordo com uma modalidade;

[0044] A FIG. 18 ilustra uma coluna de perfuração em um furo de sondagem para a qual um levantamento contínuo virtual pode ser avaliado;

[0045] A FIG. 18A representa um diagrama ilustrando um exemplo de perfuração por deslizamento entre levantamentos de MWD.

[0046] A FIG. 18B é uma tabulação dos pontos de levantamento originais para um exemplo de perfuração em modos de perfuração rotativa e de perfuração por deslizamento;

[0047] A FIG. 18C é uma tabulação dos pontos de levantamento incluindo pontos de levantamento virtual adicionados.

[0048] A FIG. 19 ilustra um exemplo de gravação de pressão durante a adição de uma junção lateral de acordo com uma modalidade;

[0049] A FIG. 20 ilustra um exemplo de resultados de profundidade vertical total de densidade;

[0050] A FIG. 21 ilustra é uma representação gráfica ilustrando um método para realizar um projeto para furar;

[0051] A FIG. 22 é um diagrama ilustrando uma modalidade de um plano para um furo e uma porção do furo que foi perfurada com base no plano;

[0052] A FIG. 23 ilustra uma modalidade de um método para gerar comandos de direção;

[0053] A FIG. 24 ilustra uma modalidade de uma tela de entrada de usuário para entrar o ajuste dos pontos de ajuste.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0054] A seguinte descrição geralmente se refere a sistemas e métodos para perfurar nas formações. Tais formações podem ser tratadas para produzir produtos hidrocarbonetos, hidrogênio, e outros produtos.

[0055] “Contínua” ou “continuamente” no contexto dos sinais (tais como magnético, eletromagnético, voltagem, ou outros sinais magnéticos ou elétricos) incluem sinais contínuos e sinais que são pulsados repetidamente por um selecionado período de tempo. Sinais contínuos podem ser enviados ou recebidos em intervalos regulares ou intervalos irregulares.

[0056] Um “fluido” pode ser, mas não está limitado a, um gás, um líquido, uma emulsão, uma pasta fluida, e/ou uma corrente de partículas solidas que tem características de escoamento similares a um escoamento de líquido.

[0057] “Pressão de fluido” é uma pressão gerada por um fluido em uma formação. “Pressão litostática” (algumas vezes referida como “tensão litostática”) é uma pressão em uma formação igual a um peso por unidade de área de uma massa de rocha sobreposta. “Pressão hidrostática” é uma pressão em uma formação exercida por uma coluna de fluido.

[0058] Uma “formação” inclui uma ou mais camadas contendo hidrocarbonetos, uma ou mais camadas de não hidrocarbonetos, uma formação sobrejacente e/ou uma formação subjacente. As camadas de hidrocarboneto podem conter material não hidrocarboneto e material hidrocarboneto. A “formação sobrejacente” e/ou a “formação subjacente” incluem um ou mais diferentes tipos de materiais impermeáveis. Por exemplo, a formação sobrejacente e/ou a formação subjacente pode incluir rocha, xisto, argilito, ou carbonato úmido/firme.

[0059] “Fluidos de formação” se referem a fluidos presentes em uma formação e podem incluir fluido de pirólise, gás de síntese, hidrocarbonetos mobilizados, e água (vapor). Fluidos de formação pode incluir fluidos hidrocarbonetos bem como fluidos não hidrocarbonetos. O termo “fluido mobilizado” se refere a fluidos em uma formação que contém hidrocarboneto que estão aptos a escoar como resultado de tratamento térmico da formação. “Fluidos produzidos” se referem a fluidos removidos da formação.

[0060] “Espessura” de uma camada se refere a espessura de uma seção transversal da camada, em que a seção transversal é normal a uma face da camada.

[0061] “Viscosidade” se refere a viscosidade cinemática a 40 °C a menos que seja especificado de outra maneira. Viscosidade é como determinada pelo Método ASTM D445.

[0062] O termo “furo de poço” se refere a um furo em um formação feito pela perfuração ou inserção de um conduto na formação. Um furo de poço pode ter uma seção transversal substancialmente circular, ou outra forma de seção transversal. Como usado aqui, os termos “poço” e “abertura”, quando se referindo a uma abertura na formação podem ser usados indistintamente com o termo “furo de poço”.

[0063] Em algumas modalidades, parte das ou todas as operações de perfuração em uma formação são realizadas automaticamente. Um sistema de controle pode, em certas modalidades, realizar funções de monitoramento usualmente designadas a um perfurador através de medições diretas e modelo correspondente. Em certas modalidades, um sistema de controle pode ser programado para incluir sinais de controle que emulam sinais de controle de um perfurador (por exemplo, entradas de controle a partir de manches e comutadores manuais). Em algumas modalidades, o controle de trajetória é provido por sistemas de levantamento não tripulados e lógica de direção integrada.

[0064] A FIG. 1 ilustra um sistema de perfuração com um sistema de controle para realizar operações de perfuração automaticamente de acordo com uma modalidade. O sistema de perfuração 100 é provido na formação 102. O sistema de perfuração 100 inclui plataforma de perfuração 104, bomba 108, coluna de perfuração 110, conjunto de furo abaixo 112, e sistema de controle 114. A coluna de perfuração 110 é feita de uma série de tubos de perfuração 116 que são sequencialmente adicionados a coluna de perfuração 110 enquanto o poço 117 é perfurado na formação 102.

[0065] A plataforma de perfuração 104 inclui transporte 118, sistema de acionamento rotativo 120, e sistema de manipulação de tubo 122. A plataforma de perfuração 104 pode ser operada para perfurar poço 117 e para avançar a coluna de perfuração 110 e o conjunto de furo abaixo 112 na formação 104. Aberturas anulares 126 podem ser formadas entre o exterior da coluna de perfuração 110 e os lados do poço 117. Revestimento 124 pode ser provido no poço 117. Revestimento 124 pode ser provido sobre todo o comprimento do poço 117 ou sobre uma porção do poço 117, como representado na FIG. 1.

[0066] O conjunto de furo abaixo 112 inclui um colar de perfuração 130, motor de lama 132, broca de perfuração 134, e ferramenta de medição durante a perfuração (MWD) 136. A broca de perfuração 134 pode ser acionada pelo motor de lama 132. O motor de lama 132 pode ser acionado por um fluido de perfuração que passa através do motor de lama. A velocidade da broca de perfuração 134 pode ser aproximada proporcionalmente a pressão diferencial pelo motor de lama 132. Como usado aqui, “pressão diferencial pelo motor de lama” pode se referir a diferença na pressão entre fluido escoando no motor de lama e fluido escoando fora do motor de lama. Fluido de perfuração pode ser referido aqui como “lama”.

[0067] Em algumas modalidades, a broca de perfuração 134 e/ou o motor de lama 132 são montados em uma conexão curvada do conjunto de furo abaixo 112. A conexão curvada pode deslizar a broca de perfuração em ângulo (fora de eixo) com relação a postura do conjunto de furo abaixo 112 e/ou a extremidade da coluna de perfuração 110. Uma conexão curvada pode ser usada, por exemplo, para perfuração direcional de um poço. A FIG. 1B ilustra uma modalidade de conjunto de furo abaixo incluindo uma conexão curvada. A conexão curvada 133 pode estabelecer uma direção de perfuração que está em ângulo com relação a direção axial do conjunto de furo abaixo e/ou do furo de poço.

[0068] A ferramenta de MWD 136 pode incluir vários sensores para medir características no sistema de perfuração 100, poço 117, e/ou formação 102. Exemplos de características que podem ser medidas pela ferramenta de MWD incluem gama natural, postura (inclinação e azimute), face de ferramenta, pressão de furo de sondagem, e temperatura. A ferramenta de MWD pode transmitir dados a superfície por meio de pulso de lama, telemetria eletromagnética, ou qualquer outra forma de transmissão de dados (tal como tubo de perfuração com fios ou acústico). Em algumas modalidades, uma ferramenta de MWD pode ser espaçada do conjunto de furo abaixo e/ou do motor de lama.

[0069] Em algumas modalidades, a bomba 108 circula o fluido de perfuração através da linha de distribuição de lama 137, da passagem núcleo 138 da coluna de perfuração 110, através do motor de lama 132, e de volta a superfície da formação através da abertura anular 126 entre o exterior da coluna de perfuração 110 e as paredes laterais do poço 117, como ilustrado na FIG. 1A. A bomba 108 inclui sensores de pressão 150, medidor de fluxo de sucção 152, e medidor de fluxo de retorno 154. Sensores de pressão 150 podem ser usados para medir a pressão de fluido em sistemas de perfuração 100. Em uma modalidade, um dos sensores de pressão 150 mede a pressão de tubo vertical. Os medidores de fluxo 152 e 154 podem medir a massa de fluido escoando para dentro e para fora da coluna de perfuração 110.

[0070] Um sistema de controle para um sistema de perfuração pode incluir um sistema de computador. Em geral, o termo “sistema de computador” pode se referir a qualquer dispositivo tendo um processador que executa instruções a partir de um meio de memória. Como usado aqui, um sistema de computador pode incluir processador, um servidor, um microcontrolador, um microcomputador, um controlador de lógica programável (PLC), um circuito integrado de aplicação especifica, e outros circuitos programáveis, e estes termos são usados indistintamente aqui.

[0071] Um sistema de computador tipicamente inclui componentes como CPU com um meio de memória associado. O meio de memória pode armazenar instruções de programa para programas de computador. As instruções de programa podem ser executáveis pela CPU. Um sistema de computador pode incluir adicionalmente um dispositivo de exibição tal como um monitor, um dispositivo de entrada alfanumérica tal como um teclado, e um dispositivo de entrada direcional tal como um mouse ou manche.

[0072] Um sistema de computador pode incluir um meio de memória no qual programas de computador de acordo com várias modalidades podem ser armazenados. O termo “meio de memória” tem por intenção incluir um meio de instalação, CD-ROM, uma memória de sistema de computador tal como DRAM, SRAM, EDO RAM, Rambus RAM, etc., ou uma memória não volátil tal como uma mídia magnética, por exemplo, um disco rígido ou armazenamento óptico. O meio de memória pode incluir também outros tipos de memória ou combinações dos mesmos. Adicionalmente, o meio de memória pode estar localizado em um primeiro computador, que executa os programas ou pode estar localizado em um segundo computador diferente, que se conecta ao primeiro computador por uma rede. No último caso, o segundo computador pode prover as instruções de programa ao primeiro computador para execução. Um sistema de computador pode tomar várias formas tal como um sistema de computador pessoal, sistema de computador mainframe, estação de trabalho, aplicação de rede, aplicação de Internet, assistente digital pessoal (“PDA”), sistema de televisão ou outro dispositivo.

[0073] O meio de memória pode armazenar um programa de software ou programas operáveis para implementar um método para processar reivindicações de seguro. O(s) programa(s) de software podem ser implementados de várias maneiras, incluindo, mas não limitado a, técnicas com base em procedimento, técnicas com base em componente, e/ou técnicas orientadas por objetos, dentre outras. Por exemplo, os programas de software podem ser implementados usando Java, controles ActiveX, objetos C++, Javabeans, Microsoft Foundation Classes (“MFC”), aplicações com base em browser (por exemplo, miniaplicativos Java), programas tradicionais, ou outras tecnologias ou metodologias, como desejado. Um CPU tal como um CPU hospedeiro que executa um código e dados a partir do meio de memória pode incluir um meio para criar e executar o programa de software ou programas de acordo com as modalidades descritas aqui.

[0074] A FIG. 2 é uma ilustração esquemática de uma modalidade de um sistema de controle. O sistema de controle 114 pode implementar controle de vários dispositivos, dados de sensor recebidos, e realizar computações. Em uma modalidade, um controlador de lógica programável (“PLC”) de um sistema de controle implementa as seguintes sub-rotinas: Partida; Abaixar broca até o fundo; Iniciar perfuração; Monitorar perfuração; Iniciar deslizamento a partir da perfuração rotativa; Manter face de ferramenta e perfuração por deslizamento; Iniciar perfuração por deslizamento a partir do deslizamento; Parar perfuração; Elevar coluna até a posição final.

[0075] Cada sub-rotina pode ser controlada com base em pontos de ajuste definidos pelo usuário e a saída de várias rotinas de software. Uma vez que cada junção do tubo de perfuração é feita, controle pode ser entregue a um PLC do sistema de controle.

[0076] Operações de perfuração podem incluir perfuração rotativa, perfuração por deslizamento, e combinações das mesmas. De maneira geral, perfuração rotativa pode seguir um trajeto relativamente reto e a perfuração por deslizamento pode seguir um trajeto relativamente curvado. Em algumas modalidades, modos de perfuração rotativa e perfuração por deslizamento são usadas em combinação para alcançar uma trajetória especificada.

[0077] Vários parâmetros que podem ser monitorados incluem detecção de perda de motor de lama e recuperação, limite de impulso de superfície, balanço de fluxo de entrada/fluxo de saída de lama, e estabilidade de torque. Um PLC pode implementar automaticamente respostas de condição fora de faixa para qualquer um de todos estes parâmetros.

[0078] Em certas modalidades, uma abertura em uma formação é feita usando perfuração rotativa apenas (sem perfuração por deslizamento). Os parâmetros de perfuração são controlados para ajustar a inclinação. Em certas modalidades, a queda é conseguida por uma combinação de RPM diminuída e fluxo diminuído com taxa de penetração aumentada.

[0079] Em certas modalidades, um sistema de perfuração inclui um manípulo de tubo automatizado integrado. O manípulo de tubo automatizado integrado pode permitir que o sistema de perfuração perfure seções inteiras automaticamente. Serviços tais como fluido de perfuração, combustível, e remoção de resíduos podem ser mantidos.

[0080] Um PLC pode controlar automaticamente um ou mais dos parâmetros.

[0081] Em algumas modalidades, um sistema de controle provê um pacote de cálculos de engenharia necessários para perfurar um poço. Módulos de engenharia podem ser providos, por exemplo, para levantamento, plano de poço, perfuração direcional, torque e arraste, e hidráulica. Em uma modalidade, cálculos são realizados contra dados em tempo real recebidos a partir dos sensores de equipamento de perfuração, sensores de equipamento de lama e de MWD e reportar ao sistema de controle através de uma base de dados (tal como uma base de dados de servidor SQL). Os resultados de cálculo podem ser usados para monitorar e controlar o equipamento de perfuração enquanto a perfuração é executada.

[0082] Em algumas modalidades, um sistema de controle inclui uma interface de usuário gráfica. A interface de usuário gráfica pode exibir, e permitir entradas para vários parâmetros de perfuração. A tela de interface de usuário gráfica pode atualizar constantemente enquanto o programa está rodando e recebendo dados. O exibidor pode incluir tal informação como: - a profundidade corrente, pressão e torque do furo de poço e da coluna de perfuração, e uma análise de desempenho BHA que provê o sumário de desempenho direcional dos intervalos de perfuração por deslizamento e rotativa; - um sumário da posição da última posição de levantamento, extremidade corrente do furo, o ponto no plano de poço que representa o ponto mais próximo a partir da extremidade do furo e finalmente a posição de uma distância projetada a partir do plano de poço. Estes podem ser todos representados como uma posição de levantamento ilustrando profundidade, inclinação, azimute e profundidade vertical real em cada posição; - a distância e a direção entre a extremidade de furo e o plano de furo, e o estado de perfuração corrente e os resultados de ajuste direcional.

[0083] Em algumas operações de perfuração, testes são realizados para calibrar instrumentos e para determinar relações entre vários parâmetros e características. Por exemplo, no inicio de uma operação de perfuração, um teste de perfuração pode ser corrido para determinar a vazão contra pressão e etc. As condições durante os testes de calibração podem não, no entanto, refletir as condições atualmente encontradas durante a perfuração. Como resultado, os dados a partir de alguns testes de calibração comumente usados podem ser inadequados para controlar efetivamente a perfuração. Alem disso, alguns testes de calibração existentes não proveem informação precisa suficiente para otimizar desempenho (tal como uma taxa óptica de penetração ou controle direcional), ou para lhe dar com condições adversas que podem surgir durante a perfuração, tal como perda do motor de lama.

