BR112012027429B1

BR112012027429B1 - broca de perfuração

Info

Publication number: BR112012027429B1
Application number: BR112012027429A
Authority: BR
Inventors: Digiovanni Anthony; Scott Dan; John Hendrik; Kumar Sunil
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2020-01-21
Also published as: MX2012012472A; EP2564022A4; CA2800516C; PL2564022T3; ZA201208074B; BR112012027429A2; EP2564022A2; WO2011139696A2; EP2564022B1; CA2800516A1; US20110266054A1; WO2011139696A3; CN102869849A; US8757291B2

Abstract

broca de perfuração a presente invenção refere-se a um aparelho para formação de um furo de poço em uma formação que pode incluir um corpo de broca (11) e um sensor (30) no corpo de broca (11). o sensor (30) pode incluir pelo menos um elemento de corte (25a) e pode ser configurado para gerar informação relativa a um parâmetro de interesse quando a broca de perfuração (10) engata uma superfície de furo de poço.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para BROCA DE PERFURAÇÃO.

ANTECEDENTES DA DESCRIÇÃO

1. Campo da descrição [0001] A descrição aqui inclusa refere-se, de modo geral, ao campo dos cortadores usados para formar furos de poços.

2. Antecedentes da técnica [0002] Furos de poços normalmente são formados em uma formação de interesse utilizando uma cadeia de perfuração, que inclui uma montagem de fundo de poço (BHA), com uma broca de perfuração fixada na extremidade inferior do mesmo. A broca de perfuração é rodada para desintegrar as formações de terra para perfurar o furo de poço. A informação relativa ao estado da BHA / broca de perfuração e a formação em torno do furo de poço sendo perfurado pode ser útil na construção eficiente e rentável de um poço. Por exemplo, o conhecimento da dinâmica de perfuração que afeta a broca de perfuração pode ser utilizado para ajustar os parâmetros de perfuração (por exemplo, peso na broca ou RPM) ou avaliar a eficácia da ação de corte da broca de perfuração. Informação relativa à formação pode ser útil para caracterizar a litologia de uma formação ou identificar as características de interesse (por exemplo, os limites da cama).

[0003] A presente descrição é dirigida para a obtenção de informações relacionadas com a broca de perfuração e da formação, bem como outras informações que possam ser usadas para melhorar as operações de perfuração.

SUMÁRIO DA DESCRIÇÃO [0004] Em aspectos, a presente descrição proporciona um aparelho para a formação de um furo de poço em uma formação. O aparelho pode incluir um corpo de broca e um sensor no corpo da broca.

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O sensor pode incluir pelo menos um elemento de corte e pode ser configurado para gerar informação relativa a um parâmetro de interesse, quando a broca de perfuração engata uma superfície do furo de poço. [0005] Exemplos das características mais importantes da descrição foram resumidos em vez de ampliados, a fim de que a descrição detalhada dos mesmos que se segue possam ser melhor compreendidos e de modo que as contribuições que eles representam para a técnica possam ser apreciadas. Há, evidentemente, características adicionais da descrição, que serão descritos a seguir e que irão formar o assunto das reivindicações aqui anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0006] Para uma compreensão detalhada da presente descrição, deve ser feita referência à seguinte descrição detalhada das modalidades, tomada em conjunto com os desenhos anexos, nos quais elementos semelhantes foram atribuídos números iguais, em que: [0007] A figura 1 ilustra uma vista em corte de uma modalidade de uma ferramenta de corte feita em conformidade com a presente descrição;

[0008] A figura 2 ilustra esquematicamente um elemento de corte que tem um elemento sensor de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[0009] A figura 3 ilustra esquematicamente um elemento de corte que tem um circuito de controle de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[00010] A figura 4 ilustra esquematicamente um elemento de corte que tem um elemento sensor de pressão de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[00011] A figura 5 ilustra esquematicamente um dispositivo de detecção de resistividade utilizado com dois elementos de corte de acordo com uma modalidade da presente descrição, e

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3/8 [00012] A figura 6 ilustra isometricamente uma broca de perfuração instrumentada por PDC de acordo com uma modalidade da presente descrição.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA DIVULGAÇÃO [00013] Em aspectos, a presente descrição fornece uma broca de perfuração que avalia a formação a ser perfurada e / ou mede um ou mais parâmetros de dinâmica de perfuração. A informação obtida através da broca de perfuração pode ser utilizada para caracterizar a formação, monitorar a sanidade ou a condição da broca de perfuração, e / ou ajustar os parâmetros de perfuração para otimizar a perfuração (por exemplo, aumentar a taxa de penetração (ROP), reduzir as vibrações desfavoráveis, etc.). Simplesmente para facilidade de explicação, uma broca de perfuração tricone é referida na discussão abaixo. No entanto, deve ser entendido que o termo broca de perfuração engloba todos os tipos de brocas de perfuração de sondagem; por exemplo, brocas de arrasto, brocas PCD, brocas híbridas, brocas de descaroçamento, escareadores, abridores de furos, etc.

