BR112014002671B1

BR112014002671B1 - Método e produto de programa de computador para estimar umainclinação e azimute em um fundo de poço

Info

Publication number: BR112014002671B1
Application number: BR112014002671-8A
Authority: BR
Inventors: Frank Schuberth; Hanno Reckmann; John D. Mcpherson; James Alberthood
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2021-02-23
Also published as: GB201402428D0; NO343622B1; NO20140014A1; GB2507688A; BR112014002671A8; WO2013022725A2; GB2507688B; US9043152B2; WO2013022725A3; WO2013022725A4; BR112014002671A2; US20130041586A1

Abstract

Pedido de Patente: "PREVISÃO DE FATOR DE SINUOSIDADE EM TEMPO REAL". A presente invenção refere-se a um método para estimar uma inclinação e azimute em um interior de um fundo do poço inclui formar um último ponto de pesquisa incluindo uma última inclinação e um último azimute; recebendo o momento da flexão em um dispositivo de computação e pelo menos uma medição da orientação de ferramenta e uma medição de inclinação perto da broca de um ou mais sensores no poço; e formar a estimativa comparando possíveis valores de fator de sinuosidade (DLS) com o valor do momento da flexão.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido U.S. No. 13/204964, depositado no dia 8 de agosto de 2011, que é incorporado aqui por referência em sua inteireza.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Campo da Invenção

[002] A presente invenção refere-se à coluna de perfuração e, mais especificamente, aos sistemas e métodos para determinar a flexão do poço considerando a flexão da coluna de perfuração.

Descrição da Técnica Relacionada

[003] Vários tipos de colunas de perfuração são implementados em um poço para exploração e produção de hidrocarbonetos. Uma coluna de perfuração geralmente inclui tubo de perfuração e uma composição de fundo de poço. A composição de fundo de poço contém colares de perfuração, que podem ser instrumentados, e podem ser usados para obter medidas-enquanto-perfura ou enquanto perfila, por exemplo.

[004] Algumas colunas de perfuração podem incluir componentes que permitem o poço ser perfurado em direções que não são a vertical. Tal perfuração é referida na indústria como "perfuração direcional." Embora implementada no poço, a coluna de perfuração pode ser submetida a uma variedade de forças ou cargas. Por causa da coluna de perfuração ser no poço, as cargas são medidas somente em certas posições do sensor e podem afeta a estática ou comportamento dinâmico e direção de percurso da coluna de perfuração.

[005] Quer mudanças de trajetória planejadas (perfuração direcional), as cargas experimentadas durante a perfuração ou mudanças de formação podem levar à criação de sinuosidade no poço. Uma sinuosidade é uma seção em um fundo de poço em que a trajetória do poço, sua flexão, muda. A taxa de mudança de trajetória é chamada fator de sinuosidade (DLS) e é tipicamente expressa em graus por 100 pés.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] É descrito um método baseado em computador para estimar uma inclinação e azimute em um poço. O método inclui formar um último ponto de pesquisa incluindo uma última inclinação e um último azimute; receber em um dispositivo de computador o momento de flexão e pelo menos uma de uma medida da orientação de ferramenta flexionando e uma inclinação de quase um bit a partir de um ou mais sensores no poço; e formando a estimativa por comparação dos valores de fator de sinuosidade (DLS) possíveis com o valor do momento de flexão.

[007] É ainda descrito um produto de programa de computador para estimar uma inclinação e um azimute de um poço. O produto do programa de computador inclui um meio de leitura de armazenamento tangível através de um circuito de processamento e instruções de armazenagem para execução pelo circuito de processamento para realizar um método compreendendo: receber um último ponto de pesquisa incluindo uma última inclinação e um último azimute; receber pelo me-nos uma medição do momento de flexão e uma medição da orientação de ferramenta de flexão e uma medição da inclinação de uma broca próxima a partir de um ou mais sensores no poço; e formar a estimativa comparando os possíveis valores do fator de sinuosidade (DLS) com o valor do momento de flexão.

