BR112013006854B1

BR112013006854B1 - Aparelho e método para perfurar paredes de poço

Info

Publication number: BR112013006854B1
Application number: BR112013006854-0A
Authority: BR
Inventors: Sven Kruegar
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2020-09-01
Also published as: BR112013006854A2; WO2012040570A3; GB201305165D0; GB2497695B; NO345990B1; GB2497695A; WO2012040570A2; DE112011103199T5; US20120073876A1; DE112011103199B4; NO20130457A1; US9045946B2

Abstract

aparelho e método para perfurar paredes de poço. a presente invenção refere-se a um aspecto, um aparelho para uso em uma parede de poço inclui uma montagem tubular e de perfuração configurada para carregar uma broca de perfuração em uma extremidade desta, em que a montagem de perfuração é configurada para ser posicionada dentro do tubular, em que o tubular e a montagem de perfuração são configurados para ser executados na parede de poço juntos. o aparelho ainda inclui um dispositivo de acionamento no tubular configurado para seletivamente estender a montagem de perfuração e retrair a montagem de perfuração no tubular.

Description

Referência cruzada aos pedidos relacionados

[0001] Este pedido prioriza o pedido provisório norte-americano No. serial 61/385,633, depositado em 23 de setembro de 2010, que está incorporado aqui em sua totalidade por referência.

Histórico 1. Campo da invenção

[0002] Esta invenção se refere geralmente ao aparelho e métodos para perfuração das paredes de poço.

2. Antecedente da invenção

[0003] Poços de petróleo (também referidos como "paredes de poço") são perfurados com uma coluna que inclui um membro tubular tendo uma montagem de perfuração com uma broca de perfuração na sua extremidade inferior. O membro tubular é geralmente um tubo articulado ou tubulação enrolada. Após o poço ou uma seção da parede de poço ser perfurada, ela é alinhada com um revestimento (também referido como forro). Entretanto, às vezes o forro é colocado fora da coluna durante a perfuração e pode incluir uma segunda broca de perfuração, referida como broca de perfuração de escareador ou escareador, acima ou superior da broca de perfuração no fundo da montagem de perfuração (também referido como broca de perfuração "piloto"). A broca de perfuração piloto perfura um furo com um determinado diâmetro e o escareador amplia este furo no diâmetro desejado da parede de poço. Conforme o forro e a broca de perfuração piloto entram em uma formação instável, a parede de poço pode desfalecem, causando danos às partes da coluna e da broca de perfuração localizadas fora do forro.

SUMÁRIO

[0004] Em um aspecto, um aparelho para uso em uma parede de poço inclui uma montagem tubular e de perfuração configurada para carregar uma broca de perfuração em uma extremidade desta, em que a montagem de perfuração é configurada para ser posicionada dentro do tubular, em que o tubular e a montagem de perfuração são configurados para ser operados na parede de poço juntos. O aparelho também inclui um dispositivo de acionamento no tubular configurado para seletivamente estender a montagem de perfuração e retrair a montagem de perfuração no tubular.

[0005] Um método para perfurar uma parede de poço inclui conduzir um tubular contendo uma coluna em uma parede de poço, a coluna incluindo uma montagem de perfuração axialmente móvel dentro do tubular. O método também inclui seletivamente retrair a montagem de perfuração e estender a montagem de perfuração do tubular durante a perfuração da parede de poço.

[0006] Certas características do aparelho e dos métodos revelados aqui são resumidas mais amplamente para que a descrição detalhada desta que segue possa ser mais bem entendida. Há, certamente, características adicionais do aparelho e dos métodos revelados que farão parte desta revelação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0007] Para um entendimento detalhado da presente revelação, as referências devem ser feitas à descrição detalhada a seguir, em conjunto com os desenhos anexos, nos quais os elementos semelhantes geralmente receberam numerais iguais e em que:

[0008] A FIG. 1 é um diagrama esquemático de um sistema da parede de poço que mostra a perfuração de uma parede de poço com uma coluna que inclui uma montagem de perfuração, uma broca de perfuração e um forro feitos de acordo com uma modalidade da revelação;

[0009] A FIG. 2 mostra um diagrama esquemático de uma montagem de perfuração, dispositivo de acionamento e forro feitos de acordo com uma modalidade da revelação;

[0010] A FIG. 3 mostra um diagrama esquemático de uma montagem de perfuração, dispositivo de acionamento e forro feitos de acordo com uma modalidade da revelação; e,