[0084] Em algumas modalidades, uma relação é avaliada, para um motor de lama particular, entre torque de saída do motor e pressão diferencial pelo motor de lama. A relação avaliada pode ser usada para controlar operações de perfuração usando o motor de lama. A FIG. 3 ilustra a avaliação de uma relação entre o torque de saída do motor e pressão diferencial pelo motor de lama de acordo com uma modalidade. Em 160, torque é aplicado a uma coluna de perfuração na superfície da formação para girar a coluna de perfuração na formação em uma RPM de coluna de perfuração especificada. Em algumas modalidades, a coluna de perfuração pode ser girada especificamente para realizar um teste de calibração para avaliar uma relação entre o torque de saída do motor e pressão diferencial como descrito nesta FIG. 3. Em outras modalidades, a coluna de perfuração já pode estar girando como parte da perfuração rotativa de uma porção da formação no momento em que a calibração é iniciada.

[0085] Em 162, o fluido de perfuração é bombeado ao motor de lama em uma vazão especificada para girar a broca de perfuração para perfuração na formação. Em 164, o motor de lama é operado em uma pressão diferencial especificada (que pode ser proporcional a vazão do fluido de perfuração) para virar a broca de perfuração para perfuração na formação.

[0086] Em 166, o torque aplicado na coluna de perfuração é reduzido para reduzir a velocidade rotacional da coluna de perfuração para zerar enquanto continua a operar o motor de lama na pressão diferencial especificada. A redução no torque pode ser alcançada pela redução da velocidade de um acionamento rotativo do sistema de perfuração.

[0087] Em 168, um torque de fixação na coluna de perfuração na superfície da formação é medido. O torque de fixação pode ser o torque necessário para manter a coluna de perfuração na velocidade de coluna de perfuração zero enquanto o motor de lama está na pressão diferencial especificada (e a broca de perfuração então continua a perfurar).

[0088] Em 170, uma relação é modelada entre torque na broca de perfuração e pressão diferencial pelo motor de lama com base no torque de fixação medido e da pressão diferencial especificada. Em certas modalidades, o torque na broca de perfuração é assumido como sendo o valor indicado pela diferencial de pressão do motor de lama.

[0089] A FIG. 4 ilustra uma modalidade de torque medida em uma coluna de perfuração na superfície de uma formação contra tempo durante um teste para determinar uma relação torque/pressão diferencial em uma transição a partir da perfuração rotativa para perfuração por deslizamento. A curva 176 traça o torque na coluna de perfuração contra o tempo. Inicialmente, um acionador rotativo pode estar virando uma coluna de perfuração tal que o torque medido na superfície da formação está em nível relativamente estável (cerca de 5500 ft.lbs (760,4 m.kg) neste exemplo). No momento 178, a rotação é desacelerada. Enquanto a coluna de perfuração é desacelerada, torque na coluna de perfuração diminui. Em 180, o torque pode alcançar um valor relativamente estável (cerca de 650 ft.lbs (89,86 m.kg) neste exemplo). O torque na superfície irá se reduzir a um torque igual a saída de torque do motor de lama. Então, o torque estável lendo do torque na superfície em 180 pode aproximar o torque no motor de lama.

[0090] A relação entre torque na broca de perfuração e pressão diferencial pelo motor de lama pode ter uma relação linear. A FIG. 5 é um traçado de motor de lama contra pressão diferencial pelo motor de acordo com uma modalidade. A curva 182 ilustra a relação entre torque na broca de perfuração e pressão diferencial neste exemplo. Em algumas modalidades, uma relação linear é estabelecida usando dois pontos: o primeiro ponto sendo [Torque = torque de fixação na pressão diferencial especificada, Pressão diferencial = Pressão diferencial especificada] e o segundo ponto sendo em [Torque = 0; Pressão diferencial = 0]. Desde que o [Torque = 0; Pressão diferencial = 0] pode ser assumido sem correr um teste, a relação linear pode então ser determinada com apenas um ponto de teste, nomeadamente, [Torque = torque de fixação na pressão diferencial especificada, Pressão diferencial = Pressão diferencial especificada].

[0091] Para comparação, FIG. 5 inclui curva de especificação de motor 184. A curva de especificação de motor 184 representa o que uma curva de especificação de motor do fabricante pode tipicamente parecer para um motor de lama testado para produzir curva 182.

[0092] Em algumas modalidades, uma coluna de perfuração é permitida para desenrolar antes de medir o torque de fixação. Se referindo a FIG. 4, a curva 186 ilustra deslizamento de um conjunto de furo abaixo enquanto a coluna de perfuração desenrola. O traçado mostra a relação entre o torque e rolo de ferramenta de face BHA quando a RPM da coluna na superfície é zero. Com a broca na perfuração do fundo, enquanto a RPM do tubo de perfuração é ajustado para zero, o torque aprisionado na coluna gira o BHA para a direita até que o torque na coluna na superfície seja balanceado com o torque reativo do motor tentando girar o BHA na direção oposta. Então, em 188, enquanto a rotação do rotativo é parada, a coluna de perfuração está em um rolagem para direita de 0 graus. Enquanto o tempo passa, a coluna de perfuração se desenrola até que a coluna de perfuração alcance um nível estável em 190 (cerca de 750 graus, 2,1 viradas, neste exemplo). A medição de torque de superfície quando o rolo de BHA estabiliza pode ser uma medição direta da saída de torque de motor. O desenrolamento pode durar, em um exemplo, cerca de 2,5 minutos.

[0093] Em algumas modalidades, um teste para avaliar uma relação entre torque na broca de perfuração e pressão diferencial pelo motor de lama é periodicamente repetido. O teste pode ser usado, por exemplo, para checar o desempenho do motor enquanto a perfuração progride em uma formação. Adicionalmente, o teste pode ser realizado qualquer hora que a perfuração por deslizamento ocorra e o torque de superfície esteja estabilizado.

[0094] A pressão diferencial pelo motor de lama pode ser medida diretamente, ou estimada a partir de outras características medidas. Em algumas modalidades, a pressão diferencial pelo motor de lama é estimada a partir de leituras de pressão de tubo vertical. Periodicamente “zerar” pode ser realizado para minimizar o erro na medição de pressão de tubo vertical “de fundo” capturada. Em outras modalidades, a pressão diferencial pelo motor de lama pode ser estabelecida pelo cálculo pela pressão de circulação de fundo e comparar a mesma com a pressão de tubo vertical atual.

[0095] Em algumas modalidades, múltiplos cálculos de peso em broca são monitorados como uma ferramenta de diagnóstico. Em uma modalidade, os valores são monitorados automaticamente. Por exemplo, um sistema de controle pode monitorar condições e avaliações: (1) tensão superficial corrente - tensão superficial de fundo; (2) modelo de arraste e torque de peso em broca (“WOB”) usando tensão de superfície e fator de fricção de fundo; (3) modelo de arraste e torque de WOB usando torque e fator de fricção de fundo; e (4) teste de perfuração WOB contra pressão diferencial do motor.

[0096] Em algumas modalidades, o sistema de controle pode incluir lógica para controlar perfuração com base em diferentes subconjuntos de avaliações descritas acima. Por exemplo, em perfuração por deslizamento, os métodos 1 e 3 acima podem não ser válidos. Se, durante a perfuração por deslizamento o BHA desliga, o método 2 também pode se tornar invalido (o método 2 pode, por exemplo, ler muito alto enquanto nem todo do peso está transferido a broca. Em algumas modalidades, o monitoramento da lógica pode ser baseado em uma ou mais comparações entre dois ou mais dos métodos de avaliação dados acima. Um exemplo de monitoramento lógico é “Se durante a perfuração por deslizamento, método 4 difere do método 2 por mais do que (ponto de ajuste de usuário %), ‘desligamento’ detectado”. Como outro exemplo, se, durante perfuração rotativa, WOB a partir do método de avaliação 3 é maior do que o método de avaliação 2 por mais do que (ponto de ajuste de usuário %), então o sistema automatizado pode reportar a detecção de uma condição de “torque de excesso para girar a coluna”. Em algumas modalidades, ROP ou RPM de coluna podem ser reduzidos até que as avaliações de peso em broca retornem para a tolerância.

[0097] Em certas modalidades, cálculos de energia específica mecânica (“MSE”) são usados em um processo de perfuração automática. No caso descrito acima, por exemplo, “torque de excesso para girar a coluna” pode registrar como alto MSE.

[0098] Em uma modalidade, peso em uma broca de perfuração usada para formar uma abertura em uma formação subsuperfície é avaliado usando medição de pressões diferenciais pelo motor de lama.

[0099] A FIG. 6 ilustra a avaliação de peso em broca de perfuração usando pressão diferencial de acordo com uma modalidade. Em 200, uma relação entre torque em uma broca de perfuração usada para formar uma abertura e pressão diferencial pelo motor usado para operar a broca de perfuração é estabelecida. Em algumas modalidades, a relação é estabelecida usando medição de torque em uma broca de perfuração na superfície da formação, como descrito acima com relação a FIG. 4.

[00100] Em 202, um relação de peso em broca de perfuração para pressão diferencial de motor é modelada. Em uma modalidade, o peso em broca é modelado com base em uma diferença no método de carga em gancho. Em outra modalidade, o peso em broca é baseado em um torque dinâmico e modelo de arraste por exemplo a estimativa de torque de carga lateral induzida por broca para peso em broca pode ser usada.

[00101] Em 204, durante operações de perfuração, pressão diferencial pelo motor é medida. Em 206, o peso na broca de perfuração é estimado usando o modelo estabelecido em 202. Uma relação entre peso na broca de perfuração e pressão diferencial de motor (torque na broca de perfuração) avaliada como descrita acima pode permanecer válida enquanto se perfura em uma dada litologia.

[00102] Em algumas modalidades, WOB é avaliada para múltiplas leituras de pressão diferencial feitas do curso de uma operação de perfuração. Os pontos de dados podem ser ajustados a pontos para estimar continuamente WOB com base em pressão diferencial medida. O ajuste de curva pode definir uma relação linear entre WOB e pressão diferencial. Em uma modalidade, as pressões diferenciais são lidas durante um ou mais testes de perfuração. A FIG. 7 ilustra um exemplo de relação estabelecida usando múltiplos pontos de teste. Os pontos 210 podem ser ajustados em curva para produzir relação linear 212.

[00103] Em algumas modalidades, um teste para se referir WOB para pressão diferencial é realizado enquanto o seio da coluna de perfuração está dentro de uma tubulação interna de perfuração. Quando o seio da coluna de perfuração está dentro de uma tubulação interna de perfuração, o peso medido em broca usando tanto o método de “diferença carga de gancho” ou um torque dinâmico e modelo de arraste pode ser relativamente preciso, como a incerteza de fator de fricção de furo aberto pode ser minimizado. Em uma modalidade, um teste é corrido quando primeiro se perfura fora de uma coluna de tubulação interna em uma nova formação. Em algumas modalidades, uma relação WOB/pressão diferencial é determinada em uma seção horizontal de um poço.

[00104] Em algumas modalidades de um peso em broca para uma formação, um aumento na carga lateral associada com aumento de peso em broca é levado em conta para usar medições de torque tomado quando a coluna de perfuração está na formação. Por exemplo, medição de torque pode ser usada para resolver para peso desconhecido em broca usando um modelo de arraste e torque. Em uma modalidade, medições são tomadas, e peso em broca avaliado, em cada junção, por exemplo, cada tempo de perfuração é iniciado como parte de um teste de perfuração. Em certas modalidades, um fator de fricção constante é assumido.

[00105] A FIG. 8 ilustra avaliação de uma relação de peso em broca que inclui uma determinação de torque de carga lateral induzido por peso em broca usando medições de torque de superfície e pressão diferencial. Em 214, pressão é medida para determinar uma pressão diferencial por um motor de lama enquanto se perfura. A medição pode ser, por exemplo, como descrita acima com relação a FIG. 3. Em 216, um torque de saída de motor é determinado com base na pressão diferencial. Em algumas modalidades, o torque em broca e torque de saída do motor são assumidos para ser os mesmos. A determinação do torque em broca pode ser, por exemplo, como descrito acima com relação a FIG. 3.

[00106] Em 218, torque na coluna de perfuração na superfície pode ser medido durante a perfuração. O torque na coluna de perfuração na superfície pode ser medido diretamente com instrumentação na superfície da formação.

[00107] Em 220, o torque rotativo fora do fundo é medido. Em algumas modalidades, o torque rotativo de fundo é autoamostrado usando um sistema de controle.

[00108] Em 222, uma carga lateral induzida por peso em broca é determinada a partir de estimativas e medições de torque. Em uma modalidade, um aumento em torque devido ao peso em broca é determinado usando a seguinte equação:Torque de carga lateral induzido por WOB = Torque de superfície (durante perfuração) - torque de saída de motor - torque rotativo de fundo

[00109] Em 224, um fator de fricção de fundo é determinado, a partir dos dados de torque rotativos fora do fundo. Peso em broca e torque em broca podem ambos ser zero.

[00110] Em 226, um WOB necessário para induzir o torque de carga lateral induzido por peso em broca é determinado. O WOB é baseado em um modelo de arraste e torque usando o fator de fricção fora do fundo determinado em 224. Em 228, estimativas de peso em broca são usados para controlar operações de perfuração.

[00111] A FIG. 8 ilustra um gráfico de perfuração rotativa mostrando pressões e torques medidos e calculados pelo tempo. A curva 231 mostra a pressão de tubo vertical. a curva 232 mostra o torque do motor. O torque do motor pode ser determinado a partir de calibração da pressão diferencial. A curva 233 mostra o torque de superfície medido. A curva 234 mostra o torque de carga lateral induzido por WOB. O torque de carga lateral induzido por WOB pode ser calculado como descrito acima com relação a FIG. 8. A curva 235 mostra o torque de coluna. O torque de coluna pode ser a diferença entre o torque de superfície e o torque do motor. A curva 236 mostra o torque de superfície de fundo.

[00112] Em algumas modalidades, uma operação de perfuração automática é realizada usando pressão diferencial por um motor de bomba como a variável de controle primária. Em algumas modalidades, uma relação entre pressão diferencial por um motor de bomba e torque de motor de saída é estabelecida usando a medição do torque em uma coluna de perfuração na superfície da formação, como descrito acima com relação a FIG. 3. Um sistema de controle pode automaticamente monitorar condições, tais como vazão de lama, WOB, e torque de superfície. Em uma modalidade, um sistema de controle automático busca uma pressão diferencial alvo pelo aumento da taxa de movimento para frente de uma coluna de perfuração em um furo enquanto as condições predefinidas são alcançadas. As condições predefinidas podem ser, por exemplo, pontos de ajuste definidos por usuário ou faixas que não podem ser excedidas. Exemplos de pontos de ajuste incluem: WOB está dentro (ponto de ajuste do usuário) do WOB máximo, torque de superfície está dentro (ponto de ajuste do usuário) do torque máximo, vazão de lama cai abaixo (ponto de ajuste do usuário) da vazão alvo, instabilidade de torque excede (ponto de ajuste do usuário), vazão para fora difere de vazão por mais do que (ponto de ajuste do usuário), perda é detectada, desligamento é detectado, torque de excesso para perfurar é detectado, pressão de tubo vertical difere de pressão de circulação calculada por mais do que (ponto de ajuste do usuário). Em uma modalidade, pressão diferencial alvo é 250 psi (1,72 MPa).