[008] É também descrito um sistema para estimar uma inclinação e um azimute em um poço. O sistema inclui uma coluna de perfuração incluindo um sensor substituto, o sensor substituto incluindo um ou mais sensores para medir o momento da flexão pelo menos uma orientação de ferramenta de flexão e uma quase inclinação da broca. O sistema também inclui um dispositivo de computação em comunicação operável com o um ou mais sensores e configurados para receber o momento da flexão e pelo menos uma de uma medição de orientação de ferramenta de flexão e uma medição da quase inclinação da broca de um ou mais sensores no poço e formar a estimativa comparando possíveis valores do fator de sinuosidade (DLS) com o valor do momento da flexão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[009] A matéria, que é considerada como a invenção, é particularmente apontada e distintamente reivindicada nas reivindicações na conclusão do relatório descritivo. As características e vantagens anteriores e outras da invenção são evidentes a partir da descrição detalhada a seguir tomada em conjunto com os desenhos que acompanham em que como elementos são numerados similarmente, em que:

[0010] FIG. 1 ilustra um poço que inclui uma sinuosidade;

[0011] FIG. 2 ilustra um exemplo de uma coluna de perfuração de acordo com uma modalidade;

[0012] FIG. 3 é um fluxograma mostrando um método de acordo com uma modalidade; e

[0013] FIG. 4 graficamente ilustra uma relação entre fator de sinuosidade e momentos de flexões medidos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0014] São descritas técnicas exemplares para estimar ou prever o DLS e o local de perfuração de um fundo de poço. As técnicas, que incluem sistemas e métodos, usam medições de momentos de uma flexão experimentados na montagem do fundo do poço (BHA) de uma coluna de perfuração para prever a inclinação e o azimute na broca.

[0015] FIG. 1 ilustra um poço 100 que inclui uma seção substanci- almente vertical 102 e uma seção flexionada 104. O fundo do poço 100 pode ser perfurado por um anel 106 que guia uma coluna de perfuração (não mostrada) de tal maneira que ela penetra a superfície 108. O fundo do poço 100 pode ser perfurado com técnicas de perfuração convencionais ou direcionais.

[0016] Informações de dentro do poço 100 podem ser providas enquanto perfura (por exemplo, perfilagem-enquanto-perfura (LWD)) ou por aplicações de medições de cabos elétricos. Independentemente da fonte, a informação é provida para um ou mais dispositivos de computação geralmente mostrados como uma unidade de processamento 110. A unidade de processamento 110 pode ser configurada para realizar funções tais como controlar a coluna de perfuração, transmitir e receber dados, processar dados de medição, e realizar simulações da operação de perfuração usando modelos matemáticos. A unidade de processamento 110, em uma modalidade, inclui um processador, um dispositivo de armazenamento de dados (ou um meio de leitura por computador) para armazenagem, dados, modelos e/ou programas de computador ou software que podem ser usados para realizar um ou mais dos métodos descritos aqui.

[0017] Enquanto perfurando, é importante ser capaz de estimar a trajetória do poço 100 para verificar contra uma planejada. Entretanto, as pesquisas direcionais são geralmente medidas a cada 30m e têm um desvio para a broca. Na FIG. 1, os locais de pesquisas direcionais são indicados pelos pontos de pesquisa 112a-112n. Cada ponto de pesquisa 112 inclui uma medição da inclinação e do azimute. Em par-ticular, a inclinação (I) é medida da vertical e o azimute é o cabeçote de compasso medido a partir de uma direção fixada (por exemplo, a partir do Norte).

[0018] Tomar pesquisas em cada ponto de pesquisa 112 tipicamente requer perfuração de parada. Em alguns casos, as ferramentas usadas para formar os pontos de pesquisa 112 são localizadas a uma distância de até 30 metros atrás da broca de perfuração localizada no fundo 114 do fundo do poço 102. Devido a tais restrições, uma nova sinuosidade local pode ser formada entre o último ponto de pesquisa 112n e o fundo 114 poço. Isto é, a trajetória da porção curvada 104 do fundo do poço 100 pode não ser conhecida, enquanto perfuração, entre o último ponto de pesquisa 112 e o fundo 114 onde a broca está localizada.

[0019] Como é geralmente conhecido na técnica, a unidade de processamento 110 pode receber dados do sensor em tempo real a partir de sensores localizados em um ou mais locais ao longo da coluna de perfuração. Esses dados são tipicamente usados para monitorar a perfuração e para ajudar um operador a controlar eficientemente a operação de perfuração. Um tal sensor pode medir o momento da flexão em uma certa posição na coluna de perfuração (por exemplo, o BHA) enquanto a perfuração ou enquanto a coluna de perfuração está em repouso.