[0011] A FIG. 4 mostra um diagrama esquemático de uma montagem de perfuração, dispositivo de acionamento e forro feitos de acordo com uma modalidade da revelação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0012] A FIG. 1 é um diagrama esquemático que mostra um sistema de perfuração 100 para perfuração das paredes de poço de acordo com uma modalidade da presente revelação. A FIG. 1 mostra uma parede de poço 110 que inclui uma seção superior 111 com um revestimento 112 instalado nele, e uma seção inferior 114 sendo perfurada com a coluna 118. A coluna 118 inclui um membro tubular 116 que carrega uma montagem de perfuração 130 (também referida como uma "montagem do furo de soldagem" ou "BHA") na sua extremidade inferior. O membro tubular pode ser feito unindo as seções do tubo de perfuração. Uma broca de perfuração 150 (também referida aqui como a "broca piloto") é fixada na extremidade inferior da montagem de perfuração 130 para perfuração de um furo na formação 119 de um primeiro diâmetro. Um forro 120 é colocado fora da perfuração tubular 116. Conforme mostrado, a broca de perfuração 150 é configurada para ressaltar um comprimento selecionado 165 (um "comprimento ressaltado") do forro 120. Uma segunda broca de perfuração 160 (também referida aqui como a "broca escareadora" ou "escareador") está disposta no forro 120 e ao redor de uma seção da coluna 130 acima ou superior da broca piloto 150. Um dispositivo de acionamento 155 está localizado em uma parte do forro abaixo inferior 166, em que o dispositivo de acionamento 155 é configurado para seletivamente estender e retrair a montagem de perfuração 130 e a broca piloto 150. A operação do dispositivo de acionamento 155, montagem de perfuração 130 e broca piloto 150 é descrita posteriormente com referência às figuras 2-4.

[0013] Em um aspecto, a montagem de perfuração 130 inclui um dispositivo de direção 152, como nervuras ou enchimentos de direção, e um dispositivo de medição 154, como ferramentas de avaliação de formação e medições durante a perfuração dos ("MWD") sensores. A coluna 118 se estende em um aparelho 180 na superfície 167. Uma mesa giratória 169 ou um acionamento superior (não mostrado) pode ser utilizado para girar a coluna 118 e assim a montagem de perfuração 130 e a broca piloto 150. Uma unidade de controle 190, que pode ser uma unidade baseada no computador, é colocada na superfície 167 para receber e processar os dados inferiores transmitidos pela montagem de perfuração 130 e para controlar as operações dos vários dispositivos e sensores na montagem de perfuração 130. O controlador 190 pode incluir um processador, um dispositivo de armazenamento para armazenar os dados e programas de computador. O processador acessa os dados e programas do dispositivo de armazenamento e executa as instruções contidas nos programas para controlar as operações de perfuração. Um fluido de perfuração 179 de uma fonte deste é bombeado sob pressão através do tubular de perfuração 116. O fluido de perfuração 179 descarrega no fundo da broca piloto 150 e retorna à superfície através de um espaço anular entre a coluna 118 e a parede de poço 110.

[0014] A FIG. 2 mostra um diagrama esquemático de uma modalidade de uma parte 200 de um tubular (forro ou membro externo) 202 e uma coluna 204. Em um aspecto, o tubular 202 e a coluna 204 são transportados juntos na formação por uma ferramenta de realização 206. Um dispositivo de acionamento 208 está localizado dentro de uma parte do tubular 202 para seletivamente estender e retrair uma montagem de perfuração 210 de uma extremidade do tubular 202. Em uma configuração, o dispositivo de acionamento 208 inclui um propulsor 212 e um pinça 214 (também referida como "mecanismo de travamento") configurados para mover a montagem de perfuração 210 com relação ao tubular 202. Em outra configuração, uma ou mais combinações adicionais do propulsor e da pinça, como propulsor 216 e pinça 218, podem ser usadas para aumentar o curso do dispositivo acionador 208. Os propulsores exemplares 212 e 216 são acionadores lineares, como cilindros hidráulicos, configurados para mover a montagem de perfuração 210 ao longo do eixo 215. Os propulsores 212 e 216, em um aspecto, comprimem e pressurizam o fluido, como o fluido de perfuração, para fazer com que a extensão e retração axial da montagem de perfuração no tubular, conforme mostrado pelas setas 219. O movimento axial 219 do dispositivo de acionamento 208 causa uma mudança na distâncias 220, também referida aqui como "comprimento ressaltado." O comprimento ressaltado é um indicador da parte da montagem de perfuração 210 que está exposto ou não contido dentro do tubular 202. A montagem de perfuração 210 inclui dispositivos sensor e de avaliação 222, dispositivos de direção 224 e broca de perfuração 226. Os dispositivos sensor e de avaliação 222 podem incluir ferramentas para avaliação de formação ("FE") bem como sensores para medição durante a perfuração ("MWD"). Em um aspecto, as ferramentas de avaliação de formação incluem raios gama e sensores de resistência, que são relativamente caros e para substituir e reparar, se danificado. A broca de perfuração 226 pode ser qualquer ferramenta adequada para criar um furo de sondagem em uma formação, como broca de rolamento cônico, broca PDC ou escareador. O dispositivo de acionamento 208 pode ser configurado para retrair uma parte ou substancialmente completamente toda a montagem de perfuração 210 dentro do tubular 202 inferior, como quando posicionado nas formações instáveis. Certamente, pela retração e posicionamento da montagem de perfuração 210 dentro do tubular 202, os dispositivos sensor e de avaliação 222, dispositivos de direção 224 e broca de perfuração 226 são protegidos de danos durante um esgotamento na formação.