[00113] Em uma modalidade, perfuração direcional inclui abaixamento pelo aumento da vazão de lama e construção pela diminuição de uma RPM e/ou fluxo. Em algumas modalidades, parâmetros de perfuração rotativa são ajustados para ajustar o controle de trajetória de ajuste de inclinação para as laterais (sem, por exemplo, a necessidade de perfuração por deslizamento).

[00114] Em uma modalidade, sub-rotinas individuais em um PLC são incrementalmente unidas juntas para permitir junções completas para serem perfuradas autonomamente com combinações de perfuração por deslizamento e rotativa. Em certas modalidades, uma broca é mantida no fundo e perfuração de baixa RPM para sincronizar a face de ferramenta BHA com a posição de superfície anterior a perfuração por deslizamento. Isto pode permitir um PLC de parar a BHA no alvo da face de ferramenta e continuar perfurando em modo de deslizamento sem necessidade de parar a perfuração ou erguer a broca do fundo.

[00115] Em certas modalidades, um torque, um arraste, limite de coluna, e modelo hidráulico são corridos ao vivo. O modelo pode estimar o limite na coluna e gerar estimação de face de ferramenta contínua para apoiar o sistema de controle autônomo enquanto perfura em alta Taxa de Penetração (ROP). Em certas modalidades, o modelo pode gerar valor limite de saída a qualquer momento e preencher lacunas entre atualizações de fundo de poço. Pressão hidráulica pode ser calculada com a precisão desejada para ter o torque do motor. O peso em broca também pode ser obtido, por exemplo, para propósitos de analise de energia mecânica especifica (“MSE”).

[00116] Em algumas modalidades, um fator de fricção pode ser determinado a partir de medições teste. Por exemplo, um fator de fricção pode ser estabelecido a partir da saída do motor e torque medido na superfície. Com entrada de parâmetros de perfuração tais como RPM, ROP, torque rotativo de superfície, carga de gancho de superfície, o torque de broca pode ser calculado. Correspondendo o valor de torque de motor com o torque de broca calculado, um fator de fricção de furo aberto pode ser determinado (por exemplo, pela iteração para determinar um valor de um fator de fricção onde os torques se correspondem). Em algumas modalidades, peso em broca, torque ao longo da coluna, e limite de coluna são obtidos, por exemplo, pela utilização de fatores de fricção de furo aberto medidos automaticamente durante movimentações de fundo da coluna de perfuração. Em certas modalidades, se o fator de fricção está em um ou abaixo de um valor mínimo especifico (tal como 0,2) ou em um ou acima de um valor máximo especifico (tal como 0,7), a perfuração pode ser parada e a solução do problema realizada.

[00117] Uma vez que o WOB de furo abaixo previsto e o torque do motor estão disponíveis, torque como uma função do WOB pode ser computado, traçado, e exibido. Em certas modalidades, uma curva MSE é determinada e exibida. Perfuração pode ser realizada automaticamente usando os valores calculados, tal como o WOB calculado. Em certas modalidades, o fator de fricção pode ser recalculado enquanto a perfuração é realizada e usado na perfuração automática.

[00118] Em uma modalidade, um método para avaliar uma pressão usada para formar uma abertura em uma formação subsuperfície inclui medir uma pressão basal quando a broca de perfuração está girando livremente na abertura na formação. Uma viscosidade basal de fluido escoando através da broca de perfuração é avaliada com base na pressão basal medida. Enquanto a broca de perfuração perfura mais na formação, a vazão, densidade, e viscosidade de fluido escoando através da broca de perfuração são avaliados. Enquanto a operação de perfuração continua, a pressão basal pode ser reavaliada com base na vazão, densidade e viscosidade avaliadas do fluido escoando através da broca de perfuração.

[00119] Em algumas modalidades, a viscosidade pode ser determinada a partir de pressão diferencial. Em uma modalidade, medidores de fluxo Coriolis são usados para medir fluxo e densidade para dentro e fora do poço. Pressão diferencial é medida em um comprimento definido de linha de distribuição de lama (que pode ser entre a bomba e o equipamento de perfuração de um sistema de perfuração). A FIG. 9 ilustra a relação entre a pressão diferencial e a viscosidade em um tubo. O exemplo ilustrado na FIG. 9 está baseado em uma linha de distribuição de lama de 20 m de comprimento de 2 polegadas (5,08cm). A curva 240 está baseada em uma vazão de 400 galões por minuto (1514,16 litros por minuto). A curva 242 está baseada em uma vazão de 250 galões por minuto (946,35 litros por minuto).

[00120] A determinação da viscosidade usando pressão diferencial pode eliminar a necessidade de um medidor de viscosidade. Em algumas modalidades, no entanto, um medidor de viscosidade pode ser incluído em um sistema de perfuração.

[00121] Em uma modalidade, uma broca de perfuração é automaticamente posicionada no fundo da abertura de uma formação subsuperfície. Bombas de lama são ligadas e após um tempo predeterminado a vazão se desloca (em uma taxa predeterminada) para a vazão alvo. A vazão de fluido para a coluna de perfuração é monitorada e controlada para ser a mesma (dentro de pontos de ajuste limites de usuário) que a vazão fora do poço. A pressão de tubo vertical é permitida de alcançar um estado relativamente estacionário. A coluna de perfuração é girada em uma RPM predeterminada. A broca de perfuração é movida em direção ao fundo da abertura em uma taxa selecionada de avanço até um aumento consistente na pressão diferencial medida indique que a broca de perfuração está no fundo da abertura. Em algumas modalidades, isto corresponde a profundidade de broca (cavernas no fundo do furo ou erros na medição de profundidade podem, no entanto, fazer com que o “fundo” seja detectado apesar de não corresponder a profundidade dos cálculos). Um número de pontos de ajuste pode ser estabelecido e variáveis monitoradas durante a rotina de “abaixamento da broca até o fundo”. A rotação da coluna de perfuração pode ser realizada antes das bombas de lama serem engatadas para reduzir a pressão quando recomeça o fluxo de lama no anular. A broca de perfuração pode ser apoiada no fundo da abertura se a vazão de fluido no tubo de perfuração não é substancialmente a mesma que a vazão de fluido para fora da abertura.

[00122] Durante operações de perfuração, uma vez que perfuração progride a profundidade máxima disponível para um dado comprimento de tubo de perfuração, o equipamento de perfuração é usado para finalizar a perfuração e preparar para adicionar outro comprimento do tubo de perfuração.

[00123] Em uma modalidade, um tubo de perfuração é avançado em uma formação. O avanço do tubo é parado (por exemplo, quando a profundidade disponível máxima para o comprimento do tubo de perfuração é alcançada). A pressão diferencial pelo motor de lama é permitida de diminuir. Em algumas modalidades, a pressão diferencial é permitida de diminuir até um ponto de ajuste de usuário. Uma vez que a pressão diferencial diminuiu a um nível prescrito, a coluna de perfuração pode ser apanhada. Um modelo de arraste e torque pode ser usado para monitorar as forças necessárias para realizar o apanhamento. Em uma modalidade, as forças por elas mesmas podem prever e usar como marcadores de alarme (se excedidas, por exemplo, por uma quantidade definida por usuário). Em outra modalidade, o fator de fricção de fundo é usado. Por exemplo, se o fator de fricção de fundo está sobre uma quantidade especifica (tal como > 0,5), uma condição de alarme “de repuxo de furo apertado” pode ser disparada. Após o disparo de um alarme, um procedimento de mitigação pode ser iniciado.

[00124] Em uma modalidade, o fator de fricção de furo aberto é avaliado durante a perfuração. Em certas modalidades, o fator de fricção de furo aberto é continuamente avaliado. Por exemplo, em modalidade, o fator de fricção de furo aberto é continuamente avaliado para verificar que condições de furo de poço “normais” existem como uma permissão para complemento da(s) tarefa(s) selecionada(s). Sub-rotinas de manipulação de erro podem ser definidas para evitar e mitigar condições de furo de sondagem ruins.

[00125] Perda de motor de lama é um evento comum. Tipicamente, a seção de energia do motor contém um rotor que é acionado para girar pelo fluxo de fluido de perfuração através da unidade. A velocidade de rotação é controlada pela vazão de fluido. A seção de energia é um sistema de desvio positivo como resistência a rotação (um torque de ruptura) é aplicado no rotor (a partir da broca), a pressão necessária para manter a vazão de fluido fixa aumenta. Sob várias condições, a capacidade da seção de energia de manter o rotor girando pode ser excedida e a broca para de virar, isto é, uma perda. Uma condição de perda pode algumas vezes ocorrer dentro de um segundo.

[00126] A FIG. 10 ilustra um método de detecção de uma perda em um motor de lama e recuperar a partir da perda de acordo com uma modalidade. Em 260, uma pressão diferencial máxima é definida para a operação de perfuração. Em 261, a perfuração pode ser iniciada. Em 262, pressão diferencial pode ser avaliada. Se a fator de fricção de furo aberto avaliada está na ou acima da pressão diferencial máxima designada, uma condição de perda no motor é avaliada em 263.

[00127] Pela detecção de uma perda, fluxo para o motor de lama é automaticamente desligado (por exemplo, pelo desligamento de uma bomba para o motor) em 264. Em algumas modalidades, rotação da coluna de perfuração acoplada a broca de perfuração é automaticamente parada em 265. Em algumas modalidades, pela detecção da perda, movimento de tubo de perfuração é automaticamente parado (movimento de coluna de perfuração para frente é reduzido a zero). Em 266, a pressão diferencial é permitida de cair abaixo da pressão diferencial máxima designada antes de permitir reinicio do motor. Em algumas modalidades, a pressão de excesso é aliviada ou permitida de ser aliviada. Em 268, a broca de perfuração pode ser erguida do fundo do poço. Em 270, o motor é reiniciado. Em 272, perfuração é reiniciada.

[00128] Em uma modalidade, pressão de tubo vertical de fundo é medida durante perfuração. Uma pressão diferencial máxima de motor de lama é avaliada. Uma perda é indicada quando a soma da pressão de tubo vertical de fundo e da pressão diferencial máxima de motor excede um nível especifico. Em uma modalidade, a pressão de tubo vertical é medida com um sensor de pressão de tubo vertical de equipamento.

[00129] O acúmulo excessivo de recortes em um poço durante a perfuração pode afetar adversamente uma operação de perfuração. Em uma modalidade, medição de balanço de massa de recortes perfurados é usada para monitorar condições do poço. Em algumas modalidades, a informação da medição de balanço de massa é usada para realizar automaticamente operações de perfuração.

[00130] Em algumas modalidades, um método para avaliar a eficiência de limpeza de furo de perfuração em uma formação subsuperfície escavada a partir do poço pode ser determinado, em uma modalidade, pela utilização de registro deslocado, registro de perfilagem durante a perfuração (“LWD”) em tempo real, de densidade do volume da formação. O comprimento e o diâmetro do furo pode ser usado para prover o volume, e o registro de densidade do volume pode prover a estimativa de densidade.

[00131] Uma massa de recortes removidos do poço pode ser determinada pela medição da massa total de fluido que entra no poço e a massa total de fluido que sai do poço, e então subtrair a massa total de fluido que entra do poço a partir da massa total de fluido que sai do poço. A massa de recortes que permanece no poço pode ser estimada pela subtração da massa determinada de recortes removidos do poço a partir da massa determinada de rocha escavada no poço. Em certas modalidades, uma quantidade medida de eficiência de limpeza de furo pode ser avaliada com base na massa determinada de recortes que permanecem no poço. A FIG. 11 ilustra uma modalidade de um método de determinação de eficiência de limpeza de furo. Perdas de fluido parciais podem ser tomadas em conta pela exclusão da massa de fluido perdida a partir da reconciliação.

[00132] Em algumas modalidades, monitoramento contínuo de densidade de fluidos de perfuração e vazão é alcançada usando medidores de fluxo de massa Coriolis. Em uma modalidade, medidores Coriolis são providos tanto nas linhas de sucção e de retorno para medir fisicamente o fluxo de massa de fluido que entra e dados de temperatura. Em uma modalidade, um densímetro, medidor de fluxo, e viscosímetro são montados em linha (por exemplo, em um escorregador posicionado entre o tanque de lama ativo e bombas de lama). Em uma modalidade, um viscosímetro é um viscosímetro TT-100. O densímetro, medidor de fluxo, e o viscosímetro podem medir fluido que entra no poço. Um segundo medidor Coriolis está instalado na linha de fluxo para medir o fluido que sai do poço.

[00133] Em algumas modalidades, um sistema de controle é programado para prover uma perfuração autônoma e processo de coleta de dados. O processo pode incluir monitorar vários aspectos de desempenho de perfuração. Uma porção do sistema de controle pode ser dedicado ao processamento de dados de fluidos de perfuração. O sistema de controle pode usar entradas manuais de dados de fluidos de perfuração, medições sensoriais, e/ou cálculos matemáticos para ajudar a estabilizar indicadores e tendências a validar o desempenho de perfuração em tempo real. Em algumas modalidades, os dados coletados podem ser usados para determinar uma Eficiência de Limpeza de Furo.

[00134] Em algumas modalidades, parâmetros de fluido de perfuração são medidos em tempo real. Medições em tempo real também podem aumentar a objetividade dos dados para facilitar uma resposta imediata a flutuações de fluido de perfuração. Em algumas modalidades, densidade, viscosidade e vazão são medidos em tempo real durante a perfuração. Controle e coleta de dados em tempo real de vazão de lama e densidade dentro e fora do poço pode permitir otimização de parâmetro de perfuração precisa. Um sistema de controle pode, por exemplo, reagir automaticamente e fazer ajustes de otimização com base em sinais de sensor (com ou sem envolvimento humano).

[00135] Em algumas modalidades, a medição do balanço de massa de recortes perfurados é usada para prover indicação de tendências para eficiência de limpeza de furo. Em uma modalidade, um cálculo de balanço de massa para um índice de limpeza de furo (HCI) é determinado pelo cálculo do volume de recortes deixado no poço e fazendo um hipótese de que todos os recortes são espalhados igualmente ao longo da seção horizontal do poço. A altura da cama de recortes pode ser calculada e convertida em uma área de seção transversal ocupada pelos recortes.HCI = Área de abertura de broca/Área ocupada pelos recortes

[00136] A coluna de furo de poço de fluido pode ser independente do sistema de superfície. Produtos em pó ou aditivos líquidos transferidos para o sistema ativo (se existem quaisquer produtos ou aditivos) pode não ter qualquer suporte no balanço de massa de fluido sendo circulado através do poço em tempo real. Os recortes perfurados escavados podem então ser o único “aditivo” a coluna de fluido. Uma exceção a hipótese de que os recortes perfurados são o único aditivo que deveria haver se existe um fluxo de entrada de água da formação. Em algumas modalidades, o fluxo de entrada de água é determinado pelo monitoramento para qualquer decréscimo inesperado em propriedades reológicas medidas a partir de um viscosímetro em linha. Em outras modalidades, a totalização dos volumes que entra versus volume que sai pode indicar fluxo de entradas de fluido. O HCI pode ser ajustado com base em qualquer decréscimo para levar em conta o fluxo de entrada de água.

[00137] Em uma modalidade, um medidor Coriolis possui uma agenda de calibração predefinida. O medidor Coriolis pode ter alarmes de nível alto/baixo de incorporados para confirmar os dados precisos sendo recebidos. Em um exemplo, um medidor Coriolis 6’’ possui dois tubos de fluxo, cada um tendo um diâmetro em 3,5’’ (88,9 mm). Em uma modalidade, o medidor Coriolis controla o fluxo de material para uma precisão de + 0,5 porcento da vazão pré-ajustada.

[00138] O uso de monitoramento automático da eficiência de limpeza pode eliminar ou reduzir uma necessidade de monitoramento humano de operações, tal como monitoramento de agitadores. Por exemplo, pessoal pode não ser necessário nos agitadores para medir a viscosidade e o peso de lama em intervalos periódicos. Como outro exemplo, um engenheiro da lama não necessita de apanhar amostra de lama em intervalos periódicos.