[0020] FIG. 2 ilustra uma coluna de perfuração 200 que pode ser usada para perfurar, por exemplo, poço 100 da FIG. 1. A coluna de perfuração 200 inclui uma broca 202 em uma extremidade distal e um ou mais sensores 204 dispostos a parte da broca 202. Na modalidade ilustrada, a coluna de perfuração inclui uma pluralidade de segmentos de tubo 208. A coluna de perfuração 100 também inclui um sensor substituto 210 acoplado a um dos segmentos 208. A combinação dos segmentes de tubos 208 e o espaço do sensor substituto 219 da superfície para a broca de perfuração 202. Naturalmente, outros componentes tais como um motor de lama 212 que guia a broca 202 poderá ser incluído ao longo do comprimento da coluna de perfuração 200. Como ilustrado, sensores 204 são localizados no sensor substituto 210, mas os de conhecimento comum compreenderão que os senso res 202 poderão ser localizados em qualquer local ao longo da coluna de perfuração 200.

[0021] Um ou mais dos sensores 204 é em comunicação de tempo real com um dispositivo de computação (por exemplo, unidade de processamento 110 da FIG. 1) em maneiras conhecidas. Por exemplo, os sensores 204 podem prover dados para a unidade de processamento 110 através de telemetria de pulso de lama ou através de conexão de tubo de fios. De acordo com uma modalidade, pelo menos um dos sensores 204 pode medir o momento da flexão da seção do tubo (por exemplo, o sensor substituto 204) ao qual ela é acoplada ou para uma montagem que inclui aquela seção do tubo (por exemplo, um BHA que compreende pelo menos a broca 202 e o sensor substituto 210). Essa medição representa as tensões de flexão no sensor substituto 210/BHA causadas pela flexão do fundo do poço, gravidade e outras forças ou cargas. Em uma modalidade, o momento da flexão é transferido de tal maneira que inclui adicional à orientação de ferramenta flexionada. A superfície de flexão define a direção da flexão e o momento da flexão define a quantidade que o sensor substituto 210/BHA é flexionado. De acordo com uma modalidade, o momento da flexão e pelo menos um da orientação de ferramenta de flexão e inclinação da broca de perto ode ser usado para prever inclinação e azimute na broca 202. Tal previsão, pode incluir considerações da última pesquisa postada (por exemplo, ponto de pesquisa 212n), peso na broca (WOB), torque na broca (TOB), força de manobra e orientação do motor para mencionar apenas uns poucos. Naturalmente, os sensores 204 poderão medir esses e outros valores e provê-los para a unidade de processamento 210. Para a previsão, isto é, um modelo de elemento finito como descrito em Heisig/Neubert (IADC SPE 59235) pode ser usado.

[0022] FIG. 3 é um fluxograma ilustrando um método de estimar a inclinação e azimute na broca da coluna de perfuração. A coluna de perfuração inclui um ou mais sensores capazes de medir um momento da flexão e, em alguns casos, também uma orientação da orientação de ferramenta.

[0023] No bloco 302 o azimute e a inclinação de um último ponto de pesquisa são medidos. Tal medição pode ser feita de qualquer maneira conhecida ou desenvolvida mais tarde. No bloco 304, a perfuração do fundo do poço a partir do ultimo ponto de pesquisa é começada. No bloco 306, o momento da flexão e uma ou ambas da inclinação da broca de perto e a orientação de ferramenta de flexão são medidas. Essas medições podem ser contínuas ou periódicas e podem ocorrer enquanto perfura ou durante horas enquanto a perfuração é parada.

[0024] Os dados medidos no bloco 308 são transferidos para uma unidade de processamento que é localizada na superfície, ou que faz parte da coluna de perfuração. Os dados podem ser transferidos periodicamente em lotes ou como são medidos dependendo da velocidade do link de dados entre os sensores e a unidade de processamento.

[0025] No bloco 310, a unidade de processamento pode estimar a inclinação e o azimute na broca. O processo é descrito mais adiante em baixo, mas geralmente inclui consideração do ultimo ponto de amostra, o momento da flexão e um ou ambas, a orientação de ferramenta de flexão e a inclinação da broca próxima (medição da inclinação por um sensor baseado nos acelerômetros localizados muito perto da broca). Dado os ensinamentos aqui, a pessoa de conhecimento comum compreende que se uma inclinação de broca perto está disponível, somente o azimute da broca é desconhecido e, desse modo, somente uma medição do momento da flexão é requerida. Entretanto, tendo orientação de ferramenta de flexão e inclinação perto da broca disponíveis na mesma, resultados mais exatos podem ser realizados por causa do sistema ser mais bem conhecido.