[0015] Ainda com referência à FIG. 2, o dispositivo de acionamento 208 inclui pinças 214 e 218 configuradas para engatar e desengatar as paredes internas do forro 202, assim permitindo que os propulsores 212 e 216 sema liberados ou travados em uma posição selecionada ou estado de acionamento (extensão ou retração) e para controlar o movimento axial no dispositivo de acionamento 208. As pinças 214 e 218 (mecanismo de travamentos) podem ser qualquer dispositivo mecânico, hidráulico e/ou elétrico que acopla, trava ou engata o dispositivo de acionamento 208 na parede interna do tubular 202. Um exemplo da operação do dispositivo de acionamento 208 segue. As pinças 214 e 218 desengatam, do forro 202 para permitir que o primeiro propulsor 212 se estenda completamente. A primeira pinça 214 então engata o forro 202 para "travar" a posição estendida do primeiro propulsor 212 no lugar. Assim, para outra extensão da montagem de perfuração 210, a segunda pinça 218 é desengatada enquanto o segundo propulsor 216 são estendidos a uma posição desejada. A segunda pinça 218 então engata o forro 202 para segurar ou “travar” a posição de montagem de perfuração 210, causando um comprimento ressaltado 220 selecionado do forro 202. Além disso, as pinças 214 e 218 são configuradas para travar os propulsores (212, 216) nas posições selecionadas para aliviar a pressão dos propulsores enquanto a distância 220 permanecem substancialmente a mesma.

[0016] A FIG. 3 mostra um diagrama esquemático de outra modalidade de uma parte 300 de um tubular 302 e coluna 304. Em um aspecto, o tubular 302 e a coluna 304 são transportados juntos na parede de poço por uma ferramenta de realização 306. Um dispositivo de acionamento 308 está localizado dentro de uma parte do tubular 302 (ou "forro") para seletivamente estender e retrair uma montagem de perfuração 310 de uma extremidade do tubular 302. O dispositivo de acionamento 308 inclui um propulsor 312 e tratores 314. Conforme descrito, o propulsor 312 é um acionador mecânico, eletrônico, eletromecânico ou linear hidráulico, como um cilindro hidráulico ou mecanismo de furo de esfera descrito acima. Em um aspecto, os tratores 314 são mecanismos que utilizam os membros radiais de rotação que prendem ou encostam nas paredes internas (ou "paredes da câmara") do tubular 302 e assim guiam e axialmente conduzem a tubulação 315 (ou "tubular", "parte da coluna" ou "montagem de tubular de perfuração") dentro ou fora do tubular 302. Tratores 314 podem ser qualquer mecanismo adequado confiável e com força para guiar o movimento da montagem de perfuração 310 e causam movimento axial, como um mecanismo mecânico, eletrônico, eletromecânico e/ou hidráulico. Os tratores 314 também podem prover travamento da montagem de perfuração 310 em uma posição estendida ou retraída selecionada. Em uma modalidade, o propulsor 312 e/ou tratores 314 causam a extensão e retração axial da montagem de perfuração 310, conforme mostrado pelas setas 317. O movimento axial 317 do dispositivo de acionamento 308 faz com que a montagem de perfuração 304 estenda além do tubular 302, conforme mostrado pela distância 316, também referida como "comprimento ressaltado". O comprimento ressaltado é um indicador da parte da montagem de perfuração 310 que não está contida dentro do tubular 302. A montagem de perfuração 310 inclui dispositivos sensor e de avaliação 318, dispositivos de direção 320 e broca de perfuração 322. Os dispositivos sensor e de avaliação 318 pode incluir ferramentas FE bem como sensores MWD. Em uma modalidade, os tratores 314 fornecem a maior parte da força de acionamento para causar movimento 317, onde o propulsor 312 mantém o alinhamento axial substancial da montagem de perfuração 310 e da tubulação 315 com o tubular 302. Em outra modalidade, os tratores 314 e o propulsor 312 podem fornecer força axial ou energia para o movimento 317 da montagem de perfuração 310. Deve ser observado que um ou mais propulsores 312 e/ou tratores 314 podem ser usados para controlar a posição e acionar o movimento axial da montagem de perfuração 310. Ainda, componentes adicionais, como pinças, também podem ser incluídos para facilitar a operação do dispositivo de acionamento 308.

