BR112013001409B1

BR112013001409B1 - Aparelho para formar um poço em uma formação subterrânea e método de formação de um poço em uma formação subterrânea

Info

Publication number: BR112013001409B1
Application number: BR112013001409-1A
Authority: BR
Inventors: Andreas Peter; Johannes Witte; Michael Koppe; Joachim Treviranus
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2020-02-11
Also published as: BR112013001409A2; NO346073B1; US20120018225A1; GB201301163D0; GB2511291A; WO2012012624A1; GB2511291B; NO20130113A1; US9145736B2

Abstract

sistema de perfuração dirigível giratória de broca inclinada. a presente invenção refere-se a um poço formado por um aparelho que pode incluir um eixo que tem uma parte de extremidade, um corpo de broca inclinável em volta da parte de extremidade, e pelo menos um acionador configurado para aplicar uma força de inclinação ao corpo de broca.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para APARELHO PARA FORMAR UM POÇO EM UMA FORMAÇÃO SUBTERRÂNEA E MÉTODO DE FORMAÇÃO DE UM POÇO EM UMA FORMAÇÃO SUBTERRÂNEA.

CAMPO DA DESCRIÇÃO [001] A presente descrição refere-se, em geral, a ferramentas de fundo de poço de campo petrolífero. Especificamente, a montagens de perfuração utilizada para perfuração direcional de poços.

Antecedentes da Técnica [002] Para obter hidrocarbonetos tais como petróleo e gás, os furos ou poços ao perfurados por rotação de uma broca fixada no fundo de uma montagem de perfuração (aqui também referida como uma Montagem de Perfuração de Fundo ou (BHA). A montagem de perfuração é fixada à extremidade inferior de uma tubulação, que é usualmente ou um cano rígido articulado ou uma tubulação relativamente flexível que pode ser enrolada comumente referida na técnica como tubulação enrolada. A coluna que compreende a tubulação e a montagem de perfuração é usualmente referida como a coluna de perfuração. Quando o cano articulado é utilizado como a tubulação, a broca é girada pela rotação do cano articulado a partir da superfície e/ou por um motor de lama contido na montagem de perfuração. No caso de uma tubulação enrolada, a broca é girada pelo motor de lama. Durante a perfuração, é fornecido um fluido de perfuração (também referido como a lama) sob pressão para a tubulação. O fluido de perfuração para através da montagem de perfuração e então descarrega na parte inferior da roca. O fluido de perfuração fornece lubrificação para a broca e transporta pedados de rocha desintegrados para a superfície pela broca na perfuração do poço. O motor de lama é girado pelo fluido de perfuração que passa através da montagem de perfuração. Um eixo de acionamento conectado ao motor e a broca giram a broca.

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2/16 [003] Uma proporção substancialmente de atividade de perfuração atual envolve perfuração desviada e poços horizontais para explorar inteiramente os reservatórios de hidrocarbonetos. Tais furos podem ter perfis de poço relativamente complexos. A presente descrição aborda a necessidade de dispositivos de direção para perfurar tais poços bem como poços para outras aplicações tais como poços geotérmicos, bem como outras necessidades do estado da técnica.

SUMÁRIO DA DESCRIÇÃO [004] Em aspectos, a presente descrição fornece um aparelho para formar um poço em uma formação subterrânea. O aparelho pode incluir um eixo que tem uma parte de extremidade, um corpo de broca inclinável em volta da parte de extremidade, e pelo menos um atuador configurado para aplicar uma força de inclinação no corpo de broca. Um ou mais componentes do aparelho pode ser modular.

[005] Em aspectos, a presente descrição fornece um método para formar um poço em uma formação subterrânea. O método pode incluir a formação do poço usando um aparelho que pode incluir um eixo que tem uma parte de extremidade, um corpo de broca inclinável em volta da parte de extremidade, e pelo menos um atuador configurado para aplicar uma força de inclinação ao corpo de broca.

[006] Exemplos de determinadas características da descrição foram resumidos em vez de modo amplo para que a descrição detalhada da mesma que se segue possa ser mais bem compreendida e para que as sejam apreciadas as contribuições que representam para a técnica. Naturalmente, há características adicionais da descrição que serão descritas mais abaixo e que irão formar o objeto das reivindicações em anexo.