[00139] Exemplos de monitoramento de balanço de massa são dados abaixo:

Exemplo #1 - Iniciar circulação

[00140] Um medidor de sucção e um medidor de linha de fluxo são lidos e avaliados para balanço.

[00141] (Pode haver uma leve discrepância devido a temperatura de fluido, em que o fluido que sai será mais quente portanto possivelmente levemente mais leve.)

[00142] Fluido Entra/Sai: 2 m3/min x 1040 kg/m3 = 2080 kg/min

[00143] Viscosímetro fluido em linha pode medir em leituras de 600, 300, 200, 100, 6 e 3 rpm. O tempo de coleta pode ser 1 segundo em cada velocidade de RPM. 6 segundos para processar todas seis leituras.

[00144] Uma correção de temperatura pode ser feita com base em uma tabela de “observação”.

Exemplo #2 - Início da perfuração

[00145] Uma massa de rocha gerada pode ser baseada na taxa de penetração e tamanho de furo.

[00146] A massa calculada de rocha gerada pode ser representada graficamente em tempo real.

[00147] Tamanho de furo @ 311 mm x ROP @ 100 m/h = 7,59 m3 de recortes escavados/h (7,59 m3/h x 2600 kg/m3)/60 min = 329 kg/min

[00148] 2600 kg/m3 pode ser um valor assumido para a densidade de recortes - alternativamente, uma tabela de “observação” registro de densidade a partir de poços deslocados pode ser usada para distinguir a densidade para cada formação.

[00149] Uma tabela de consulta pode ser provida que inclui dados de registro de calibrador de dados deslocados para aumentar a precisão.

[00150] Uma tabela de consulta pode ser provida de forma que inclui um percentual de lavagem VS. Profundidade de poços deslocados.329 kg/min x 5% lavagem = 345 kg/min de rocha sendo gerada

[00151] Um percentual de lavagem pode ser representado graficamente como um conjunto separado de pontos de dados

[00152] O tempo de atraso pode ser computado com base no tempo que leva para esvaziar a coroa circular de lama calculada a partir do volume e vazão anulares (um tempo de “ponta-cabeça”)

[00153] Forma de recortes, tamanho, velocidade de deslizamento de fluido, perfuração vertical VS horizontal podem ser avaliados

Exemplo #3 - Balanço de massa

[00154] A massa total de fluido que entra no poço e a massa total de fluido que sai do poço são medidas. A massa total de fluido que entra no poço está subtraindo da massa total de fluido que sai do poço. A diferença pode indicar a massa de recortes perfurados removidos do poço.

[00155] Fluido que entra: 2,0 m3/min x 1040 kg/m3 = 2080 kg/min

[00156] Fluido que sai: 2,0 m3/min x 1180 kg/m3 = 2360 kg/min

[00157] A diferença é 280 kg/min

[00158] Pela subtração desta diferença da massa atual de rocha escavada, um indicador é obtido de uma massa teórica de recortes perfurados que não foram removidos do poço.Portanto 345 kg/min - 280 kg/min = 65 kg/min deixado no poço.

[00159] Em uma modalidade, medições de fluxo podem ser usadas para definir permissões no sistema de controle. Por exemplo, uma permissão pode ser definida com base em se o fluxo que sai do poço é igual ao fluxo que vai para o poço dentro de uma tolerância estabelecida.

[00160] Em algumas modalidades, o desempenho de um sistema de manipulação de sólidos de lama é monitorado com o sistema de medição Coriolis. Densidade e taxa (de fluxo de massa) de pasta fluida da coroa circular do poço podem ser medidos indo para o sistema de controle de sólidos. A eficiência do sistema na remoção de sólidos pode ser medida pelo medidor Coriolis do outro lado do sistema no ponto onde a lama entra na bomba de lama para ser enviada de volta ao furo. Pelo acompanhamento da densidade da base da lama contra a densidade da lama que vai de volta ao furo, a capacidade do sistema de remover os sólidos perfurados é avaliada.

[00161] Em algumas modalidades, sólidos deixados no poço são determinados. Um desempenho de sistema de controle de sólidos global é determinado com base em uma remoção global de massa de rocha tanto do poço quanto do fluido de perfuração. O desempenho de sistema de controle de sólidos global pode prover um indicador de quantos recortes são deixados no poço. Em uma modalidade, a massa medida de rocha é traçada contra a massa teórica de rocha gerada. O resultado pode ser exibido para um operador em uma interface de usuário gráfica. Em certas modalidades, um determinado limite de sólidos máximo é estabelecido. O limite pode ser exibido automaticamente a um perfurador para prover o perfurador com uma sinalização visual de que o poço não está sendo limpo adequadamente. O limite pode ser ligado como um ponto de ajuste a ser monitorado por um sistema de controle de perfuração automático. Se o sistema determina que a limpeza do furo de poço é inadequada, sub-rotinas de mitigação podem ser iniciadas tais como redução da taxa de penetração, aumento da vazão, aumento no tempo de circulação e velocidade rotativa nas fases de perfuração pós-junção e rpe.

[00162] Um desafio encontrado na perfuração direcional é controlar o deslizamento da broca de perfuração, ou da face de ferramenta do conjunto de furo abaixo (“BHA”). Como usada aqui, “face de ferramenta BHA” pode se referir a posição rotacional na qual o dispositivo de deflexão de direção (tal como uma conexão curvada) de um conjunto de perfuração é apontado. Em um conjunto de furo abaixo incluindo uma conexão curvada, por exemplo, a face de ferramenta BHA sempre é deslizada fora de eixo do posicionamento da coluna de perfuração na extremidade da coluna. Comumente, quando uma seção é perfurada em um modo de rotação da perfuração, a face de ferramenta BHA continuamente muda enquanto a coluna de perfuração gira. O resultado agregado desta face de ferramenta que muda continuamente pode ser de que a direção da perfuração de fundo é geralmente reta. Em um modo de perfuração por deslizamento, no entanto, o deslizamento da face de ferramenta BHA durante o deslizamento irá definir a direção de perfuração (enquanto a face de ferramenta BHA pode permanecer pontuada geralmente em uma direção sobre o curso do deslizamento), e portanto pode ser controlado dentro de tolerâncias aceitáveis. Em adição, quando se muda de um segmento de perfuração para outro segmento de perfuração ou de um modo de perfuração para outro modo de perfuração, reestabelecer a face de ferramenta BHA pode necessitar envolvimento substancial de um operador e/ou pode necessitar de que a broca de perfuração seja parada, ambos os quais podem desacelerar a taxa de progresso e eficiência de perfuração.

[00163] O desafio de controlar a face de ferramenta BHA pode ser composto pelo enrolamento da coluna de perfuração. Durante a perfuração, a broca de perfuração e a coluna de perfuração são sujeitadas a várias cargas de torque. Em uma típica operação de perfuração rotativa, por exemplo, um acionador rotativo, tal como um acionador de topo ou mesa rotativa, é operado para aplicar torque a coluna de perfuração na superfície da formação para girar a coluna de perfuração. Desde que o conjunto de furo abaixo e porções mais baixas da coluna de perfuração estão em contato com os lados e/ou fundo da formação, a formação pode exercer contra-atuação, torque resistivo na coluna de perfuração na direção oposta enquanto o acionador rotativo (por exemplo, sentido anti-horário, como visto de cima). Estes torque contra-atuantes no topo e fundo da coluna de perfuração fazem com que a coluna de perfuração torça, ou “enrole”, dentro da formação. A magnitude das mudanças de enrolamento muda dinamicamente enquanto cargas externas impostas na coluna de perfuração mudam. Adicionalmente, a broca de perfuração e a coluna de perfuração podem também ter torque relacionado a operações de perfuração (tal como rotação resistente a torque da broca de perfuração na abertura). Em sistemas de perfuração onde o deslizamento angular da broca de perfuração é usada para controlar a direção da perfuração (tal como durante perfuração por deslizamento), o enrolamento coluna de perfuração pode limitar a habilidade de um operador de controlar e monitorar processos de perfuração.

[00164] Um modo de medir a direção da face de ferramenta é com instrumentação de fundo de poço (por exemplo, uma ferramenta MWD em um conjunto de furo abaixo). Como em qualquer medição da ferramenta de MWD, no entanto, as medições de face de ferramenta podem não prover medição contínua da face de ferramenta, mas apenas “cópias instantâneas” intermitentes da face de ferramenta. Ainda mais, estas leituras intermitentes podem levar algum tempo para alcançar a superfície. Assim, quando a coluna de perfuração está girando, a posição rotacional reportada mais recentemente da face de ferramenta da ferramenta de MWD pode atrasar a posição rotacional real da face de ferramenta.

[00165] Em algumas modalidades, a posição rotacional de uma coluna de perfuração na superfície de uma formação é usada para estimar a posição rotacional da face de ferramenta BHA. Em uma modalidade, uma posição rotacional de um BHA é correlacionada com uma posição rotacional de um acionador de topo girando um fuso na superfície da formação. Por exemplo, pode ser estabelecido que sob uma particular condição, se a face de ferramenta é apontada para cima, então a posição rotacional do acionador de topo está em 25 graus de uma dada referencia. O processo de correlacionar a posição rotacional da face de ferramenta BHA com uma posição rotacional na superfície da formação é referida aqui como “sincronização”. Em algumas modalidades, a sincronização inclui computar dinamicamente uma “face de ferramenta de lado de topo”. A “face de ferramenta de lado de topo” em um dado tempo pode ser a posição rotacional estimada da face de ferramenta determinada usando a posição rotacional real medida do acionador de topo, em combinação com dados recentes da face de ferramenta BHA recebidos da ferramenta MWD. Como a posição rotacional no acionador de topo está continuamente disponível, a face de ferramenta de lado de topo pode ser um indicador contínuo da face de ferramenta BHA. Este indicador contínuo pode preencher lacunas de tempo entre as atualizações de fundo de poço intermitentes da ferramenta MWD, tal que melhor controle da face de ferramenta (e assim da trajetória) é alcançado do que poderia ser feito com os dados de face de ferramenta MWD sozinhos. Uma vez sincronizada, a face de ferramenta de lado de topo pode ser usada por um sistema de controle para parar a coluna de perfuração com a face de ferramenta BHA em uma desejada posição rotacional, por exemplo, para conduzir a perfuração por deslizamento.

[00166] Em algumas modalidades, a sincronização da face de ferramenta é realizada com a coluna de perfuração em um ponto de ajuste de RPM especifico e uma pressão diferencial de motor alvo, enquanto outros pontos de ajuste de perfuração e alvos são mantidos.

[00167] Em algumas modalidades, a sincronização é baseada em dados de face de ferramenta BHA da ferramenta MWD. Um valor de face de ferramenta de gravidade (“GTF”) é recebido da ferramenta MWD. A sincronização pode incluir sincronizar uma face de ferramenta BHA com uma posição rotativa na superfície da formação. Em certas modalidades, uma face de ferramenta de lado de topo é usada para prever onde o valor de face de ferramenta BHA irá cair quando um valor da face de ferramenta BHA é recebido da ferramenta MWD. O tempo de atraso entre a amostragem da face de ferramenta e decodificação dos dados na superfície podem ser levados em conta pela programação do tempo de atraso em um PLC ou pelo medido e levando em conta um desvio com base em RPM (por exemplo, pela parada da face de ferramenta de lado de topo cedo pela quantidade “deslocada”). Como notado acima, uma vez que a face de ferramenta é sincronizada, um controlador de lógica programável pode parar a face de ferramenta BHA em uma posição desejada para iniciar perfuração por deslizamento.

[00168] A FIG. 12 ilustra a sincronização da face de ferramenta usando dados de MWD de acordo com uma modalidade. Em 300, o rotor de superfície pode ser desacelerado para uma RPM de flutuação de face de ferramenta. Em 302, leitura da face de ferramenta BHA pode ser lida da ferramenta MWD até um designado número de amostras ser alcançado.

[00169] Em 304, limites de posição de rotor alto e baixo podem ser determinados em torno de um ponto de ajuste de face de ferramenta BHA. Em uma modalidade, o desvio de ângulo entre o ponto de ajuste de face de ferramenta desejado é calculado a partir de modelos e/ou da média estável das últimas leituras de face de ferramenta. O Limite Ponto de Ajuste de face de ferramenta Desejado Baixo e o de Ponto de Ajuste de face de ferramenta Desejado Alto podem ser determinados a partir da face de ferramenta MWD desejada. Face de ferramenta de lado de topo (uma posição rotacional) pode ser calculada com base na posição rotativa corrente e no desvio de ângulo calculado.

[00170] Em 306, uma avaliação é feita se a face de ferramenta de lado de topo está dentro da tolerância estabelecida. Se a face de ferramenta de lado de topo não está dentro da tolerância estabelecida, um rotor pode continuar a virar na RPM flutuante. A face de ferramenta de lado de topo pode ser reavaliada até que a face de ferramenta de lado de topo entre na tolerância estabelecida. Quando a face de ferramenta de lado de topo está dentro das tolerâncias estabelecidas, a coluna de perfuração pode ser parada sendo posta em neutro em 308. Em algumas modalidades, uma sincronização de face de ferramenta BHA tal como descrita acima é usada na transição de perfuração rotativa para perfuração por deslizamento. Em outras modalidades, uma sincronização de face de ferramenta BHA pode ser usada em uma rotina de perfuração de parada. Em certas modalidades, a sincronização de face de ferramenta é usada quando um sistema de perfuração é puxado ao nível de “parada” para posicionar o MWD na mesma posição rotacional em cada momento, o que pode minimizar a variação de medição de azimute dependente de rolo.

[00171] Em algumas modalidades, uma operação de perfuração é realizada em dois modos: perfuração rotativa e perfuração por deslizamento. Como discutido acima, perfuração rotativa pode seguir um trajeto relativamente reto e perfuração por deslizamento pode seguir um trajeto relativamente curvado. Os dois modos podem ser usados em combinação para alcançar uma trajetória desejada. Em algumas modalidades, uma broca de perfuração pode ser mantida no fundo e girando (a toda velocidade ou em velocidade reduzida) durante uma transição automaticamente controlada de um modo de perfuração para outro (tal como de rotativo para de deslizamento, ou de deslizamento para rotativo). Em algumas modalidades, a broca pode ser mantida no fundo e girando (a toda velocidade ou em velocidade reduzida) durante uma transição automaticamente controlada de um segmento para outro (tal como de um segmento deslizado para outro segmento deslizado). Continuando a perfurar durante as transições pode aumentar a eficiência e a taxa global do processo de perfuração. Em uma modalidade, um acionador de transporte (tal como uma cremalheira ou acionador de pinhão) de um equipamento de perfuração provê força para manter a pressão diferencial do motor em um nível alvo. Em outras modalidades, o peso dos tubulares de perfuração dentro do furo de poço provê a força enquanto o equipamento de perfuração em trabalho permite a coluna de alimentar dentro do furo de poço.

[00172] Em algumas modalidades, controlar uma operação de perfuração por deslizamento inclui ajuste dinâmico da face de ferramenta BHA. Em algumas modalidades, o ajuste dinâmico é realizado durante a transição de um modo de perfuração rotativo para um modo de perfuração por deslizamento. Por exemplo, para iniciar uma transição para um modo de perfuração por deslizamento, a rotação da coluna de perfuração pode ser desacelerada para uma parada. Enquanto a perfuração por deslizamento é desacelerada para parada, a face de ferramenta BHA pode ser sincronizada. Uma vez que a face de ferramenta BHA é sincronizada, a face de ferramenta BHA pode ser ajustada (usando, por exemplo, torque de fixação aplicado na superfície da coluna de perfuração para manter a face de ferramenta BHA em uma posição rotacional desejada durante a perfuração por deslizamento e usando a rotação de superfície para ajustar o torque de fixação para cima ou para baixo intermitentemente para realizar uma mudança na face de ferramenta BHA. Em algumas modalidades, um sistema de perfuração é preparado para perfuração por deslizamento pela sincronização da face de ferramenta BHA e da “face de ferramenta de “lado de topo” para permitir rotação da coluna de perfuração para ser parada quando a face de ferramenta BHA está na posição desejada. Uma vez que a face de ferramenta BHA é parada na posição desejada, desenrolamento da coluna de perfuração pode ser realizado para reduzir o torque de superfície para o torque de fixação necessário. Uma vez que a coluna de perfuração está desenrolada, a face de ferramenta BHA pode ser mantida com um torque de fixação transmitido por um sistema de acionamento rotativo na superfície da formação.