[0026] Dada a inclinação e azimute do fundo, a taxa de ganho e a taxa de volta podem ser estimadas combinando azimute e inclinação da broca e a taxa de penetração como indicado no bloco 312. Naturalmente, outras variáveis tais como WOB, TOB, força de manobra e orientação do motor podem também ser usadas na estimativa das taxas de construção e retorno.

[0027] FIG. 4 ilustra o fator de sinuosidade real (por exemplo, mudança na direção por 30 metros) projetado contra um momento da flexão medido para diversas condições operacionais diferentes. Em particular, pode ser visto que independentemente das condições, existe uma relação linear entre o DLS e o momento de flexão medido. Um gráfico tal como na FIG. 4, desta maneira, pode ser usado para converter um DLS para um momento da flexão medida. De acordo com uma modalidade, uma estimativa da inclinação e azimute na broca pode ser repetidamente variada para conseguir valores de DLS diferentes. Os valores possíveis de DLS podem ser formados, por exemplo, criando valores de inclinação e azimute possíveis para o fundo do furo e os comparando com a última inclinação e o último azimute. A inclinação e azimute que formam um DLS que corresponde ao momento da flexão medido são depois selecionados como a inclinação e azimute reais na broca.

[0028] De acordo com uma modalidade, a orientação de ferramenta flexionando pode ser usada para estabelecer o plano em que a coluna de perfuração é flexionada do último ponto de amostra para a broca. Isto é, e referindo-se novamente à FIG. 1, de acordo com uma modalidade, a orientação de ferramenta flexionado define o plano em que é estimado que toda a trajetória e flexão ocorrerão entre o último ponto de amostra 212n e o interior 114 do poço. Desse modo, a orientação de ferramenta de flexão pode definir o possível conjunto de valores que podem ser usados para formar os possíveis valores de azimute para os valores de inclinação e azimute estimados acima para de- terminar o DLS.

[0029] Geralmente, alguns dos ensinamentos aqui são reduzidos para um algoritmo que é armazenado no meio da leitora de máquina. O algoritmo é implementado pelo sistema de processamento de computador e provê operadores com saída desejada.

[0030] No suporte dos ensinamentos aqui, vários componentes de análise podem ser usados, incluindo sistemas digitais e/ou analógicos. Os sistemas digitais e/ou analógicos podem ser incluídos, por exemplo, na unidade de processamento 110. Os sistemas podem incluir componentes tais como um processador, conversor de analógico para digital, conversor de digital para analógico, meios de armazenamento, memória, entrada, saída, link de comunicações (com fio, sem fio, lama pulsada, óptico ou outro), interfaces do usuário, programas de software, processadores de sinal (digital ou analógico) e outros tais componentes (tais como resistores, capacitores, indutores e outros) para prover operação e análise do aparelho e métodos descritos aqui em qualquer uma das diversas maneiras bem percebidas na técnica. É considerado que estes ensinamentos podem ser, mas não necessitam ser, implementados em conjunto com uma classe de computadores de instruções executáveis armazenadas em um meio de leitora de computador, incluindo memória (ROMs, RAMs), óptica (CD-ROMs), ou magnética (discos, unidades de disco rígido), ou qualquer outro tipo que quando executado faz o computador implementar o método da presente invenção. Essas instruções podem prover operação de equipamento, controle, coleta e análise de dados e outras funções consideradas relevantes por um designer de sistemas, proprietário, usuário e outras tais pessoas, em adição às funções descritas na exposição.

[0031] Ainda, vários outros componentes podem ser incluídos e solicitados para prover aspectos dos ensinamentos aqui. Por exemplo, um suprimento de energia (por exemplo, pelo menos um gerador, um suprimento remoto e uma bateria), componente refrigeração, componente de aquecimento, força motora (tais como força de transferência, força de propulsão, ou uma força rotativa), processador de sinal digital, processador de sinal analógico, sensor, magneto, antena, transmissor, receptor, transceptor, controlador, unidade óptica, unidade elétrica ou unidade eletromecânica podem ser incluídos no suporte dos vários aspectos discutidos aqui ou em suporte de outras funções além desta descrição.