Breve Descrição dos Desenhos [007] Para uma compreensão detalhada da presente descrição, deve ser feita referência à descrição detalhada que se segue das mo

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3/16 dalidades, tomada em combinação com os desenhos em anexo, nos quais os elementos semelhantes receberam numeração semelhante, em que:

[008] A Figura 1 ilustra um sistema de perfuração feito de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[009] A Figura 2 ilustra esquematicamente um dispositivo de direção feito de acordo com uma modalidade da presente descrição que usa uma broca inclinável;

[0010] A Figura 3 ilustra uma mudança de direção associada a uma inclinação gerada por um dispositivo de direção feito de acordo com uma modalidade da presente descrição;

[0011] As Figuras 4 e 5 ilustram funcionalmente modalidades dos sistemas de direção feitos de acordo com modalidades da presente descrição; e [0012] A Figura 6 ilustra esquematicamente um modo de operação de um dispositivo de direção feito de acordo com uma modalidade da presente descrição.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA DESCRIÇÃO [0013] Como será apreciado a partir do comentário abaixo, os aspectos da presente descrição fornecem sistema rotativo dirigível para perfurar pólos. Em geral, a metodologia de direção descrita pode envolver inclinar o ângulo do eixo geométrico da broca com relação ao eixo geométrico da ferramenta pela inclinação de um corpo de uma broca. Em algumas modalidades a broca pode ser inclinada pelo uso de uma montagem de atuador que aplica uma força de inclinação à broca. Para compensar a rotação de broca, a forma pode ser aplicada sequencialmente a um azimutal especificado ou local circular na broca para criar uma inclinação geoestacionária; isto é, uma inclinação que aponta consistentemente a broca em uma direção de perfuração desejada mesmo quando a roca gira. Como será claro a partir do comentá

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4/16 rio abaixo, os sistemas rotativos dirigíveis de acordo com a presente descrição podem ser interpretados de maneira que a broca, que pode incluir componentes de desgaste relativamente alto, possa ser prontamente desconectada da montagem de atuador. Portanto, a montagem de atuador pode ser submetida a menos desgaste durante a operação. Em algumas modalidades, a montagem de atuador pode ser modular por natureza para facilitar o reparo ou a substituição do sistema de direção. Além disso, os recursos que possibilitam a inclinação da broca são posicionados dentro da própria broca. Como a distância entre a face de broca e o ponto central de desvio é relativamente pequeno (por exemplo, talvez metade da extensão da broca), a montagem de atuador pode requerer menos energia e precisar gerar menos força do que os sistemas de direção convencionais para orientar a broca. Serão ainda comentadas abaixo outras características desejáveis.

[0014] Referindo-se agora à Figura 1, é mostrada uma modalidade ilustrativa de um sistema de direção 10 que utiliza uma montagem de perfuração dirigível ou montagem de perfuração do fundo (BHA) 12 para perfurar direcionalmente um poço 14. Embora seja ilustrada uma sonda terrestre, esses conceitos e os métodos são igualmente aplicáveis a sistemas de perfuração no alto mar. O sistema 10 pode incluir uma coluna de perfuração 16 suspensa de uma sonda 20. A coluna de perfuração 16, que pode ser tubulares unidos ou tubulação enrolada, pode incluir energia e / ou condutores de dados tais como fios para fornecer comunicação bidirecional e transmissão de energia. Em uma configuração, a BHA 12 inclui uma montagem dirigível 100 que inclui uma broca 200, um sensor sub 32, uma comunicação bidirecional e um módulo de energia (BCPM) 34, uma formação de avaliação (FE) sub 36, e dispositivos de energia giratórios tais como motores de perfuração 38. O sensor sub 32 pode incluir sensores para medir direção

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5/16 próxima à broca (por exemplo, azimute BHA e inclinação, coordenadas BHA, etc.) e sensores e ferramentas para fazer avaliações direcionais giratórias. Os dispositivos de inclinação próxima à broca podem inclui três (3) acelerômetros de eixo geométrico e circuidade de processamento de sinal. O sistema pode também inclui dispositivos de processamento de informação tais como um controlador de superfície 50 e/ou um controlador de fundo de poço 42. A broca 200 da montagem de direção 100 pode ser girada pela rotação da coluna de perfuração 16 e/ou pelo uso de um motor de perfuração 38, ou outra fonte de energia rotativa adequada. A comunicação entre a superfície e a BHA 12 pode usar conexões ascendentes e/ou conexões descendentes geradas por um alternador movido a lama, um pulsor de lama e/ou transportado usando fios (por exemplo, condutores elétricos, fibras óticas), sinais acústicos, EM ou RF.