[00173] A FIG. 13 ilustra uma transição de um sistema de perfuração de uma perfuração rotativa para perfuração por deslizamento. Nesta modalidade, a transição inclui ajuste dinâmico de uma face de ferramenta BHA. Em 318, a face de ferramenta BHA é sincronizada. Em uma modalidade, a sincronização pode ser como descrita acima com relação a FIG. 12. Em algumas modalidades, durante ou após a sincronização, o acionador rotativo é parado tal que a face de ferramenta BHA está dentro da tolerância de um ponto de ajuste de posição rotacional desejado.

[00174] Em algumas modalidades, durante a sincronização de face de ferramenta, a pressão diferencial pelo motor de lama que opera a broca de perfuração (que pode se correlacionar a TOB e/ou WOB) é trazida para e/ou mantida em ponto de ajuste alvo para perfuração por deslizamento. Em outras modalidades, pressão diferencial pode ser em um nível diferente da pressão diferencial para perfuração por deslizamento. Em certas modalidades, pressão diferencial pelo motor de lama é controlado como uma função da face de ferramenta BHA.em uma modalidade, se a face de ferramenta BHA está dentro de uma faixa de um ponto de ajuste alvo, então a pressão diferencial pode ser definida para um ponto de ajuste de pressão diferencial de perfuração por deslizamento. Em algumas modalidades, pressão diferencial pelo motor de lama pode iniciar em um ponto de ajuste reduzido (tal que 25% da pressão diferencial alvo de perfuração por deslizamento) com base em desvio de um alvo de face de ferramenta BHA.

[00175] Em 320, um acionador rotativo pode ser parado com a face de ferramenta BHA no ponto de ajuste desejado. Em 322, a coluna de perfuração pode ser desenrolada. O desenrolamento pode ser tanto rápido quanto prático para o sistema de perfuração. Em algumas modalidades, o desenrolamento pode ser baseado em um modelo de arraste e torque que inclui enrolamento de coluna. Em outras modalidades, o desenrolamento pode ser baseado em torque de superfície. Em algumas modalidades, a coluna é desenrolada para um torque de fixação neutro. Em outras modalidades, a coluna pode ser desenrolada para um torque de fixação de rolagem para esquerda. Como usado aqui, “torque de fixação de rolagem para esquerda” pode ser igual a torque de broca como calculado da pressão diferencial menos uma variável de “torque de fixação de rolagem para esquerda” de BHA definida por usuário. Um torque de fixação de rolagem para esquerda pode ser adequado, por exemplo, se um sistema tende a parar com a face de ferramenta BHA rolado muito para direita.

[00176] Para a transação inicial para perfuração por deslizamento para perfuração rotativa, se o torque de fixação de rolagem para esquerda está sendo mantido, o rolo de face de ferramenta BHA pode ser monitorado. Se a face de ferramenta BHA está rolando para direita (frente), a face de ferramenta BHA irá começar a rolar para trás enquanto exista torque negativo na superfície. Quanto mais torque negativo, mais rápido a face de ferramenta BHA deve parar e ir para trás. A face de ferramenta BHA também pode ser girada para trás (“esquerda”) ou para frente (“direita”) com mudanças da pressão diferencial.

[00177] Se a face de ferramenta BHA está rolando para esquerda (para trás), por contraste, a rotatória pode ser girada a torque de fixação neutro (torque de broca) assim que a face de ferramenta BHA atinge a tolerância.

[00178] A face de ferramenta BHA dificilmente fica estável inicialmente. Se a face de ferramenta BHA está estável por um longo período, um alarme de falha pode ser disparado.

[00179] Em 324, o controlador pode monitorar para face de ferramenta BHA estável. Em 326, se a face de ferramenta BHA se move para fora da tolerância, o acionador rotativo na superfície pode ser ajustado para trazer a face de ferramenta BHA de volta para dentro da tolerância.

[00180] Em certas modalidades, um torque de fixação é aproximadamente igual ao torque de saída de motor de lama como computado usando uma relação de pressão diferencial. O torque de fixação de superfície é aumentado/diminuído pela rotação de superfície para manter o torque equivalente como emitido pelo motor de lama, a menos que mudanças de face de ferramenta furo abaixo sejam necessárias. Em um exemplo, um aumento no torque de saída do motor de 200 ft.lb (27,65 kg.m) pode necessitar uma rotação para frente na superfície de 45 graus antes de um aumento do torque de superfície de 200 ft.lb (27,65 kg.m) ser medido. A face de ferramenta de lado de topo pode permanecer a mesma durante o ajuste do torque de fixação.

[00181] Em uma modalidade, um sistema de controle reduz automaticamente a pressão diferencial alvo durante uma transição de uma perfuração rotativa para perfuração por deslizamento. Uma vez que a perfuração por deslizamento é estabelecida, o sistema de controle pode retomar automaticamente a pressão diferencial alvo original.

[00182] O monitoramento da face de ferramenta BHA pode ser baseado em medições da instrumentação de furo abaixo, instrumentação de superfície, ou uma combinação das mesmas. Em uma modalidade, o monitoramento da face de ferramenta BHA é baseado em uma ferramenta MWD de furo abaixo. Em uma modalidade, a taxa de face de ferramenta MWD delta (“DTF”) é monitorada. Se a face de ferramenta BHA se move para fora da janela de tolerância, um rotor de superfície pode ser ajustado em 328. Para uma dada taxa de penetração, a DTF pode ser aproximadamente constante para um dado torque de fixação de rolagem para direita. Como a BHA rola em resposta a torque de fixação de rolagem para esquerda, o torque de superfície irá diminuir. O torque de superfície pode ser mantido com rotação para manter o torque de fixação de rolagem para esquerda e a taxa DTF. O torque de fixação de rolagem para esquerda é dinâmico (com base em torque de broca), então se o torque do motor aumenta devido a mudança da formação, o torque de fixação de rolagem para esquerda no PLC pode necessitar de rotação no sentido horário de superfície (esta rotação no sentido horário de superfície pode contrariar uma tendência para a face de ferramenta BHA de rolar para esquerda). Assim que a face de ferramenta BHA entra na janela de tolerância (com base na projeção da última DTF medida a frente no tempo), o torque de superfície pode ser retornado a torque de fixação neutro (que pode ser o mesmo que torque de broca como calculado a partir da pressão diferencial) pela rotação do acionador rotativo na superfície.

[00183] Em 330, perfuração por deslizamento pode ser realizada. O controlador pode monitorar para face de ferramenta BHA estável, e o acionador rotativo pode ser ajustado para manter a face de ferramenta BHA em uma posição rotacional desejada. Como discutido acima, em algumas modalidades, perfuração pode continuar através da transição a partir do modo de perfuração rotativa para o modo de perfuração por deslizamento.

[00184] Em algumas modalidades, uma vez que a face de ferramenta BHA se instala na janela (com base na DTF) com torque de superfície igual ao torque de fixação neutro, a coluna pode opcionalmente balançada, oscilada ou sacudida para mitigar o arraste. O aprimoramento da face de ferramenta BHA pode ser feito pela rotação do incremento necessário na superfície, posição de fixação e permitindo o torque na superfície de retornar naturalmente ao torque de fixação.

[00185] A Tabela 1 é um exemplo de pontos de ajuste de usuário para virada.

[00186] Em uma modalidade, para ajustar o rotor para retornar a face de ferramenta BHA ao ponto de ajuste, o rotor pode ser virado até que a face de ferramenta de lado de topo do rotor atual (TTF) esteja dentro da tolerância da face de ferramenta BHA desejada. Como usado neste exemplo, a face de ferramenta de lado de topo se refere a face de ferramenta BHA MWD furo abaixo transposta para a posição rotativa de lado de topo. A face de ferramenta BHA de lado de topo pode fazer uso da última boa leitura de face de ferramenta MWD e da posição rotativa atual. Por exemplo, se a coluna de perfuração é enrolada e a última face de ferramenta está a 30 graus do ponto de ajuste do modelo, a posição rotativa de lado de topo pode ser girada em 30 graus na direção que a coluna de perfuração é enrolada.

[00187] Em algumas modalidades, um método de ajuste inclui diminuir a taxa de progresso, reduzindo a RPM da coluna de perfuração na superfície a zero, desenrolando a um “torque de desenrolamento” definido por usuário (que corresponde a um torque de fixação negativo), e pausando entre ajustes de superfície com base na face de ferramenta BHA projetada que leva a DTF em conta contra o tempo. Como a face de ferramenta BHA projetada entra na faixa desejada, a posição rotativa de superfície pode ser ajustada para retomar o torque de fixação neutro. Como mostrado na FIG. 4, quanto maior o torque de fixação negativo ou positivo (no caso indicado pelo torque na conexão acionada), maior a taxa de mudança na DTF (ver a taxa de mudança na rolagem para direita da BHA). Em certas modalidades, a relação entre a magnitude do torque de fixação negativo/positivo e a taxa de mudança na DTF é mapeada automaticamente.

[00188] Em algumas modalidades, um método de virada inclui fazer mais dois ajustes a um rotor de superfície para alcançar uma face de ferramenta BHA desejada. Entre cada ajuste, o rotor pode ser pausado até que a face de ferramenta BHA estabilize. A FIG. 14 é um traçado pelo tempo ilustrando a virada em uma transição a partir da perfuração rotativa para perfuração por deslizamento com ajustes de superfície em intervalos. A curva 340 representa um alvo de face de ferramenta. Os pontos 342 representam leituras de uma face de ferramenta de gravidade (por exemplo, a partir de uma ferramenta MWD). A curva 344 é uma curva ajustada de pontos 342. A curva 346 representa a posição rotacional de um codificador no acionador rotativo. A curva 348 representa uma face de ferramenta BHA de lado de topo. A curva 350 representa torque de superfície. A curva 352 representa torque zero.

[00189] Inicialmente em 354, o sistema de perfuração é operado em um modo rotativo. No ponto 356, a sincronização da face de ferramenta é iniciada em 5 rpm. Em 358, um ajuste rotativo reverso é feito. Em 360, um ajuste rotativo para frente é feito. Em 362, a BHA é estável e o torque de superfície pode igualar o torque de broca. Em 364 e 366, ajustes de rotação para frente são feitos. Em 368 a BHA é novamente estável e o torque de superfície pode ser igual ao torque de broca. Em 370, o sistema de perfuração pode reentrar em um modo de perfuração rotativo.

[00190] Em algumas modalidades, um transporte ou outro sistema de içamento de coluna de perfuração pode ser controlado (por exemplo, erguido e baixado durante uma transição da perfuração rotativa para perfuração por deslizamento). A FIG. 15 ilustra uma transição de perfuração rotativa para perfuração por deslizamento incluindo movimento de transporte de acordo com uma modalidade. Em 390, movimento de transporte de um sistema de perfuração é parado. Em 392, o transporte pode ser erguido (por exemplo, para trazer a broca de perfuração do sistema de fundo). Em uma modalidade, o transporte é erguido em cerca de 1 metro.

[00191] Em 394, a face de ferramenta BHA é sincronizada. Em uma modalidade, a sincronização pode ser como descrita acima com relação a FIG. 12. O acionador rotativo pode ser parado com a face de ferramenta BHA no ponto de ajuste desejado. Em 396, a coluna de perfuração pode ser desenrolada. O desenrolamento pode ser como descrito acima com relação a FIG. 13.

[00192] Em 398, a coluna de perfuração pode ser golpeada enquanto se checa por uma face de ferramenta BHA estável. Um golpe pode incluir um içamento e então um abaixamento do transporte por uma quantidade igual (tal como dois metros para cima e dois metros para baixo). O controlador pode monitorar para face de ferramenta BHA estável em 400. Em 402, se a face de ferramenta BHA se move para fora da tolerância, o rotor de superfície pode ser ajustado em 404 para trazer a face de ferramenta BHA de volta para dentro da tolerância.

[00193] Em 406, a broca de perfuração pode ser baixada ao fundo da formação. Em algumas modalidades, a face de ferramenta BHA pode ser baixada ao fundo em um ângulo predefinido a direita da face de ferramenta BHA alvo. Isto pode permitir que a face de ferramenta BHA ande para a esquerda enquanto o torque de broca aumenta durante a perfuração. Em algumas modalidades, monitoramento e ajuste como descrito em 402 e 404 podem ser continuados enquanto a perfuração por deslizamento é realizada.

[00194] Em algumas modalidades, um método de controlar as direções de perfuração inclui automaticamente girar uma coluna de perfuração em múltiplas velocidades durante um ciclo de rotação. Em certas modalidades, perfurar em múltiplas velocidades em um ciclo de rotação pode ser usado em um procedimento de correção de curso. Por exemplo, perfurar em múltiplas velocidades em um ciclo de rotação pode ser usado para deslocar o trajeto do furo de volta para a linha com uma seção reta do poço. Em uma modalidade, girar automaticamente uma coluna de perfuração em múltiplas velocidades é usado como uma correção de curso seguindo uma lateral a frente.

[00195] A FIG. 16 ilustra uma modalidade de perfuração na qual a velocidade de rotação da coluna de perfuração é variada durante o ciclo de rotação. Em 410, uma trajetória alvo é estabelecida. Em 412, durante operações de perfuração, uma coluna de perfuração é girada em uma velocidade durante uma porção do ciclo de rotação. Em 414, a coluna de perfuração é girada em uma segunda velocidade, mais baixa, durante outra porção “alvo” do ciclo de rotação. Rotação mais lenta na porção alvo do ciclo de rotação pode inclinar a direção da perfuração na direção da porção alvo.

[00196] Em algumas modalidades, um ângulo de varredura da porção alvo do ciclo de rotação é igual ao ângulo de varredura da outra porção do ciclo de rotação (isto é, 180 graus em cada porção). Em outras modalidades, o ângulo de varredura da porção alvo do ciclo de rotação é desigual ao ângulo de varredura da outra porção do ciclo de rotação. Em um exemplo, a velocidade alvo mais baixa é 1/5 da velocidade inicial para o ciclo de rotação. No entanto, várias outras razoes de velocidade e proporções angulares podem ser usadas em outras modalidades. Por exemplo, uma velocidade alvo pode ser 1/6, 1/4, 1/3, ou alguma outra fração da velocidade inicial. Em certas modalidades, a velocidade de um rotor pode variar continuamente sobre pelo menos uma porção de um ciclo de rotação. Em certas modalidades, um rotos pode girar em três ou mais velocidades durante um ciclo de rotação.

[00197] A FIG. 17 ilustra um diagrama de um ciclo de rotação de múltiplas velocidades de acordo com uma modalidade. No exemplo mostrado, a velocidade do rotor é 5 RPM para 270 graus do ciclo de rotação, e 1 RPM para os 90 graus restantes do ciclo de rotação.

[00198] Em algumas modalidades, uma taxa de virada desejada é alcançada com base em velocidades de rotor e ângulos de varredura. Em um exemplo, a taxa de virada é estimada como se segue:Suposições:

[00199] Em uma faixa alvo é 90 graus (+/- 45 graus de direção de mudança de ângulo pretendida), uma metade líquida da taxa de construção pode ser esperada na direção de faixa alvo média. Se o motor puxa 10 graus por 30 metros com deslizamento total, a liquidez pode ser de 5 graus por 30 metros.RPM é 5 e 1, 270 graus em 5 rpm (30 graus/s), então 90 graus em 1 rpm (6 graus/s).