[00014] Referindo-se à figura 1, uma broca de perfuração exemplar 10 tem um corpo de broca 11 que tem três pernas dependentes, ainda que apenas uma esteja mostrada. Cada uma das pernas do corpo de broca 11 tem um pino de apoio 13 que se estende para baixo e para dentro na direção do eixo de rotação da broca 10. Um cone é montado em 23 e gira em relação ao pino de suporte 13. O cone 23 tem uma pluralidade de elementos de corte 25, os quais nesta modalidade estão mostrados como sendo inserções de carboneto de tungstênio montados por pressão em furos de encaixe no cone 23. Para facilitar a discussão, elementos de corte representativos foram rotulados 25A-D. Como será descrito em maior detalhe abaixo, os elementos de corte 25 e / ou o corpo da broca 11 podem ser instrumentados com sensores que provêm

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4/8 informação relacionada com a broca de perfuração 10 e / ou a formação circundante.

[00015] Fazendo agora referência às figuras 1 e 2, em uma modalidade, o sensor 30 pode incluir o elemento de corte 25A que pode ser operativamente ligado a um elemento sensor 31. Por operativamente acoplado, geralmente significa que uma condição, comportamento, ou resposta relativa ao elemento de corte 25A pode ser direta ou indiretamente transferida ou detectada pelo elemento sensor 31. Acoplamentos operativos podem incluir, mas não estão limitados a, acoplamentos elétricos, nos quais um circuito elétrico é formado usando o elemento de corte 25A e o elemento sensor 31 e acoplamentos dinâmicos em que o movimento ou deslocamento do elemento de corte 25A é transferido, de alguma forma para o elemento sensor 31. Em algumas modalidades, o elemento sensor 31 pode ser formado pelo menos parcialmente de um material que pode gerar um sinal em resposta a uma condição do elemento de corte 25A. Por exemplo, o material que constitui o elemento de detecção 31 pode gerar um sinal quando uma interação ou ação conjunta entre o elemento de corte 25A e o elemento sensor 31 provoca uma alteração em uma ou mais propriedades do material (volume, forma, deformação, elasticidade, etc.) Os materiais adequados incluem, mas não estão limitados a, material eletroreológico (ER), que são sensíveis a corrente elétrica, fluidos magnetoreológicos (MR) que são sensíveis a um campo magnético, materiais piezoelétricos que são sensíveis a uma corrente elétrica, polímeros eletro-sensíveis, fibras e materiais piezoelétricos flexíveis, e materiais magneto-restritivos. O(s) sinal(is) gerado (s) pode(m) corresponder a um parâmetro de fundo de poço de interesse relacionado com a formação 15 e / ou a broca de perfuração 11. Parâmetros de fundos de poço ilustrativos incluem, mas não estão limitados a, esforço, peso sobre a broca (WOB), vibração, momento de

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5/8 flexão, torque, pressão, temperatura, resistividade, permeabilidade, porosidade, etc.

[00016] Na figura 2 está ilustrada uma modalidade de sensor 30, que inclui um elemento de corte 25A que pode ser dinamicamente acoplado a um elemento sensor 31. O sensor 30 pode ser colocado em uma bolsa 26 ou cavidade. Em uma modalidade, o sensor 30 pode incluir um material que exibe uma alteração em uma propriedade do material. Esta mudança pode ser medida para estimar parâmetros tais como pressão, temperatura, tensão, etc. Durante a operação, o elemento de corte 25A engata uma superfície do furo de poço, tal como um fundo de poço 17. O elemento sensor 31 responde a um deslocamento, movimento ou condição do elemento de corte 25A por meio da geração de um sinal representativo.

[00017] Fazendo agora referência à figura 3, em algumas modalidades, o sensor 30 pode incluir um elemento de detecção 31 que exibe uma alteração em uma propriedade elétrica. Um circuito de controle 32 em comunicação operativa com o elemento de detecção 31. O circuito de controle 32 pode ser configurado para estimar um parâmetro elétrico (por exemplo, a voltagem, corrente, resistência, capacitância, etc.), um parâmetro magnético, ou outro parâmetro associado com o material 30. Por exemplo, em resposta a uma pressão aplicada, o material pode deformar-se, o que pode produzir informação correspondente à deformação sob a forma de um sinal eletromagnético. O circuito de controle 32 pode armazenar a informação em uma memória de fundo de poço adequada (não mostrado) e / ou a transmitir as informações para cima do poço.