[0015] A Figura 2 ilustra setorialmente uma montagem de direção

100 para perfurar direcionalmente um poço em uma formação subterrânea. A montagem de direção 100 inclui uma broca inclinável 200 que pode ser orientada por uma montagem de atuador 300. Referindo-se agora às Figuras 2 e 3, por orientação, significa que a montagem de atuador 300 pode ocasionar um desvio angular específico 105 entre um eixo geométrico de broca 102 e um eixo geométrico de ferramenta 104. Os eixos geométricos 102, 104 são geralmente alinhados com o eixo geométrico longitudinal do poço (não ilustrado). Esse desvio angular leva uma face de broca 201 a apontar a direção de perfuração desejada. A face de broca 201 é geralmente a superfície da broca 200 que engata uma parte inferior do poço (não ilustrado). Conforme aqui usado, o termo inclina refere-se geralmente a um desvio angular 105. Além disso, conforme será comentado mais detalhadamente abaixo, a montagem de atuador 300 mantém o desvio angular em uma condição geoestacionária.

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6/16 [0016] Referindo-se à Figura 2, em uma modalidade, a broca 200 pode incluir um corpo de broca 202 que é acoplado a um eixo de broca 204. O eixo de broca 204 pode ser preso no corpo de broca 202 com um conector 206. Uma abertura anular 207 separa pelo menos uma parte do eixo de broca 204 e o conector 206. A abertura 207 fornece o espaço para inclinar o corpo de broca 202. O eixo de broca 204 pode ter uma extremidade 212 que é configurada para conectar a um alojamento ou sub 301 associado à montagem de atuador 300. Por exemplo, a extremidade 212 pode ter um ponto roscado. Em algumas modalidades, a montagem de atuador 300 pode ser considerada como sendo seletivamente conectada à broca 200 em que a broca 200 pode ser removida do alojamento 301 sem desmontar ou de outro modo atingir a montagem de atuador 300. Deve ser observado que a inclinação ocorre em volta de uma estrutura de suporte 214 posicionada dentro do corpo de broca 202. O eixo de broca 204 pode ser considerado como um tipo universal, uma junta tipo Cardan, uma junta que usa membros elastoméricos, ou qualquer outra junta adequada para transmitir torque embora sendo capaz de suportar um ângulo grande de articulação. Em uma configuração, os elementos de transmissão de torque 216, que podem ser membros esféricos, travam rotativamente o eixo de broca 204 para o corpo de broca 202. Portanto, o eixo de broca 204 e o corpo de broca giram juntos. Em uma maneira convencional, o fluido de perfuração é fornecido para a broca 200 por via de um furo 218. O fluido de perfuração é ejetado do corpo de broca 202 através das passagens 220 para resfriar e lubrificar a face de broca 201 e lava os cortes de perfuração do fundo de poço à medida que a face de broca 201 corta o fundo do poço. Como o fluido de perfuração está em uma pressão relativamente alta, os elementos de vedação podem ser usados para evitar que o fluido de perfuração invada a parte interna do corpo de broca 202. Por exemplo, as vedações 222 podem ser usadas

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7/16 para fornecer uma vedação estanque a fluido, ou câmara contendo lubrificante, em volta de uma região 224 que inclui as superfícies de encaixe do eixo de broca 204 e o corpo de broca 202. A região 224 pode ser preenchida com graxa, óleo ou outro líquido adequado para lubrificar a região e minimizar contaminação por fluidos de perfuração ou outros materiais indesejáveis.