[00200] Na faixa alvo, a BHA reside por 15 segundos enquanto no lado oposto, a BHA leva 3 segundos para atravessar a faixa alvo oposta. O desconto de 5 graus por 30 metros é então 3/15 x 5 = 1 grau por 30 metros. Quaisquer medidores perfurados em um deslizamento podem ser contra- atuados por medidores perfurados na orientação oposta.

[00201] Com base nos cálculos precedentes, 4 graus por 30 metros pode ser a taxa de construção esperada. Esta taxa de construção é adicionalmente reduzida, no entanto, como existem dois quadrantes de face de ferramenta a serem atravessados fora do alvo e do lado de trás que também não contribuem a mudança de ângulo líquida. Em particular, para 6 segundos por revolução ou 6 segundos por 24 segundos a BHA está na esquerda ou direita do quadrante alvo então 6/24 x 4 graus por 30 minutos = 1. Isto resulta em uma taxa de construção esperada de 3 graus por 30 minutos usando uma BHA deslizada de 10 graus por 30 minutos, que translada, por exemplo, 0,2 grau de mudança de ângulo se o procedimento foi empregado para 2 m fora de uma junção de 9,6 m.

[00202] A curvatura mínima é comumente usada no cálculo de trajetórias na perfuração direcional. A curvatura mínima é um modelo computacional que ajusta um arco circular tridimensional entre dois pontos de levantamento. A curvatura mínima pode, no entanto, ser uma opção ruim se o intervalo de amostra usado para tomar levantamentos não captura os pontos tangentes ao longo da curvatura variante. Idealmente, levantamentos podem ser tomados cada vez que a perfuração é mudada a partir de perfuração rotativa para perfuração por deslizamento ou cada vez que o deslizamento da face de ferramenta da BHA foi mudada. Tal levantamento repetido pode consumir tempo e ser custoso.

[00203] Em uma modalidade, posicionamentos (azimute e inclinação) em pontos conhecidos ao longo do trajeto do poço podem ser usados, em combinação com a tendência de mudança de ângulo de perfuração rotativa, para estimar os posicionamentos nos pontos inicial e final da seção perfurada por deslizamento sem a necessidade de levantamentos extensivos. A tendência de mudança de ângulo de perfuração rotativa é determinada pela observação da mudança no ângulo de perfuração como medido durante uma seção precedente da perfuração rotativa. Os posicionamentos estimados podem ser usados como profundidades medidas “virtuais” para melhor representar o trajeto atual do furo de sondagem e portanto melhorar o cálculo da posição.

[00204] Em uma modalidade, um método para prever uma direção de perfuração de uma broca de perfuração usada para formar uma abertura em uma formação subsuperfície inclui avaliar uma profundidade da broca de perfuração em um ou mais pontos selecionados ao longo do furo de poço. Uma estimativa é então feita, com base nas profundidades avaliadas, dos posicionamentos nos pontos inicial e final de cada seção perfurada por deslizamento. Para seções perfuradas deslizadas contidas dentro de levantamentos medidos, profundidades medidas virtuais, com estimativas de posicionamento, são avaliadas pela projeção de um levantamento corrente de volta a uma ou mais profundidades medidas prévias. Estas profundidades medidas previas, em algumas modalidades, podem ser usadas para avaliar a severidade de desvio brusco de direção de perfuração por deslizamento (“DLS”) e desempenho de face de ferramenta (por exemplo, onde a trajetória do poço realmente foi se comparada a onde a BHA foi apontada). A severidade de desvio brusco de direção de perfuração por deslizamento e o desempenho de face de ferramenta também podem ser avaliados com base em seções de amostragem de furo inteiramente perfurado em modo de rotação que contem pelo menos dois levantamentos.

[00205] Em algumas modalidades, uma projeção para broca é renovada com base no modo de perfuração e amostra tendências de DLS cada vez que uma profundidade medida é atualizada. Em certas modalidades, uma projeção de volta a profundidade medida anterior é feita para instalar profundidades medidas virtuais, com estimativas de posicionamento, para seções perfuradas deslizadas por deslizamento dentro de limites de profundidade medidos.

[00206] Em algumas modalidades, o trajeto de um furo de poço feito usando uma combinação de perfuração rotativa e perfuração por deslizamento é estimada usando uma combinação de dados de levantamento atuais (tal como a partir de ferramentas MWD furo abaixo) e pelo menos uma tendência de mudança de ângulo de perfuração estabelecida durante perfuração rotativa. Por exemplo, se um furo de poço é formado pela perfuração rotativa, perfuração por deslizamento, e perfuração rotativa em sucessão, uma tendência de mudança de ângulo enquanto a perfuração rotativa é inicialmente determinada (por exemplo, usando dados de levantamento). Um valor de mudança direcional (tal como um ângulo de desvio brusco de direção) é determinado para a seção perfurada por deslizamento baseada em levantamentos atuais (por exemplo, usando levantamentos atuais que flanqueiam a seção perfurada por deslizamento). O valor de mudança direcional da seção perfurada por deslizamento pode ser ajustada com base em levantamentos de flanco. O valor de mudança direcional pode levar em conta, por exemplo, qualquer porção entre os levantamentos atuais que foram perfurados rotativamente e para a tendência de mudança de ângulo durante tal perfuração rotativa. Uma mudança de ângulo líquida através da seção perfurada por deslizamento pode ser determinada usando dados a frente de projeto previamente determinados (que podem incluir; por exemplo, os posicionamentos no inicio e extremidades de deslizamento). Uma projeção para valor de broca pode ser renovada usando a mudança de ângulo líquida. A projeção renovada pode ser usada para estimar o trajeto do furo de poço, por exemplo, como parte de um levantamento contínuo “virtual”.

[00207] A FIG. 18 ilustra uma esquemática de uma coluna de perfuração em um furo de poço para a qual um levantamento contínuo virtual pode ser avaliado. Na FIG. 18, coluna de perfuração 450 inclui tubo de perfuração 452. A coluna de perfuração 450 foi avançada para uma formação. A porção 454 foi avançada usando perfuração rotativa, a porção 456 foi avançada pela perfuração por deslizamento, e a porção 458 foi avançada pela perfuração rotativa. As estações 460 (marcadas por asteriscos) são as profundidades de levantamento (“medidas”). As profundidades de levantamento correspondem a posição do sensor MWD atrás da broca. Para este exemplo, a distância entre a broca e o sensor MWD é em torno de 14 metros então, por exemplo, enquanto a broca é perfurada a 20m, o sensor MWD só chega em 6m. enquanto a broca está perfurada a 30 m (assumindo 10m de comprimento de tubos de perfuração) o sensor MWD só chega a 16m. as três primeiras junções são giradas a 30m. Neste ponto, existem 30m de furo girado e 2 intervalos de amostra completos de perfuração rotativa. Levantamentos em 6m e 16m, junto com levantamentos previamente tomados, são todas tomadas no furo que foi perfurado rotativamente. A tendência de mudança de ângulo de perfuração rotativa pode ser determinada pela análise da deriva (por exemplo, posicionamento) na posição do sensor MWD para pelo menos três levantamentos. Em uma modalidade, o primeiro e a último levantamentos são usados para determinar a mudança no posicionamento durante perfuração rotativa, esta mudança no posicionamento pode ser usada para determinar a tendência de mudança de ângulo de perfuração rotativa. Para propósitos deste exemplo, a tendência de mudança de ângulo de perfuração rotativa durante a perfuração foi determinada como sendo 0,5 graus por 30 minutos @ 290 graus.

[00208] Para este exemplo, os últimos 3m da junção 4 são perfurados por deslizamento. Isto leva a profundidade de furo de 37m para 40m. as duas próximas junções são perfuradas rotativamente para levar a profundidade do furo para 60m. neste ponto a broca está em 60m, o sensor MWD está em 46m, e uma seção perfurada por deslizamento é contida dentro do intervalo de profundidade de 36 a 46m.

[00209] O ângulo de desvio brusco de direção (“DL”) e face de ferramenta (“TF”) para a seção perfurada por deslizamento pode ser calculada usando os levantamentos atuais que percorrem a seção perfurada por deslizamento. No contexto dos levantamentos descritos com relação as FIGS. 18 a 18C, “face de ferramenta” se refere a mudança efetiva na direção de um furo. Para propósitos dos levantamentos descritos nas FIGS. 18 a 18C, “desvio de ajuste TFO”, ou “Desvio de Desvio de face de ferramenta” se refere a diferença entre a direção em que o motor (por exemplo, a curva em um motor de conexão curvada) foi apontado e para onde o furo realmente foi. Para propósitos deste exemplo, os valores para o levantamento atual são como mostrados abaixo:

[00210] O ângulo de desvio brusco de direção devido a tendência de mudança de ângulo de perfuração rotativa, sobre 7m em 0,5 grau por 30 metros @ 290 pode ser determinado como 7/30*0,5 = 0,12 @ 290 0,12 em 290 graus pode ser considerado como representando uma coordenada polar.

[00211] Este valor pode ser convertido para coordenadas retangulares

[00212] Dx e Dy podem ser convertidos de volta a coordenadas polares:

[00213] Com base nos cálculos anteriores, a seção perfurada por deslizamento tece uma mudança de ângulo de um ângulo de desvio brusco de direção de 4,49 graus na face de ferramenta de 28,01.

[00214] A partir de dados a frente de projeto originais, uma mudança de ângulo líquida através da seção perfurada por deslizamento pode ser determinada, por exemplo, tomando o azimute e inclinação de perfuração por deslizamento iniciais e novamente o azimute e inclinação de perfuração rotativa iniciais e então usando estes valores para calcular uma face de ferramenta e ângulo de desvio brusco de direção líquido.

[00215] A projeção pode ser renovada. Assumindo que a estimativa de projeção foi de que o DL de perfuração por deslizamento foi 0,5 @ 045 grau, uma projeção com base em 30/3 x 4,49 = 44,9 graus por 30 metros. O desvio de desvio de face de ferramenta é aproximadamente de 45 - 28 = 17 graus.

[00216] A projeção recalculada pode agora aproximar o posicionamento em 46m como a medição a partir da MWD.

[00217] Em certas modalidades, a busca pelo objetivo pode ser realizada para fazer DL de projeção o mesmo do DL (medido) atual pela mudança de uma predição DLS de deslizamento original. Em certas modalidades, a busca do objetivo pode ser realizada para fazer Desvio de face de ferramenta de Projeção (“TFO”) a mesma da TFO (medida) atual pela mudança do desvio de ajuste TFO. Em algumas modalidades, “levantamentos virtuais” são inseridas no arquivo de levantamento. Em uma modalidade, o levantamento virtual pode ser usado para avaliar o desempenho para uma BHA de perfuração por deslizamento.

Exemplo

[00218] Exemplos não limitantes são mostrados abaixo.

[00219] A FIG. 18A representa um diagrama ilustrando um exemplo de perfuração por deslizamento entre levantamentos MWD. No exemplo ilustrado na FIG. 18A, um deslizamento de 4m é realizado a partir de uma profundidade de levantamento de 1955,79 a 1959,79, em um ajuste de face de ferramenta de 130. A mudança de ângulo líquida entre o levantamento a 1955,67m e o levantamento a 1974,5m foi determinada como sendo 0,75 graus e a direção da mudança de ângulo foi determinada como sendo 90,00438 graus com relação ao lado mais alto (em 1955,67m). para este exemplo, na projeção original a frente, a severidade do desvio brusco de direção para a seção de perfuração por deslizamento foi 12 graus por 30 minutos e o desvio de ajuste TFO foi -10 graus. A severidade desvio brusco de direção para perfuração rotativa foi 0,6 graus por 30 metros em um ajuste de face de ferramenta de 290.

[00220] Com base na informação mencionada acima, o desvio brusco de direção causado pela seção perfurada por deslizamento e o desvio de face de ferramenta efetivo do ângulo de mudança que ocorreu na seção perfurada por deslizamento foi determinada como se segue: A busca pelo objetivo foi realizada para fazer desvio brusco de direção de projeção igual ao desvio brusco de direção atual (MWD) pela mudança da predição de severidade de desvio brusco de direção deslizada original. Com base na busca do objetivo do desvio brusco de direção, a severidade de desvio brusco de direção para o deslizamento foi reduzida para 7,83 graus por 30 metros. A busca pelo objetivo foi então realizada para fazer Desvio de Face de ferramenta de Projeção igual ao desvio de face de ferramenta (MWD) atual pela mudança do Desvio de Ajuste de face de ferramenta. Com base nesta busca de objetivo de TFO, a severidade de desvio brusco de direção foi reduzida ainda mais para 7,7517 graus por 30 metros e o desvio de ajuste de TFO foi mudado para - 34,361511 graus. Novos pontos representando o inicio e o fim da seção deslizada foram então determinados para produzir dois levantamentos virtuais.

[00221] A FIG. 18B é tabulação dos pontos de levantamento originais para este exemplo. A FIG. 18C é tabulação dos pontos de levantamento para este exemplo com dois novos pontos de levantamento virtual adicionados em fileiras 460. Adicionalmente, na FIG. 18C a estimativa da trajetória para a posição de levantamento final em 1974,5m foi atualizada nas células 462 (comparada aos valores nas correspondentes células 464 para a posição de levantamento final original em 1974,5m mostrada em FIG. 18B).

[00222] Em certas modalidades, um Desvio de desvio de face de ferramenta atualizado e nova estimativa para severidade de desvio brusco de direção de deslizamento são usados para projeto em tempo real para cálculos de broca e direção.

[00223] Poços de avaliação vertical podem prover alguns dados de elevação de topo com relação a uma formação. Infelizmente, dados de elevação de levantamento de MWD de poço horizontal pode ter uma incerteza mais alta do que a espessura do “ponto doce” do poço de produção de petróleo (por exemplo, um ponto doce com 4m de espessura com um levantamento de MWD de +/- 5m). adicionalmente, a partir de contornos de estruturas feitos de dados MWD de poço horizontal, variância significativa pode ser encontrada.

[00224] Em algumas modalidades, uma profundidade vertical real (“TVD”) é avaliada usando medições de densidade de fluido. Em uma modalidade, um método para avaliar uma profundidade vertical de uma broca de perfuração usada para formar uma abertura em uma formação subsuperfície inclui medir pressão furo abaixo exercida por uma coluna de fluido em um tubo de perfuração. A densidade da coluna de fluido é avaliada com base em uma medição de densidade na superfície da formação (por exemplo,com um medidor Coriolis no lado da sucção de uma bomba de lama). Uma profundidade vertical real da broca de perfuração pode ser determinada com base na pressão furo abaixo avaliada e na densidade avaliada. A profundidade vertical real é usada para controlar subsequentes operações de perfuração para formar a abertura. Em alguns casos, um sistema de controle ajusta automaticamente para variações na densidade de lama dentro do sistema.

[00225] Em alguns casos, dados de medição TVD são usados para controlar perfuração a jato.

[00226] Em uma modalidade, um método para determinar a profundidade vertical real inclui instalar um medidor Coriolis como uma corrente de deslizamento na saída do tanque de lama. Um manômetro de pressão de precisão e faixa ótima pode ser acoplado a uma ferramenta MWD. Um transdutor de pressão é instalado na ferramenta MWD. Uma coluna de densidade é modelada em um PLC para levar em conta variação de densidade de lama no tempo levado para preencher a seção construída. A pressão BHA interna é amostrada. A pressão interna pode ser transmitida a superfície e/ou armazenada. Em uma modalidade, a assinatura de pressão de bombeamento é detectada (ver, por exemplo, FIG. 19) e a pressão de coluna de fluido estático é medida e reportada ao PLC de superfície tal como em 502.