[00018] Fazendo agora referência à figura 4, em uma modalidade, o elemento de corte 25b pode ser operativamente ligado a um elemento sensor 34, que gera um sinal representativo de uma pressão aplicada ao elemento de corte 25b. A pressão pode ser devida ao peso sobre a

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6/8 broca. O elemento sensor 34 pode estar em comunicação com um material de transferência de pressão 36. O material de transferência de pressão 36 pode ser um sólido que é uma parte do elemento de corte 25b, um gel ou um líquido. Em algumas modalidades, o elemento sensor 34 pode ser um sensor de deformação que gera um sinal indicativo de uma mudança no comprimento de um elemento de detecção associado com o sensor de deformação. O sensor 34 pode ser calibrado para gerar um sinal que pode ser processado para estimar a pressão (por exemplo, a pressão de contacto), entre o elemento de corte 25b e a formação.

[00019] Fazendo agora referência às figuras 1 e 5, em uma modalidade, o sensor 30 pode utilizar elementos de corte 25c, d acoplados eletricamente a um circuito de controle 32 para calcular um parâmetro de formação, como a resistividade. Por exemplo, cada elemento de corte 25c, d pode estar em comunicação elétrica com um circuito de controle 32 (figura 3) configurado para estimar a resistência do material que constitui a formação em contacto com os elementos de corte 25c, d. Nesta modalidade, os elementos de corte 25c, d podem funcionar como eletrodos. Durante a operação, a corrente flui através do material entre os elementos de corte 25c, d. O circuito de controle 32 pode ser configurado para estimar uma resistividade ou outro parâmetro elétrico do material entre os elementos de corte 25c, d.

[00020] Em ainda outras modalidades, a broca de perfuração 10 pode incluir um sensor 30, que inclui um gerador de sinal 40 e um receptor 42. O gerador de sinal 40 dirige um sinal para a formação e o receptor 42 detecta uma resposta da formação. A resposta pode ser um sinal refletido, um decaimento radioativo, etc. Em uma modalidade, o gerador de sinal 40 pode ser uma fonte acústica. O gerador de sinal 40 pode usar o elemento de corte 25b, como um elemento de foco ou guia de onda ou para dirigir o sinal acústico ou outra forma de onda de energia para a formação. O receptor 42 pode detectar os reflexos dos

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7/8 sinais acústicos. Em outras modalidades, o sinal pode ser radiação, um sinal de RMN, um sinal eletromagnético, uma microonda.

[00021] Numerosos sistemas podem ser utilizados para transmitir sinais e receber sinais dos sensores e dispositivos descritos acima. Por exemplo, referindo à figura 1, a broca de perfuração 10 pode incluir um sistema de aquisição de informação 50, que pode incluir um controlador 52 e dispositivos de comunicação 54 que são utilizados para operar os sensores e outros dispositivos descritos acima. O controlador 52 pode incluir um dispositivo de processamento de informação. Dispositivo de processamento de informações, como aqui utilizado, significa qualquer dispositivo que transmite, recebe, manipula, converte, calcula, modula, transpõe, transporta, armazena ou de outra forma utiliza informações. Em vários aspectos não limitativos da descrição, um dispositivo de processamento de informação pode incluir um computador ou microprocessador que executa instruções programadas. O dispositivo de comunicação 54 pode utilizar meios de transmissão de sinal com base em RF, acústico, pulsos de pressão, EM, etc.

[00022] Referindo-se à figura 6, está representada uma broca de perfuração 60 de diamante policristalino compacto (PDC). A broca de perfuração 60 pode incluir um ou mais sensores e dispositivos descritos em relação com as Figs. 1-5 acima. Nesta modalidade, um sistema de aquisição de informação 62 pode incluir um controlador em comunicação com um ou mais sensores (não mostrados) na broca de perfuração 60. O controlador, o qual pode processar informação e transmitir / receber sinais, pode usar transportadores de sinal 64 para transmitir / receber os dados dos sensores e / ou para transmitir / receber dados de um BHA (não mostrado) ou à superfície. O controlador pode incluir um processador de informação que é a transmissão de dados com um meio de armazenamento de dados e uma memória do processador. O meio de armazenamento de dados pode ser qualquer

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8/8 dispositivo de armazenamento de dados de computador padrão, tal como um drive USB, cartão de memória, disco rígido, RAM removível, EPROMs, EAROMs, memórias flash e discos ópticos ou outro sistema de memória de armazenamento de uso geral conhecido de um perito comum na técnica, incluindo o armazenamento com base na Internet. O meio de armazenamento de dados pode armazenar um ou mais programas que, quando executados fazem o processador de informações executar o método descrito (s). 'Informação' pode ser dados em qualquer forma e podem ser brutos e / ou processados, por exemplo, medidas diretas, medidas indiretas, sinal analógico, sinais digitais, etc.