[0017] Referindo-se agora às Figuras 2 e 4, em uma modalidade, a montagem de atuador 300 pode incluir os atuadores 302 que são dispostos circularmente no sub 301. Embora estejam ilustrados três atuadores 302, pode ser usado um número maior ou menor de atuadores 302. Em uma disposição ilustrativa, o atuador 302 pode incluir um membro de aplicação de força 304, uma montagem de pistão 306, uma válvula 308 e uma bomba 310. O membro de aplicação de força 304 pode ser um membro rígido tal como uma haste que engata e aplica uma força de inclinação para a face 226 do conector 206. Conforme aqui usado, o termo força de inclinação refere-se a uma força aplicada a um local azimutal especificado no corpo de broca 202 que impulsiona o corpo de broca 202 para inclinar em uma direção desejada. Nas modalidades descritas, a força pode ser uma força axial, mas em outras modalidades, a força não precisa ser alinhada com o eixo geométrico 104. Portanto, por exemplo, um peso na broca gerado pela coluna de perfuração não é uma força de inclinação porque a força não é aplicada preferencialmente a um local azimutal específico no corpo de broca 202. As partes de contato no membro de aplicação de força 304 e a face 226 podem ser endurecidas ou fortalecidas. Por exemplo, as superfícies de encaixe podem ser endurecidas usando técnicas tais como cementação e nitretação. Ainda, podem ser usados materiais tais como PDC. Por exemplo, a extremidade do membro de aplicação de força 304 pode incluir cortadores compactos de diamante policristalino (PDC), material resistente a desgaste que inclui grânuPetição 870190091735, de 13/09/2019, pág. 11/28

8/16 los do carboneto de tungstênio, etc.

[0018] O membro de aplicação de força 304 pode ser acionado hidraulicamente usando a bomba 310, a válvula 308 e a montagem de pistão 306. A montagem de pistão 306 pode incluir uma cabeça de pistão 311 que translada em um cilindro ou câmara 312. Em uma disposição, a bomba 310 fornece fluido hidráulico pressurizado por ia da válvula 308 para a câmara 312 na qual a cabeça do pistão 311 está disposta. A válvula 308 pode ser controlada para pulsar ou controlar de outro modo o fluido para a câmara 312 para obter um ângulo de inclinação geoestacionária.

[0019] Em uma disposição, um controlador 314 pode ser operativamente acoplado à válvula 308 para controlar um ou mais aspectos do fluxo de fluido no e/ou fora da câmara 312 para obter um ângulo de inclinação geoestacionária. Por exemplo, o controlador pode ativar (por exemplo, abrir ou fechar) a válvula 308 com base na velocidade rotacional da broca 202. Em algumas modalidades, a válvula 308 pode ser ativada uma vez por revolução de broca. Em outras modalidades, a ativação pode ocorrer uma vez por duas revoluções ou outra quantidade fracionária que permita que o ângulo de inclinação permaneça geralmente geoestacionário. O controlador 314 pode ser configurado para filtrar, classificar, decimar, digitalizar ou processar dados de outra maneira, e incluir PCL's adequado. Por exemplo, o processador pode incluir um ou mais microprocessadores que usam um programa de computador implementado em um meio legível por computador que possibilita que o processador execute o controle e processamento. O meio legível por computador pode incluir ROMs, EPROMs, EAROMs, Memórias Flash e discos óticos. O controlador 314 pode ser o controlador 42 da Figura 1 ou um controlador separado.

[0020] Quando o fluido pressurizado entra na câmara 312, a cabeça de pistão 311 e o membro de aplicação de força 304 são impulsio

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9/16 nados axialmente para a broca 202. Em algumas modalidades, uma força de polarização de linha de base pode ser gerada na câmara 312 usando o fluido pressurizado e / ou um elemento de polarização (não ilustrado) tal como uma mola. Em casos onde o membro de aplicação de força 304 é acionado hidraulicamente, os elementos de vedação podem ser usados para evitar vazamento de fluido hidráulico pressurizado. Por exemplo, as vedações 318 tais como anéis o podem ser posicionados na cabeça de pistão 311, podem ser dispostos limpadores de vedação 320 na parte de haste do membro de aplicação de força 304, e uma membrana de metal ou borracha 322 pode ser posicionada em uma abertura da qual se projeta o membro de aplicação de força 304.

[0021] Em algumas modalidades, o membro de aplicação de força

304 cruza uma abertura circular 318 que separa o alojamento 301 e o conector 206. A largura da abertura 316 pode ser um fator que controla a magnitude ou severidade da inclinação do corpo de broca 202. Para controlar a inclinação de broca, pode ser formado um ombro 230 no corpo de broca 202. O ombro 230 pode se estender parcialmente através da abertura 316 para reduzir a largura efetiva da abertura e, portanto, limitar a magnitude da inclinação. Em algumas modalidades, o ombro 230 pode ser ajustável.