[0032] Elementos das modalidades foram apresentados com os artigos "um" ou "uma". Os artigos são destinados a significar que existe um ou mais dos elementos. Os termos "incluindo" e "tendo" e seus derivados são destinados a ser inclusivos de tal maneira que pode ter elementos adicionais em vez dos elementos listados. O termo "ou" quando usado com uma lista de pelo menos dois itens é destinado a significar qualquer item ou combinação e itens.

[0033] Será reconhecido que os vários componentes ou tecnologias podem prover certas funcionalidades ou características necessárias ou benéficas. Por conseguinte, essas funções e características, como podem ser necessárias no suporte às reivindicações e variações das mesmas em anexo.,são reconhecidas como sendo inerentemente incluídas como uma parte dos ensinamentos aqui e uma parte da invenção descrita.

[0034] Embora a invenção tenha sido descrita com referência às modalidades exemplares, será compreendido que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações serão percebidas para adaptar um instrumento, situação ou material particular para os ensinamentos da invenção sem se afastar o escopo essencial da mesma. Desta maneira, é pretendido que esta invenção não seja limitada à modalidade particular descrita como a melhor maneira considerada para realizar esta invenção, mas que a invenção incluirá todas as modalidades se enquadrando no escopo das reivindicações em anexo.

Claims

1. Método baseado em computador para estimar uma inclinação e azimute em um fundo de poço (114), em que o poço (100) inclui uma coluna de perfuração com uma broca em sua extremidade, o método caracterizado por compreender: formar um último ponto de pesquisa (112) incluindo uma última inclinação e um último azimute; receber em um dispositivo de computação (110), um valor de momento de flexão atual e uma medição de inclinação da broca próxima a partir de um ou mais sensores no poço (100); formar uma pluralidade de conjuntos de valores de inclinação e azimute estimados com base na última inclinação e no último azimute; formar um valor de momento de flexão estimado para cada um da pluralidade de conjuntos de valores de inclinação e azimute estimados; comparar o valor de momento de flexão atual ao valor de momento de flexão estimado para cada um dos conjuntos; selecionar um valor de momento de flexão estimado mais próximo do valor de momento de flexão atual; selecionar um conjunto de valores de inclinação e azimute estimados correspondentes ao valor de momento de flexão estimados como inclinação e azimute estimados; e alterar uma trajetória da coluna de perfuração com base no conjunto selecionado; em que a pluralidade de conjuntos de valores de inclinação e azimute estimados sejam limitados àqueles existentes em um plano definido pela medição de inclinação de broca próxima.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o um ou mais sensores são incluídos em um sensor sub localizado perto do fundo do poço (100).

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: determinar uma taxa de ganho com base na inclinação e azimute estimados.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: determinar uma taxa de volta com base na inclinação e azimute estimados.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de computação (110) é localizado em um local de superfície.

6. Produto de programa de computador para estimar uma inclinação e azimute em um fundo de poço (114), em que o poço (100) inclui uma coluna de perfuração com uma broca em sua extremidade, o produto do programa de computador caracterizado por incluir um meio de armazenamento tangível não transitório legível por um circuito de processamento e que armazena instruções para execução pelo circuito de processamento para realizar um método compreendendo: receber um último ponto de pesquisa (112) incluindo uma última inclinação e um último azimute; receber um valor de momento de flexão atual e uma medição de inclinação da broca próxima a partir de um ou mais sensores no poço (100); formar uma pluralidade de conjuntos de valores de inclinação e azimute estimados com base na última inclinação e no último azimute; formar um momento de flexão estimado para cada um da pluralidade de conjuntos de valores de inclinação e azimute estimados; comparar o valor de momento de flexão aos valores de momento de flexão estimados formados para cada um dos conjuntos; selecionar um valor de momento de flexão estimado mais próximo do valor de momento de flexão; selecionar um conjunto de inclinação e azimute estimados correspondentes ao momento de flexão estimados selecionados como inclinação e azimute estimados; e alterar uma trajetória da coluna de perfuração com base no conjunto selecionado; em que a pluralidade de conjuntos de valores de inclinação e azimute estimados sejam limitados àqueles existentes em um plano definido pela medição de inclinação de broca próxima.

7. Produto de programa de computador de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o método ainda compreende: determinar a taxa de ganho com base na inclinação e azimute estimados.

8. Produto de programa de computador de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o método ainda compreende: determinar uma taxa de volta com base na inclinação e azimute estimados.