[00023] Deve-se entender que os ensinamentos presentes podem ser utilizados em quase todas as situações em que é desejável avaliar uma dinâmica de ação de corte e / ou caracterizar um material no qual os cortadores penetram. Por exemplo, alguns dispositivos podem ser utilizados para ampliar um orifício formado pela broca de perfuração primária, tal como as brocas mostradas nas nas figuras 1 e 6. Tais dispositivos da ampliação do buraco incluem alargadores e underreamers que aumentam buracos perfurados por uma broca primária. Além disso, os ensinamentos presentes podem ser aplicados a outros cortadores, tais como fresas utilizadas em sistemas de perfuração de revestimento, e cortadores utilizados para o corte de materiais que não de pedra e terra, tais como metal, compósitos, etc.

[00024] Embora a descrição anterior seja dirigida para as modalidades da descrição, várias modificações serão evidentes para os versados na técnica. Pretende-se que todas as variações dentro do escopo das reivindicações anexas sejam englobadas pela descrição anterior.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Broca de perfuração (10), caracterizado pelo fato de que compreende:

um corpo de broca (11); e um sensor (30) no corpo de broca (11), o sensor (30) incluindo pelo menos um elemento de corte (25A) e um elemento sensor (31) operativamente acoplado ao pelo menos um elemento de corte (25A), o sensor (30) estando configurado para gerar informação relativa a pelo menos um parâmetro de interesse quando o pelo menos um elemento de corte (25A) engata uma superfície de furo de poço, em que o elemento sensor (31) é dinamicamente acoplado ao pelo menos um elemento de corte (25A), e em que o sensor (30) gera informação relativas a pelo menos um dos seguintes: a pressão associada à broca de perfuração (10), uma tensão associada à broca de perfuração (10) e a temperatura da broca.
2. Broca de perfuração (10) de acordo com a reivindicação

1, caracterizado pelo fato de que o sensor (30) gera informações relativas adicionalmente a um dos seguintes: um parâmetro de formação, a temperatura de um meio circundante e a vibração.
3. Broca de perfuração (10) de acordo com a reivindicação

2, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um elemento de corte (25A) compreende pelo menos dois elementos de corte, e em que o parâmetro adicional é um parâmetro de formação do material entre os pelo menos dois elementos de corte.
4. Broca de perfuração (10) de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o sensor (30) inclui um gerador de sinal (40) fazendo a transmissão de um sinal, e em que o sensor (30) gera um sinal indicativo de uma resposta da formação para o sinal transmitido.
5. Broca de perfuração (10) de acordo com qualquer uma

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2/3 das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento sensor (31) exibe uma alteração na propriedade do material que pode ser medida para estimar a pressão, a temperatura ou a tensão, opcionalmente em que o elemento sensor (31) responde a um deslocamento, movimento ou condição de pelo menos um elemento de corte (25A), por meio da geração de um sinal representativo quando pelo menos um elemento de corte (25A) engata uma superfície do furo de poço.
6. Broca de perfuração (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o sensor (30) está configurado para gerar informações relativas a pelo menos uma das seguintes: pressão, tensão e temperatura de pelo menos um dos elementos de corte (25A) da broca de perfuração (10).
7. Broca de perfuração (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um circuito no corpo da broca (11) configurado para pelo menos, parcialmente, processar sinais do sensor (30).
8. Broca de perfuração (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que compreende:

um controlador configurado para operar o sensor (30); e um dispositivo de comunicação configurado para proporcionar um sinal de comunicação entre o controlador e o sensor (30).
9. Broca de perfuração (10) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o sensor (30) gera informações relativas a ainda um dos seguintes: um parâmetro de formação, temperatura de um meio circundante e vibração.
10. Broca de perfuração (10) de acordo com a reivindicação

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9, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um elemento de corte (25A) compreende pelo menos dois elementos de corte, e em que o parâmetro é o parâmetro de formação do material entre os pelo menos dois elementos de corte.
11. Broca de perfuração (10) de acordo com a reivindicação 2 ou 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um gerador de sinal (40) configurado para transmissão de um sinal para uma formação, e um receptor (42) configurado para gerar um sinal indicativo de uma resposta da formação para o sinal transmitido.
12. Broca de perfuração (10) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um circuito no corpo de broca (11) configurado para pelo menos, parcialmente, processar sinais a partir do sensor (30).