[0017] A FIG. 4 mostra um diagrama esquemático de outra modalidade de uma parte 400 de um tubular 402 e coluna 404. Em um aspecto, o tubular 402 (ou "forro") e coluna 404 são conduzidos juntos na formação por uma ferramenta de realização 406. Um dispositivo de acionamento 408 está localizado dentro de uma parte do tubular 402 pra seletivamente estender e retrair uma montagem de perfuração 410 de uma extremidade do tubular 402. O dispositivo de acionamento 408 inclui um propulsor 412 e travas 414. Conforme descrito, o propulsor 412 é um acionador mecânico, eletrônico, eletromecânico ou linear hidráulico, como um cilindro hidráulico ou mecanismo de furo de esfera. Em um aspecto, as travas 414 (também referidas como "mecanismo de travamento") são um mecanismo configurado para prender e manter uma posição de um tubular 415 dentro do propulsor 412. As travas 414 (ou "mecanismos de travamento") podem ser qualquer mecanismo adequado, como um mecanismo mecânico, eletrônico, eletromecânico e/ou hidráulico, configurado para engatar e desengatar (travar e liberar) a posição do tubular 415 dentro do propulsor 412. Em aspectos, o propulsor 412 tem uma pressão PT selecionado dentro da câmara do propulsor, enquanto uma pressão da parede de poço Pw está fora da câmara vedada. A pressão do propulsor Px pode ser controlada e configurada dependendo dos vários parâmetros e condições, incluindo distância inferior e características de formação. Em uma modalidade exemplar, a distância inferior (ou "comprimento do furo de sondagem") é proporcionado à pressão da parede de poço Pw, onde a diferença entre a pressão do propulsor PT e a pressão da parede de poço Pw controla o movimento axial 416 do dispositivo de acionamento 408 e, assim, a montagem de perfuração 410. O movimento axial 416 do dispositivo de acionamento 408 causa uma mudança na distância 417, também referida como "comprimento ressaltado”. O comprimento ressaltado 417 é um indicador da parte da montagem de perfuração 410 que sai do tubular 402. A montagem de perfuração 410 inclui dispositivos sensor e de avaliação 418, dispositivos de direção 420 e broca de perfuração 422. Os dispositivos sensor e de avaliação 418 podem incluir ferramentas FE bem como sensores MWD. Os dispositivos de direção 420 podem incluir membros acionados hidraulicamente, mecanicamente e/ou eletricamente, como nervuras ou enchimentos, para controlar uma direção de perfuração da montagem de perfuração 410.

[0018] Um exemplo da operação do dispositivo de acionamento 408 é como segue. A pressão do propulsor Px é mantida em uma pressão substancialmente maior do que a pressão da parede de poço Pw, onde a diferença de pressão causa uma força axial para estender o propulsor 412 e a montagem de perfuração 410. Em uma modalidade, é substancialmente mínimo ou nenhum peso na broca quando a pressão do propulsor Px causa extensão da montagem de perfuração 410. As travas 414 são desengatadas das paredes da câmara do propulsor 412, permitindo a força axial para causar a montagem de perfuração 410 para se estender ou projetar do tubular 402. Conforme a montagem de perfuração 410 atinge um comprimento ressaltado desejado 417, as travas 414 prendem e engatam as paredes da câmara (ou "paredes internas") para impedir outra extensão da montagem de perfuração 410 pela força axial causada pela diferença de pressão. Assim, o dispositivo de acionamento 408 é configurado para manipular ou utilizara diferença de pressão (PT - Pw), propulsor 412 e travas 414 para controlar o movimento axial e comprimento ressaltado 417 da montagem de perfuração 410. Em um aspecto, o comprimento ressaltado 417 é reduzido e a montagem de perfuração 410 é retraída causando um aumento na força do peso da broca 424 ("WOB") para superar Px enquanto as travas 414 são desengatadas das paredes da câmara. O WOB elevado pode ser causado na superfície por um mecanismo, como uma mesa giratória. Em uma modalidade, a pressão do propulsor PT é controlada pelo ajuste da quantidade para perfurar o fluido contido no propulsor 412. A pressão do propulsor Px, pressão da parede de poço Pw e diferencial da pressão correspondente podem ser mantidos e medidos usando sensores de pressão posicionados na coluna, como no propulsor 412 e na montagem de perfuração 410. Em uma modalidade, uma segunda câmara do propulsor 412 pode ser pressurizada para fazer com que a montagem de perfuração retraia e reduza o comprimento ressaltado 417, em que a segunda câmara está em um lado oposto do pistão 450 como a câmara do propulsor. Nas modalidades, as montagens de perfuração 210, 310, 410 são executadas abaixo com os tubulares 202, 302,402, em que os tubulares podem ser forros ou revestimento que protegem as montagens da perfuração de danos nas formações instáveis.