[0022] Em determinadas modalidades, a montagem de atuador

200 e/ou atuadores 302 podem ser modulares por natureza. Em um aspecto, o termo modular refere-se a uma configuração estrutural padronizada que tem interfaces de acoplamento genéricas ou universal que possibilitam que um componente seja intercambiável dentro da ferramenta de poço. Um módulo ilustrativo pode incluir o membro de aplicação de força 304, a montagem de pistão 306, a válvula 308, e a bomba 310. Esses componentes podem ser empacotados em um alojamento unitário que pode ser disposto de modo a ser removido no

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10/16 alojamento 302. Outro módulo ilustrativo pode inclui apenas as válvulas 308 ou apenas a(s) bomba(s) 310. Portanto, se um componente d=falhar ou precisar de manutenção, pode ser inserido um componente de substituição em seu lugar dentro da montagem de perfuração. Em outro aspecto, o termo módulo refere-se a um componente disponível como uma pluralidade de módulos. Cada módulo pode ter um alojamento padronizado para ser intercambiável embora sendo também funcional ou operacionalmente distintos entre si (por exemplo, cada módulo tem ponto de ajuste de operação diferente ou variação de operação e/ou características de desempenho diferentes). Por exemplo, os membros de aplicação de força 304 podem ter cursos diferentes ou as bombas 310 podem ter valores de pressão de operação diferentes. Portanto, como alteração de dinâmicas de perfuração, o módulo de componente que tem características de operação ou de realização apropriadas para obter eficiência de perfuração ótima é inserido na montagem de perfuração de poço.

[0023] Em algumas modalidades, o dispositivo de direção 100 pode utilizar um ou mais sensores 110, 32 para controlar a broca 200 e a montagem de atuador 300. Os sensores podem ser usados para avaliar uma posição, orientação, status de operação do corpo de broca 202, o membro de aplicação de força 304, a válvula 308, a bomba 310, ou qualquer outro componente ou dispositivo do dispositivo de direção 100. Por exemplo, um sensor 112 pode ser usado para avaliar a largura da abertura 316 e um sensor 114 pode ser usado para determinar uma posição da cabeça de pistão 311 e/ou membro de aplicação de força 304. Os sensores ilustrativos incluem, mas não estão limitados a, sensores ultra-sônicos, sensores capacitivos, e elementos piezelétricos. Os sensores 110 podem também incluir os sensores 32 (Figura 1) que fornecem informação direcional.

[0024] Deve ser compreendido que podem ser usados numerosas

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11/16 disposições para mover o membro de aplicação de força 304. Por exemplo, a válvula 308 pode ser formada como um elemento de bocal estático que permite que o fluido flua acima de uma válvula limite de pressão. Em tal disposição, o controlador 314 pode ser operativamente acoplado à bomba 310, que pode ser uma bomba de velocidade ajustável. Portanto, o controlador 314 pode aumentar a velocidade da bomba 310 para aumentar a pressão da bomba. Os aumentos de velocidade podem ser periódicos por natureza para pulsar fluido para a câmara 312 na frequência desejada.

[0025] Referindo-se agora à Figura 5, está ilustrada outra disposição para o sistema de direção 300. Na disposição ilustrada, o atuador 302 pode incluir um membro de aplicação de força 304, uma montagem de pistão 306, válvulas 332, e uma bomba comum 330. A bomba comum 330 fornece fluido pressurizado para as válvulas 332 controladas pelo controlador 314. Nessa modalidade, o controlador 314 pode ser programado para controlar as válvulas 332 conforme necessário para manter uma inclinação de broca geoestacionária. Podem ser usadas várias configurações diferentes de bomba para fornecer energia hidráulica; por exemplo, bombas de pistão radiais, bombas de pistão axial, bombas swashplate, etc. Ainda outras modalidades podem usar um sistema não hidráulico. Por exemplo, a montagem de atuador pode usar sistemas eletromecânicos que incluem, mas não se limitam às unidades de fuso, motores lineares, e matérias responsivos à corrente elétrica (por exemplo, materiais piezelétricos).

[0026] Os sistemas hidráulicos podem ser energizados usando rotação de coluna de perfuração, fluido de perfuração de pressão alta, um gerador de energia elétrica de fundo de poço, uma bateria de fundo de poço, e/ou uma energia fornecida da superfície. Similarmente, a energia elétrica para esses sistemas pode ser gerada no fundo do poço, fornecida de uma bateria no fundo do poço, e/ou fornecida da su

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12/16 perfície. Referindo-se agora às figuras 1 e 4, por exemplo, uma comunicação de dados bidirecional e módulo de energia (BCPM) 34 podem ser usados para fornecer energia elétrica para a montagem de atuador 300. Ainda, o BCPM 34 pode ser usado para transmitir sinais de controle entre o controlador 314 e a superfície.