[00227] Em uma modalidade, a pressão exercida por uma coluna de fluido dentro de um tubo de perfuração é gravado usando um sensor de pressão (anexado, por exemplo, à extremidade do aparelho MWD dentro de um primeiro colar não magnético). A densidade da coluna de fluido pode ser medida com um medidor Coriolis no lado de sucção de uma bomba de lama. Densidade de vapor completo em tempo real pode ser medida na linha de sucção das bombas usando, por exemplo, um medidor Coriolis de precisão de +/- 0,5 kg/m3. Os conjuntos de dados podem ser usados podem ser usados para calcular TVD. Em uma modalidade, pressão interna na BHA é gravada usando, por exemplo, um transdutor de pressão de +/- 0,5 psi (3,45 kPa).

[00228] A FIG. 19 ilustra um exemplo de gravação de pressão durante “bombeamento” adicionado de uma junção de tubo de perfuração de acordo com uma modalidade. No exemplo mostrado na FIG. 18, a pressão de linha lisa foi extraída junto com dados de densidade de lama para calcular a altura vertical da coluna de fluido. A curva 500 é um traçado de pressão gravada durante a conexão. A seção plana 502 representa uma coluna estacionaria e completa de fluido com o acionador de topo desconectado esperando a próxima junção a ser adicionada.

[00229] A FIG. 20 ilustra um exemplo de resultados TVD de densidade. Conjunto de pontos 504 e conjunto de pontos 506 cada um corresponde a uma lateral diferente. As linhas 508 e 510 (TVD positivo e negativo, respectivamente) corresponde a um ajuste de curva dos dados. As linhas 512 e 514 (TVD positivo e negativo, respectivamente) corresponde a um levantamento padrão ISCWSA 2 sigma. Os dados TVD de densidade obtidos neste exemplo podem se assemelhar a cálculos de posição em faixas magnéticas.

[00230] Cada valor é único e não sujeito ao erro cumulativo que pode ser obtido usando erro de medição de inclinação MWD sistemático. Quanto mais longa a horizontal, maior a vantagem de TVD com base em avaliação TVD de MWD sobre densidade. Por exemplo, como refletido na FIG. 20, a nuvem de dados para TVD com base em densidade pode ter apenas cerca de metade do espalhamento do modelo de levantamento padrão de MWD ISCWSA 2 sigma.

[00231] Um melhor ajuste usando este conjunto de dados sugere a localização atual do trajeto do poço é equivalente a 0,15 grau de erro de medição de inclinação sistemático abaixo da posição calculada.

[00232] Em algumas modalidades, uma compensação pode ser feita, em um cálculo TVD de densidade, para um ou mais das seguintes fontes de erro: (1) medições de pressão contaminadas a partir de imperfeições/deficiências em uso/projeto de conexão flutuante; (2) mau funcionamento de sistema de bombeamento de carga de bomba de lama e bolhas de cavitação causando ruído de medição de densidade; e (3) variação de densidade de lama não levada em conta na seção de construção. Em uma modalidade, a medição TVD de densidade é usada para verificar posição no furo para manipulação furo abaixo de ferramentas ou em profundidades criticas tais como tangentes no trajeto de poço.

[00233] Ferramentas MWD geralmente incluem sensores que dependem de efeitos magnéticos. A grande quantidade de aço em um conjunto de fundo de poço pode causar um erro significativo em dados de levantamento de MWD. Uma forma de reduzir este erro é espaçar a ferramenta MWD em uma distância significativa (tal como 16 metros) separada dos componentes de aço principais da BHA. Tal grande espaçamento entre os sensores de MWD e BHA pode, no entanto, fazer a guia direcional muito mais difícil, especialmente em perfuração horizontal. Em algumas modalidades, um procedimento de calibração é usado para medir e levar em conta a interferência em Bz de um conjunto de fundo de poço. Em uma modalidade, um método para medir e levar em conta a interferência magnética de um BHA inclui: (1) medir a força de mastro dos componentes BHA de aço; (2) gravar correção de rede MWD/declinação/medição Btotal & Bdip localmente com um sitio de teste de rolagem com ferramenta em um alinhamento conhecido, (3) calcular a interferência Bz no espaçamento não magnético escolhido; (4) usar a geometria de trajeto de poço planejada para planejar necessidades de espaçamento, (5) aplicar um desvio (durante perfuração ou pós perfuração) permitindo a interferência conhecida a medições Bz de MWD; e (6) recalcular o azimute usando medição Bz modificada. Em algumas modalidades, componentes BHA podem ser desmagnetizadas.

[00234] Em algumas modalidades, sensores de navegação inercial tal como giroscópios de fibra óptica podem ser usados para navegação da perfuração. Sensores giroscópios ópticos podem, em alguns casos, substituir sensores magnéticos, desta forma aliviando os efeitos de interferência de aço em uma BHA.

[00235] Um método para direcionar uma broca de perfuração para formar uma abertura em uma formação subsuperfície inclui usar projeto em tempo real para dados de broca. Os dados em tempo real podem ser, por exemplo, dados coletados entre atualizações periódicas (“cópias instantâneas”) a partir de uma medição enquanto ferramenta de perfuração (MWD) em um conjunto de fundo de furo. Em um método, um levantamento é tomado com a ferramenta MWD. Os dados de levantamento a partir da ferramenta MWD estabelece um trajeto definitivo do sensor MWD. O posicionamento medido no sensor é usado como um ponto inicial a partir do qual para projetar o posicionamento e a posição da broca de perfuração em tempo real. A projeção em tempo real para broca pode levar em conta parâmetros de perfuração como valores de face de ferramenta gravados contra intervalos de deslizamento. Quando um levantamento subsequente é tomado com a ferramenta MWD para produzir uma nova posição definitiva e posicionamento, o projeto em tempo real para broca é atualizado com base no novo trajeto definitivo e os valores usados para desvio de desvio de face de ferramenta e severidade de desvio brusco de direção de deslizamento são atualizados para projeções subsequentes para broca.

[00236] Em algumas modalidades, cálculo de trajetória é baseado em levantamentos (tal como levantamentos silenciosos coletados enquanto se adiciona tubo de perfuração para a coluna). Os dados de levantamento podem ser coletados por ligação direta para a interface hardware/software de MWD. Os dados podem ser anexados a Profundidade Medida como gerada pelo valor de profundidade de broca - valor de condução de broca. O cálculo de trajetória pode ser tratado como um trajeto “definitivo” para o propósito de perfurar um furo.

[00237] Em algumas modalidades, o sistema acumula automaticamente uma base de dados. Na base de dados, os intervalos perfurados com rotação e os intervalos perfurados por deslizamento podem ser gravados. Os intervalos perfurados por deslizamento podem ser atualizados cada vez que ponto de dados de face de ferramenta é recebido a partir da MWD. O valor de face de ferramenta é gravado contra este intervalo de deslizamento.

[00238] Uma perfuração da próxima junção é preparada, o trajeto definitivo atualiza para o tão próximo quanto possível para a broca (profundidade de furo - condução de broca).

[00239] Enquanto um trajeto definitivo se atualiza antes de iniciar uma nova junção de perfuração, o projeto para cálculo de broca pode atualizar como se segue:

[00240] (1) se a seção a frente da broca está toda em rotação, o posicionamento na broca é estimado de acordo.

[00241] (2) se existe uma perfuração de deslizamento na seção a frente do sensor, o posicionamento pode ser estimado pelo acúmulo de dl (comprimento diferencial) nas faces de ferramenta recebidas nos intervalos gravados.

[00242] (3) mudança de posicionamento pode ser acumulada a posição de broca corrente tomando em conta toda face de ferramenta v. etapas de intervalo e seções de perfuração rotativas.

[00243] O posicionamento de broca de projeto em tempo real pode ser usado para um cálculo de posição de broca em tempo real (o que pode ser amarrado no último ponto de posição de trajeto definitivo).

[00244] A FIG. 21 é um traçado de profundidade vertical real contra profundidade medida ilustrando um exemplo de um projeto de broca. Ponto 550 é um ponto de inclinação definitivo prévio. Ponto 552 é um ponto de inclinação projetado. Ponto 554 é um ponto de inclinação definitivo “perto de receber”. O ponto 556 é um novo ponto de profundidade vertical real projetado (TVD). Para uma broca de chumbo de 15m, o projeto de broca inicia a 15m de distância enquanto o sistema começa a perfurar uma nova junção. O projeto de broca se estende a 15m + comprimento de junção logo antes do próximo levantamento silencioso ser recebido. Em uma modalidade, um alojamento de sensor não rotativo pode ser usado. A diferença 558 representa uma projeção de erro. Em algumas modalidades, a projeção de erro é seguida para inclinação e azimute para o posicionamento na broca (por exemplo, posição para cima/para baixo, esquerda/direita).

[00245] Um método para direcionar uma broca de perfuração para formar uma abertura em uma formação subsuperfície usando um método de alinhamento ótimo inclui fazer um levantamento com uma ferramenta MWD. O levantamento é usado para calcular a posição de furo. Um projeto de broca é determinado (por exemplo, usando curvas de melhor ajuste). O projeto de broca é usado em combinação com um método de alinhamento ótimo para manter a broca de perfuração dentro de uma tolerância predeterminada de um plano de perfuração.

[00246] Em uma modalidade, a implementação de direção em um PLC inclui tomar um levantamento e adicionar o levantamento a uma posição de furo calculada. Um projeto de broca é realizado (usando, por exemplo, curvas de melhor ajuste para taxa de construção (“BUR”) ou resultados de face de ferramenta, ou vetor rotativo). Correções de formação (tal como disparos de elevação/disparos gama) e correções de perfuração (erros de face de ferramenta, pressão diferencial fora da faixa) podem ser aplicados. Em certas modalidades, conhecimento aprendido pode ser levado em conta (por exemplo, uma corrida média de BUR) quando se corrige curvas de melhor ajuste. Uma projeção de broca pode ser adicionada ao levantamento. Um projeto a frente pode ser determinado.

[00247] Gravações de deslizamento pode ser mantido em uma base de dados manualmente ou automaticamente. Enquanto o perfurador realiza intervalos de deslizamento e rotação, o sistema pode automaticamente gerar gravações de deslizamento. Estas gravações também podem ser entradas e editadas por um usuário. Gravações de deslizamento podem ser gravadas com Tempo, Profundidade, Deslizamento (Sim/Não), Face de Ferramenta e DLS. Gravações de deslizamento possui duas funções principais: (1) para projetar a partir do último levantamento para a extremidade do furo (o projeto pode ser uma posição calculada em tempo real da extremidade do furo; e (2) para analisar o desempenho do deslizamento.

[00248] Em certas modalidades, um sistema inclui uma interface de motor. A interface de motor pode ser usada após testes serem realizados (por exemplo, um teste de taxa de pressão VS. Fluxo) e um número adequado de amostras ter sido capturado. A partir de testes, linhas de tendência (tal como pressão VS. Vazão) podem ser geradas.

[00249] Em uma modalidade, um método para gerar comandos de direção inclui calcular uma distância a partir de projeto e um desvio de ângulo (de posicionamento) a partir do projeto. O desvio de ângulo a partir do projeto pode representar a diferença entre a qual a inclinação e azimute de quanto rápido o furo está divergindo/convergindo com relação ao plano. Em algumas modalidades, a distância a partir do projeto e um desvio de ângulo (de posicionamento) a partir do projeto são calculados em tempo real com base na posição do furo no último levantamento, a posição na localização corrente projetada da broca, e a posição projetada da broca (por exemplo, uma posição a frente de projeto).

[00250] Em certas modalidades, uma interface de ajuste permite um usuário de ajustar as instruções de direção, por exemplo, pela definição de pontos de ajuste em uma interface de usuário gráfica. Em certas modalidades, controles de ajuste podem ser usados para estabelecer uma distância “vista a frente” para computar instruções de direção.

[00251] A FIG. 22 é um diagrama ilustrando uma modalidade de um plano para um furo e uma porção do furo que foi furada com base no plano. O plano 57- é uma curva representando o trajeto de um furo como designado. O plano 570 pode ser uma linha do inicio ao fim de um poço que define o trajeto desejado do poço. O furo 572 é uma curva representando um furo que foi parcialmente perfurado com base no plano 570. Pontos de levantamento de MWD 574 representam pontos nos quais levantamentos atuais são tomados enquanto furo 572 é perfurado. Os levantamentos atuais podem ser tomados usando instrumentos MWD tais como descritos aqui. Levantamentos MWD em cada um dos pontos de levantamento de MWD 574 podem prover, por exemplo, uma posição (definida, por exemplo, pela profundidade vertical real, componentes de norteamento e para leste) e posicionamento (definido, por exemplo, por inclinação e azimute). Como previamente discutido, a instrumentação MWD pode ser furo acima (tal como cerca a 14 metros) a partir da broca 576. Os pontos 576 representam uma posição projetada de uma extremidade de uma broca de perfuração usada para perfurar o furo. A linha 577 representa um posicionamento da broca no ponto 576.

[00252] Em certas modalidades, a partir do último levantamento de MWD, o ângulo de um furo é calculado para a posição de broca corrente com base em uma mesa de deslizamento. Se o furo é perfurado rotativamente a localização de broca corrente a partir do último levantamento de MWD, a projeção pode usar a taxa de mudança de ângulo (severidade desvio brusco de direção) em uma particular direção de face de ferramenta que é selecionada para ume perfuração rotativa. Em algumas modalidades, um controlador utiliza os valores de analise de desempenho BHA automático para severidade desvio brusco de direção de perfuração rotativa e direção. Em outras modalidades, um controlador usa manualmente valores entrados. Uma vez que a taxa e direção da curva que a BHA irá seguir é definida, o sistema pode seguir a profundidade de broca em tempo real e realizar adições de vetor da mudança de ângulo para manter uma estimativa em tempo real de inclinação e azimute na broca.

[00253] Um método similar pode ser usado para perfuração deslizante, com, em alguns casos, uma etapa de definição de usuário adicional para definir de onde a face de ferramenta deslizante irá ser retirada. Por exemplo, a face de ferramenta deslizante pode ser tomada a partir de atualizações em tempo real da MWD, ou a partir de ajuste de face de ferramenta antes da perfuração da junção (por exemplo, um controlador pode calcular que um deslizamento de 5m com ajuste de face de ferramenta em 50 graus é necessário).

[00254] Em certas modalidades, um ajuste de face de ferramenta de Aldo superior pode ser usado para determinar a posição de broca projetada. Uma face de ferramenta de lado de topo pode ser usada, por exemplo, para um sistema tendo uma taxa de renovação de face de ferramenta MWD lenta.

[00255] A FIG. 23 ilustra uma modalidade de um método para gerar comandos de direção. Um método para gerar comandos de direção pode ser usado, por exemplo, na fabricação de um furo tal como o furo mostrado na FIG. 22. Em 580, um levantamento corrente em uma broca para um furo atual sendo perfurado é determinada. O levantamento pode incluir uma posição e posicionamento da broca. Em algumas modalidades, um levantamento corrente pode ser usado para projetar uma posição futura de uma broca em tempo real, por exemplo, a partir de dados de levantamento de MWD atuais. Por exemplo, com referencia a FIG. 22, uma posição corrente para broca 576 pode ser projetada a partir de um levantamento de MWD tomado no ponto de levantamento de MWD mais recente 574A.