[0019] Enquanto a revelação anterior é direcionada para determinadas modalidades, várias mudanças e modificações em tais modalidades serão evidentes aos técnicos no assunto. É direcionado que todas as mudanças e modificações que estão dentro do escopo e espírito das reivindicações anexas serão compreendidas aqui pela revelação.

Claims

1. Aparelho para uso em uma parede de poço (110), caracterizado pelo fato de que compreende: um tubular (116); uma montagem de perfuração (130) configurada para carregar uma broca de perfuração (150) em uma extremidade desta, em que a montagem de perfuração (130) é configurada para ser posicionada dentro do tubular (116), em que o tubular (116) e a montagem de perfuração (130) são configurados para serem operados na parede de poço (110) juntos; e, um dispositivo de acionamento (155) no tubular (116) configurado para seletivamente estender a montagem de perfuração (130) e retrair a montagem de perfuração (130) ao tubular (116) a uma distância desejada, em que o dispositivo de acionamento (155) compreende um mecanismo de travamento (214) configurado para acoplar a montagem de perfuração (130) ao tubular (116) à distância desejada, e um propulsor (212), em que uma pressão dentro de uma câmara do propulsor (212) é maior do que uma pressão da parede de poço (110) que faz com que a montagem de perfuração (130) se estenda quando o dispositivo de travamento é liberado.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de acionamento (155) é configurado para retrair a montagem de perfuração (130) substancialmente completamente dentro do tubular (116).

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um trator acoplado à montagem de perfuração (130) e o tubular (116) para guiar a montagem de perfuração (130) no tubular (116).

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o trator fornece uma força para ajudar na extensão e retração da montagem de perfuração (130).

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a montagem de perfuração (130) compreende uma avaliação de formação e ferramenta de medição configuradas para posicionar dentro do tubular (116) quando a montagem de perfuração (130) for retraída.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a montagem de perfuração (130) é configurada para retrair quando o dispositivo de travamento é liberado e um peso selecionado é aplicado à montagem de perfuração (130).

7. Método para perfurar uma parede de poço (110), caracterizado pelo fato de que compreende: conduzir um tubular (116) contendo uma coluna em uma parede de poço (110), a coluna incluindo uma montagem de perfuração (130) axialmente móvel dentro do tubular (116); estender seletivamente a montagem de perfuração (130) e retrair a montagem de perfuração ao tubular (116) durante a perfuração da parede de poço a uma distância desejada pressurizando uma câmara de um propulsor a uma pressão maior que a pressão de um poço;e acoplar a montagem de perfuração (130) ao tubular (116) na distância desejada enquanto a montagem de perfuração (130) e o tubular (116) são dispostos na parede de poço (110) para perfurar a parede de poço (110).

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a montagem de perfuração (130) compreende um dispositivo de travamento para permitir que a montagem de perfuração (130) se estenda quando o dispositivo de travamento for liberado.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda retrair a montagem de perfuração (130) para dentro do tubular (116) ao liberar o dispositivo de travamento e aplicar um dentre um peso selecionado à montagem de perfuração (130) e uma pressão para retrair a câmara do propulsor.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que estender seletivamente a montagem de perfuração (130) e retrair a montagem de perfuração (130) ao tubular (116) compreende estender e retrair seletivamente usando um trator acoplado na montagem de perfuração (130) e no tubular (116).

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que estender seletivamente a montagem de perfuração (130) e retrair a montagem de perfuração (130) no tubular (116) compreende seletivamente retrair uma avaliação de formação e ferramentas de medição na montagem de perfuração (130) dentro do tubular (116)