[0027] Referindo-se à Figura 6, está ilustrada esquematicamente uma vista de extremidade em corte da broca 200 que pode ser inclinada usando três atuadores dispostos circularmente 302. A broca 200 está ilustrada em uma direção 350. Referindo-se agora às Figuras 2 e 6, é desejado perfurar ao longo do eixo geométrico 104, isto é, sem desvio, então todos os atuadores 302 são energizados de maneira que todos os membros de aplicação de força 304 engatem o conector 206. O sensor 112 pode avaliar a inclinação da cabeça de broca 202. Se necessário, o controlador 314 pode ajustar um ou mais dos atuadores 302 para equilibrar ou controlar as forças axiais aplicadas para ter uma inclinação substancialmente zero. Por exemplo, o controlador 314 pode aumentar ou diminuir o fluido fornecido para o(s) pistão (pistões) para prender o corpo de broca 202 em uma orientação de inclinação zero.

[0028] É desejável perfurar em uma direção específica 352, então o controlador opera os atuadores 302 para aplicar força axial à broca 200 para inclinar a broca 200 na direção especificada 352. Conforme anteriormente mencionado, a broca 200 está girando na direção 350. Portanto, em um modo, o controlador 314 (Figura 4) pode ativar o atuador 302 em um setor azimutal 354 que é oposto à direção de perfuração 352. Essa ativação pode ser um sinal para a válvula 308 que abre a válvula 308 para injetar fluido pressurizado na câmara 3122. Em resposta, a cabeça de pistão 311 desloca a membro de aplicação de força 304 contra o conector 206. Uma vez que o atuador 302 deixe o setor azimutal 354, a pressão de fluido na câmara 312 é liberada ou

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13/16 reduzida para um valor de pressão mais baixa. Essa perda de pressão permite que a cabeça de pistão 311 e o membro de aplicação de força 304 deslize de volta devido ao peso na roca e o contato da broca contra a formação. Em uma variante, o controlador 314 (Figura 4) pode ativar dois ou mais de atuadores 302 para gerar uma força axial resultante no setor azimutal 354. Portanto, cada atuador 202 é ativado à medida que gira para a posição apropriada e então é desativado à medida que o atuador 202 gira para fora da posição apropriada. Isto é, os atuadores 202 são ativados sequencialmente para aplicar continuamente uma força de inclinação para um local azimutal apropriado.

[0029] Em outro modo, o controlador 314 (Figura 4) pode ativar apenas o atuador 302 que está no mesmo setor azimutal da direção de perfuração 352. Essa ativação pode ser um sinal para a válvula 308 que abre a válvula 308 para liberar fluido pressurizado da câmara 312. Em resposta, a cabeça de pistão 311 permite que o membro de aplicação de força 34 reduza a força aplicada ao conector 206. Uma vez que o conector 302 deixe o setor azimutal 354, a pressão fluida na câmara 314 aumenta para um valor de pressão desejada. Como anteriormente, o controlador 314 (/figura 4) pode ativar dois ou mais atuadores 302 para obter uma força de inclinação resultante.

[0030] Deve ser compreendido que a broca pode girar em velocidades de cem RPMs ou maiores. Portanto, os atuadores 302 podem ser ativados por um período na ordem de um segundo ou uma fração de um segundo. Não obstante, como a força axial é sempre aplicada no ou próximo ao setor azimutal 354, a inclinação é geoestacionária.

[0031] Em outro modo de operação, a magnitude da direção de perfuração pode ser também controlada. No exemplo descrito acima, os atuadores 302 movem o corpo de broca 202 de uma orientação de inclinação zero para uma orientação de inclinação máxima. A montagem de atuador 300 pode ser também configurada para posicionar ou

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14/16 orientar a broca 202 em um valor de inclinação que é imediato de inclinação zero e a inclinação máxima. Em tal disposição, o controlador 314 pode operar os atuadores 302 para restringir o curso do membro de aplicação de força 304 para menos do que o curso máximo ou para aplicar uma força que seja menor do que uma força máxima. Portanto, o corpo de broca 202 pode não ser inclinado para o valor máximo. O curso pode ser limitado por modulação ou redução do volume ou pressão de um fluido aplicado à cabeça de pistão 311, fisicamente impedindo o movimento do membro de aplicação de força 304, ou algum outro método.