[00256] Em 582, uma distância a partir da posição determinada da broca a posição planejada (projetada) da broca é determinada. Em algumas modalidades, uma distância de “aproximação mais próxima” tridimensional da broca a partir do plano é calculada. (Um ponto plano de aproximação mais próximo é mostrado, por exemplo, no ponto 590 mostrado na FIG. 22). Do cálculo de distância de aproximação mais próxima tridimensional, a profundidade do trajeto planejado (“profundidade no plano”) que corresponde ao ponto tridimensional que é determinado. Usando a profundidade no valor de plano, a posição planejada e valores de posicionamento tais como inclinação de plano, azimute, ao leste, ao norte, e TVD na profundidade determinada no ponto plano podem ser calculadas (pela interpolação, por exemplo). A posição calculada e valores de posicionamento pode ser usada para calcular as mudanças na face de ferramenta para retornar o furo de volta para a posição planejada.

[00257] Uma direção a partir da localização de broca corrente para a posição de broca planejada pode ser calculada. Por exemplo, a face de ferramenta a partir do ponto do plano para broca (determinada a partir da aproximação tridimensional mais próxima) pode ser determinada. A direção reversa, a face de ferramenta a partir da broca de volta ao plano, também pode ser determinada.

[00258] Em 584, um posicionamento do plano (azimute e inclinação) é determinado em uma distância de verificação a frente especificada. (um ponto de verificação a frente em um plano e correspondentemente posicionamento são mostrados, por exemplo, no ponto 592 e posicionamento 594 mostrado na FIG. 22). Em algumas modalidades, a inclinação e azimute são interpolados na distância de verificação a frente. A distância especificada pode ser, por exemplo, uma distância definida por usuário. Em uma modalidade, a distância de verificação a frente é 10m. A frente de projeto para a verificação a frente pode ser determinada de uma maneira similar como usada para projetar o levantamento em uma posição de broca projetada.

[00259] Em 586, um ângulo de convergência de sintonização é determinado com base em distância a partir da broca para o plano. O ângulo de convergência de sintonização pode ser, em certas modalidades, o ângulo que a face de ferramenta é alterado para trazer a broca de volta a posição planejada. Em algumas modalidades, o ângulo de convergência de sintonização varia com base em separação de broca tridimensional do plano.

[00260] Em certas modalidades, um ângulo de convergência pode ser determinado em uma escala de deslizamento. A tabela abaixo dá um exemplo de uma escala de deslizamento para determinação de um ângulo de convergência de sintonização.

[00261] Em 588, um posicionamento alvo (azimute e inclinação) é determinado. O posicionamento alço pode ser baseado, por exemplo, no posicionamento do plano da distância de verificação a frente. Em algumas modalidades, o posicionamento alvo é ajustado para levar em conta para um ângulo de convergência de sintonização, tal como o ângulo de convergência de sintonização determinado em 586.

[00262] Em 590, uma ou mais instruções de direção são determinados com base no posicionamento alvo com relação ao posicionamento de broca corrente determinada em 588. Em algumas modalidades, uma solução de direção corresponde a um ângulo como determinado na distância de verificação a frente, mais um ângulo de convergência adicional necessário na posição de verificação a frente. (uma direção para uma instrução é representada, por exemplo, na seta 596 mostrada na FIG. 22).

[00263] Em algumas modalidades, uma vez que um ângulo alvo foi definido na distância de verificação a frente, a face de ferramenta necessária para chegar lá e o comprimento de perfuração deslizante necessário são calculados (por exemplo, na severidade desvio brusco de direção definida para o desempenho de motor de deslizamento). Em uma modalidade, um desvio brusco de direção e TFO necessário são calculados entre um levantamento corrente em broca e uma inclinação/azimute alvo. Usando entrada expectativa de severidade de desvio brusco de direção deslizante, um comprimento deslizante para alcançar o desvio brusco de direção necessário pode ser calculado. A face de ferramenta pode ser calculada como, por exemplo, uma face de ferramenta de gravidade ou uma face de ferramenta magnética. Em certas modalidades, um controlador usa automaticamente uma face de ferramenta magnética quando o posicionamento de broca possui uma inclinação de menos de 5 graus. Em algumas modalidades, severidade de desvio brusco de direção/valores de resposta de face de ferramenta são fixados, por exemplo, por um usuário. Em certas modalidades, a analise de desempenho BHA gera automaticamente uma solução de direção necessária para responder a saída.

[00264] Em algumas modalidades, um PLC incorpora uma escala de deslizamento de resposta de controle de direção através de parâmetros de ajuste de ponto de ajuste. Quanto mais (em distância) o furo está afastado do projeto, maior o ângulo de convergência pode ser usado para calcular como uma correção de curso. A FIG. 24 ilustra uma modalidade de uma tela de entrada de usuário para entrar com o ajuste de pontos de ajuste. O ângulo de ajuste de convergência pode ser usada como o ângulo de convergência de volta ao plano. Por exemplo, quando o furo é fechado ao plano, o PLC pode colocar “convergência zero” na verificação a frente para geralmente manter uma trajetória paralela. Enquanto o furo fica ainda mais longe, o sistema pode aumentar o ângulo de convergência dependendo em quanto longe o furo chega do furo. Por exemplo, quando 0 a 0,5 m longe do plano, o sistema pode olhar no ângulo do plano 10m além da qual a posição de broca corrente e uso que a inclinação e azimute, mais 0 ângulo de convergência de grau, para determinar se uma direção é necessária. Se 0 a 3m longe do plano, o sistema pode olhar para o ângulo do plano 10m além da posição de broca corrente e usa a inclinação e azimute, mais 1 grau de ângulo de convergência de sintonização, para determinar se uma direção é necessária.

[00265] Em certas modalidades, critério de ajuste adicional de distância de deslizamento máxima ou mínima pode ser estabelecido um comando a ser passado através do PLC. Por exemplo, com base nos pontos de ajuste mostrados na FIG. 24, apenas deslizamentos maiores do que 1m ou menores do que 9m de deslizamento pode ser permitido.

[00266] Em algumas modalidades, enquanto se perfura, levantamentos são capturados e projeções são feitas a extremidade do furo. O sistema de controle pode calcular o ponto no qual um deslizamento deve ser realizado. Pontos de ajuste podem direcionar cálculos para dizer ao sistema quando deslizar e por quanto tempo.

[00267] Entradas podem incluir uma ou mais dos seguintes:

[00268] - Deslocamento máximo tridimensional do plano - Define o deslocamento máximo do plano que o furo de poço é permitido de ir antes do controlador provê um deslizamento de correção.

[00269] - Distância de deslizamento mínima – Restringem comprimento de deslizamento mínimo, ignorando deslizamentos necessários que são menos do que este valor.

[00270] - Distância de escorregamento máximo - Restringem o comprimento de deslizamento máximo.

[00271] - Comprimento de junção médio - Estimativa do comprimento de junção médio

[00272] - Tolerância de escorregamento TFO - Permite a perfuração deslizante para continuar com a TF corrente quando a TF de MWD ao vivo escorrega a partir da TF desejada.

[00273] - Verificação de desempenho de BHA - Distância do furo para analisar o desempenho BHA

[00274] - Análise de desempenho de deslizamento BHA - Opção para calcular o desempenho de deslizamento em tempo real

[00275] - Analise de desempenho rotativo de BHA - Opção para calcular o desempenho do giro em tempo real

[00276] - Distância de liderança que busca TF - Emite o comando para ir ao modo de deslizamento cedo pela profundidade especificada.

[00277] Em algumas modalidades, a informação que descreve a localização de furo de poço corrente e necessidades de perfuração direcional para voltar a um plano são providos no sistema de controle na forma de diretivas de perfuração. As diretivas são calculadas automaticamente enquanto cada junção é completada. O usuário tem a opção de deixar os resultados calculados ou modificá-los. Sob condições ideais, o usuário irá simplesmente deixar esta tela sozinha. E cada junção subsequente irá automaticamente atualizar enquanto a junção perfurada é completada.

[00278] Diretivas de perfuração podem ser usadas para instruir a sequencia de perfuração para ser realizado para a próxima junção. As diretivas podem ser automaticamente calculadas enquanto cada junção é completada. Cada junção subsequente pode automaticamente atualizar enquanto a junção perfurada é completada.

[00279] Em algumas modalidades, ajuste de decisões de direção pode ser alcançado pelo ajuste radial. O ajuste radial pode incluir, por exemplo, manter dentro de uma dada distância a partir do projeto na qual é a mesma em qualquer direção cima/baixo - esquerda/direita. Em outras modalidades, ajuste pode ser usado para implementar decisões de direção “retangular”. Em um exemplo de direção retangular, a especificação de posição lateral para o trajeto de broca é permitida de ser maior do que a posição vertical. Por exemplo, a broca pode ser permitida de ser 10 m direita de projeto mas mantida verticalmente dentro de 2 m desviado do projeto.

[00280] Em algumas modalidades, um conjunto de pontos de ajuste limitantes são estabelecido com base em geodirecionamento. Os pontos de ajuste com base em geodirecionamento podem funcionar de uma maneira similar a pontos de ajuste de perfuração, exceto que eles operam para afetar uma trajetória planejada. Por exemplo, o trajeto planejado pode permanecer válido a menos que contagens gama (ou outro sinal de indicador de geodirecionamento) excede um ponto de ajuste de usuário então inclinação planejada é reduzida por um ponto de ajuste de usuário angular até que nova trajetória é quantidade definida por ponto de ajuste de usuário abaixo da trajetória planejada previamente.

[00281] Um método para estimar orientação de face de ferramenta entre atualizações furo abaixo durante a perfuração em uma formação subsuperfície que inclui codificar uma coluna de perfuração (tal como com um codificador em um acionador de topo) para prover orientação angular da coluna de perfuração na superfície da formação de subsuperfície. A coluna de perfuração na formação é corrida em calibração para modelar enrolamento de coluna de perfuração na formação. Durante operações de perfuração, valores de orientação angular da coluna de perfuração são lidas usando o codificador. A orientação de face de ferramenta pode ser estimada a partir da orientação angular da coluna de perfuração na superfície, com o modelo de enrolamento da coluna de perfuração levando em conta para o enrolamento entre a face de ferramenta e a coluna de perfuração na superfície. A estimação de face de ferramenta na medição de superfície pode preencher as lacunas entre atualizações telemétricas a partir de medições enquanto ferramentas de perfuração (MWD) no conjunto de fundo de poço (que são “cópias instantâneas” que podem ser espaçadas em mais de 10 segundos).

[00282] Em algumas modalidades, um modelo de encerramento de coluna é criado com base em um teste de calibração. Em uma modalidade, a coluna de perfuração pode ser girada em uma direção até que a BHA esteja girando e o fator de fricção seja estabilizado, no tempo em que o enrolamento é medido. A coluna de perfuração é então girada na direção oposta até que a BHA esteja girando e o fator de fricção seja estabilizado, no tempo em que o enrolamento é novamente medido. Com base nos resultados do teste de calibração, uma estimativa ao vivo da face de ferramenta BHA é usada para preencher as lacunas entre leituras de medição furo abaixo.

[00283] Como discutido previamente, em certas modalidades, um fator de fricção pode ser determinado a partir de medições de teste. Por exemplo, um fator de fricção pode ser estabelecido a partir da saída de motor e torque medido na superfície. Um enrolamento de coluna pode ser determinado analiticamente pelo cálculo de um torque para cada elemento e o torque cumulativo abaixo deste elemento usando o fator de fricção determinado a partir de medições teste. A partir de torques calculados, as viradas de torção para cada elemento e viradas de torção total em superfície podem ser determinadas. A partir de torques calculados, as viradas de torção para cada elemento e virada de torção total em superfície pode ser determinada.

[00284] Em algumas modalidades, uma posição rotativa de superfície é sincronizada com posição furo abaixo para permitir estimativas de face de ferramenta furo abaixo de serem feitas com base em variação de enrolamento causada por mudanças de toque medidas durante a perfuração entre atualizações de face de ferramenta.

[00285] Em certas modalidades, um sistema inclui um exibidor gráfico de enrolamento em uma coluna de perfuração. Por exemplo, um exibidor gráfico pode mostrar movimento de envoltórios/rotação viajando para cima e para baixo na coluna enquanto o torque vira a mudança a partir de cada extremidade da coluna de perfuração.

[00286] Modificações adicionais e modalidades alternativas de vários aspectos da invenção podem ser aparentes a aqueles peritos na técnica na vista desta descrição. De acordo, esta descrição deve ser construída como ilustrativo apenas e é para os propósitos de ensinar os peritos na técnica a forma geral de realizar a invenção. Deve ser entendido que as formas da invenção mostradas e descritas aqui devem ser tomadas presentemente como modalidades preferidas. Elementos e materiais podem ser substituídos para aqueles ilustrados e descritos aqui, partes e processos podem ser revertidos, e certas características da invenção podem ser utilizadas independentemente, tudo como deve ser aparente a aqueles peritos na técnica após ter o beneficio desta descrição da invenção. Mudanças podem ser feitas nos elementos descritos aqui sem fugir do espírito e escopo da invenção como descrita nas reivindicações seguintes. Adicionalmente, deve ser entendido que características descritas aqui podem independentemente, em certas modalidades, ser combinadas.

Claims

1. Método para direcionar uma broca de perfuração (134) para formar um furo de poço (572) em uma formação subsuperfície (102), compreendendo: a) determinar (582) uma distância a partir do projeto do furo de poço (572), em que a distância a partir do projeto do furo de poço (572) é uma distância a partir da posição atual (576) da broca de perfuração (134) para uma posição de projeto (590) da broca de perfuração (134), em que a posição atual da broca de perfuração (134) sendo projetada a partir de um último levantamento; b) determinar um ângulo deslocado a partir do projeto do furo de poço (572), em que o ângulo deslocado a partir do projeto do furo de poço (572) é uma diferença entre uma inclinação e o azimute do furo de poço perfurado e uma inclinação e azimute do projeto, o ângulo deslocado a partir do projeto do furo de poço (572) é uma indicação de quão rápido o furo de poço está divergindo ou convergindo em relação ao projeto; c) em que pelo menos uma distância a partir do projeto do furo de poço (572) e pelo menos um ângulo deslocado a partir do projeto do furo de poço (572) são determinados em tempo real com base, pelo menos em parte, em uma posição da broca de perfuração (134) no último levantamento, a posição atual da broca de perfuração (134), e uma posição de observação a frente (592) da broca de perfuração (134); determinar automaticamente uma ou mais instruções de direção com base, pelo menos em parte, na distância determinada do projeto do furo de poço (572) e do desvio de ângulo determinado do projeto do furo de poço (572); e direcionar automaticamente a broca de perfuração (134) com base, pelo menos em parte, em pelo menos uma das instruções de direção, caracterizado pelo fato de compreender: estabelecer uma distância específica de observação a frente; em que determinar automaticamente uma ou mais instruções de direção compreende: determinar uma atitude do projeto na distância de observação a frente; determinar uma atitude alvo com base na atitude do projeto na distância de observação a frente; e em que uma ou mais instruções de direção também são baseadas na atitude do alvo em relação à atitude da broca atual.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a distância de observação a frente é especificada por um usuário.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente especificar (586) um ângulo de convergência e ajustar a atitude do alvo para levar em conta o ângulo de convergência.

4. Método de acordo com a reinvindicação 3, caracterizado pelo fato de que varia dependendo em quanto longe a localização da broca (134) está do projeto, em que quanto maior a distância da localização da broca para o projeto, maior o ângulo de convergência.

5. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o ângulo de convergência é determinado automaticamente, em que o ângulo de convergência está baseado em uma escala de deslizamento.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das instruções de direção é baseada em um ângulo determinado para o plano na distância de observação a frente estabelecida mais o ângulo de convergência especificado.

7. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de estabelecer pelo menos uma dentre uma distância de deslizamento mínima e uma distância de deslizamento máxima para uma instrução de direção.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber pelo menos uma entrada de um usuário; e, ajustar automaticamente pelo menos uma instrução de direção usando a entrada do usuário.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber pelo menos um ponto de ajuste de um usuário; e determinar automaticamente pelo menos uma instrução de direção usando o ponto de ajuste.