[0032] Referindo-se agora às Figuras 1, 2 e 4, em uma maneira exemplificativa do uso, a BHA é transportada para o poço 14 a partir do aparelho 20. Durante a perfuração do poço 14, o dispositivo de direção 100 dirige a coluna de perfuração 16 em uma direção selecionada. A direção de perfuração pode seguir uma trajetória pré-ajustada que é programada em uma superfície e/ou controlador de fundo de poço (por exemplo, controlador 50 e/ou controlador 42). O controlador (es) 50 e /ou 42 usa dados direcionais recebidos dos sensores direcionais de fundo de poço 32 para determinar a orientação da BHA 12. Se for necessária uma correção de curso, o controlador 314 transmite sinais para as válvulas 308 e para as bombas 310 para levar os membros de aplicação de força a inclinarem o corpo de broca 202 na direção desejada. Além disso, esses sinais podem também controlar a magnitude da inclinação. Em outro uso exemplificativa, o pessoal de superfície transmite sinais para o controlador 314 para dirigir a coluna de perfuração 16 na direção desejada. E ainda outro uso exemplificativo, a direção geológica pode ser executada usando os sensores no sub FE 36. Esses sensores podem incluir sensores para avaliar emissões de raio gama, temperatura, várias propagações de resistividade, sensores para determinar parâmetros de interesse relacionados à for

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15/16 mação, furos, caras geofísicas, fluidos de duro e condições adjacentes. Sensores de avaliação de formação (por exemplo, resistividade, dielétrica, constante, saturação de água, porosidade, densidade e permeabilidade), sensores para medir parâmetros de furo (por exemplo, tamanho de furo, aspereza de furo, a verdadeira profundidade vertical, profundidade medida), sensores para medir parâmetros geofísicos (por exemplo, tempo de velocidade acústica e percurso acústico). Em uma maneira automatizada, semiautomatizada ou superfície controlada, a BHA 12 pode ser dirigida com relação a uma ou mais formação especificada ou características de reservatório.

[0033] Quando desejado, a BHA 12 pode ser empurrada para fora do poço. SE desejado, a broca 200 pode ser removida da BHA 12 na fundo do aparelho. Deve ser observado que a remoção da broca 200 pode ser executada pela desconexão da broca 200 do alo 301. Outros componentes, por exemplo, a montagem de atuador 300, pode permanecer na BHA 12. Além disso, a separação da broca 200, ou os componentes selecionados da broca 200, podem ser executados com equipamento padrão e fundo de aparelho.

[0034] Do acima exposto, deve ser apreciado que o que foi descrito inclui, em parte, um aparelho para formar um poço em uma formação subterrânea. O aparelho pode incluir um eixo que tem uma parte de extremidade, um corpo de broca que pode ser inclinado em volta de uma parte de extremidade, e pelo menos um atuador configurado para aplicar uma força de inclinação ao corpo de broca.

[0035] Do acima exposto, deve ser apreciado que o que foi descrito também inclui, em parte, um método para formar um poço em uma formação subterrânea. O método pode incluir a formação do poço usando um aparelho que pode incluir um eixo que tem uma parte de extremidade, um corpo de broca inclinável em volta da parte de extremidade, e pelo menos um atuador configurado para aplicar uma força

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16/16 de inclinação para o corpo de broca.

[0036] Embora a descrição antecedente seja direcionada a determinadas modalidades da descrição, várias modificações serão aparentes para aqueles versados na técnica. Todas as variações pretendem estar dentro do escopo das reivindicações em anexo englobadas na descrição antecedente.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para formar um poço em uma formação subterrânea usando uma coluna de perfuração (16), caracterizado por compreender:

um eixo dotado de uma parte de extremidade, o eixo sendo configurado para ser disposto na coluna de perfuração (16);

uma junção acoplada à parte de extremidade, em que a junção inclui um furo para transportar um fluido de perfuração;

uma broca de perfuração (200), a broca de perfuração (200) tendo um corpo de broca de perfuração (202) e uma face de broca (201) configurada para cortar o fundo de poço, a broca de perfuração (200) disposta de maneira inclunável na junção, em que o corpo de broca de perfuração (202) inclui pelo menos uma passagem em comunicação com o furo da junção, a pelo menos uma passagem ejetando o fluido de perfuração na face da broca, em que o eixo atravessa uma folga circunferencial que separa a coluna de perfuração (16) e a broca de perfuração (200) e em que a junção está dentro da broca de perfuração (200) e entre a folga circunferencial e a face da broca; e pelo menos um atuador (300) configurado para gerar uma força de inclinação para inclinar a broca de perfuração (200) .
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um atuador (300) inclui um membro de aplicação de força (304); e compreende adicionalmente um conector (206) limitando a parte de extremidade entre a folga circunferencial e a face de broca (201), em que o conector (206) é separado do corpo de broca de perfuração (202) com uma folga anular, em que o membro de aplicação de força (304) engata uma face do conector (206) para aplicar a força de inclinação ao corpo de broca de perfuração (202).
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um atuador (300) é posicionado na

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2/4 coluna de perfuração (16), e que o pelo menos um atuador (300) inclui uma bomba (304) de fornecimento de fluido pressurizado; uma montagem de pistão (306) energizada pelo fluido pressurizado; e uma válvula (308) configurada para controlar o fluxo de fluido entre a bomba (304) e a montagem de pistão (306).
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um atuador (300) é energizado usando uma fonte de energia selecionada a partir de um dentre: (i) fluido pressurizado, e (ii) energia elétrica.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um atuador (300) é configurado para aplicar a força de inclinação como uma função de uma velocidade rotacional do corpo de broca de perfuração (202).
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um controlador (314) acoplado de modo operável ao pelo menos um atuador (300), em que o controlador (314) é programado para manter uma inclinação geoestacionária do corpo de broca de perfuração (202).
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma fonte de energia giratória que gira o corpo de broca de perfuração (202), o controlador (314) sendo programado para operar o pelo menos um atuador (300) com base em uma velocidade de rotação do corpo de broca de perfuração (202).
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um atuador (300) inclui uma pluralidade de atuadores e compreende ainda um controlador (314) acoplado operacionalmente à pluralidade de atuadores, o controlador (314) sendo programado para ativar sequencialmente a pluralidade de atuadores.

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9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a junção é selecionada a partir de um dentre: (i) junção universal, (ii) uma junção de Cardan; e (iii) junção dotada de um membro elastomérico.
10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:

um alojamento (301) que recebe o eixo e o pelo menos um atuador (300), em que a folga circunferencial separa o alojamento (301) da broca de perfuração (200), a folga circunferencial sendo configurada para permitir um grau predeterminado de inclinação para a broca de perfuração (200) e em que a junção é posicionada entre a folga circunferencial e a face de broca (201); e pelo menos um elemento transmissor de torque posicionado em uma região interior da broca de perfuração (200), o pelo menos um elemento transmissor de torque conectando a junção à broca de perfuração (200).
11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um elemento transmissor de torque posicionado em uma região interior da broca, o pelo menos um elemento transmissor de torque conectando a junção à broca.
12. Método de formação de um poço em uma formação subterrânea, caracterizado por compreender:

dispor uma junção dentro de um corpo de broca de perfuração (202), a junção sendo posicionada em uma parte de extremidade de um eixo;

conectar o eixo a um alojamento (301) posicionado em uma coluna de perfuração (16), em que o eixo atravessa uma folga circunferencial que separa o alojamento (301) e o corpo da broca de perfuração, e em que a junção é posicionada entre a folga circunferencial e

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4/4 a face da broca do corpo de broca de perfuração (202);

formar o poço usando a coluna de perfuração (16); e controlar a direção de perfuração da face de broca (201) pela inclinação do corpo de broca de perfuração (202) em volta da parte de extremidade pela aplicação de uma força de inclinação gerada por pelo menos um atuador.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda posicionar o pelo menos um atuador (300) dentro da coluna de perfuração (16), em que o pelo menos um atuador (300) inclui uma bomba (304), uma montagem de pistão (306), e uma válvula (308), e compreende adicionalmente:

energizar a montagem de pistão (306) usando fluido pressurizado da bomba (304); e controlar fluxo de fluido entre a bomba (304) e a montagem de pistão (306) usando a válvula (308).
14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um atuador inclui uma pluralidade de atuadores e compreende ainda acionar sequencialmente a pluralidade de atuadores usando um controlador (314) programado.
15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente aplicar a força de inclinação como uma função de uma velocidade rotacional do corpo de broca (202).
16. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente manter uma inclinação geostática do corpo de broca de perfuração (202) usando um controlador (314) programado que é acoplado de maneira operável ao pelo menos um atuador (300).