BR112014026864B1

BR112014026864B1 - sistema, e método

Info

Publication number: BR112014026864B1
Application number: BR112014026864-9A
Authority: BR
Inventors: Donald G. Reitsma; Ossama R. Sehsah; Yawan Couturier
Original assignee: Schlumberger Technology B.V
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-29
Publication date: 2020-12-08
Also published as: NO20141409A1; MX354169B; WO2013163642A1; BR112014026864A2; GB2520182A; CA2871620C; CN104428485B; AU2013251321B2; US20150083429A1; MX2014013023A; CA2871620A1; US9376875B2; RU2586129C1; GB201419418D0; GB2520182B; AU2013251321A1; NO341948B1; CN104428485A

Abstract

SISTEMA, E MÉTODO Um sistema e método incluem bombeio de fluido de perfuração, através de uma coluna de perfuração estendida no interior de um poço, estendido abaixo do fundo de uma massa de água, saindo pelo fundo da coluna de perfuração e para dentro do espaço anular do poço. Fluido é descarregado do espaço anular para dentro de um condutor de subida (riser) e um conduto de descarga. O condutor de subida é disposto acima do topo do poço e se estende até a superfície da água. O conduto de descarga é acoplado ao condutor de subida e inclui um regulador de fluido controlável. Uma linha de retorno de fluido é acoplada a uma saída do regulador e se estende até a superfície da água. Gás sob pressão é bombeado para dentro da linha de retorno a uma profundidade selecionada abaixo da superfície da água. O regulador de fluido controlável pode ser operado, a fim de manter um nível de fluido de perfuração selecionado no condutor de subida, o nível de fluido selecionado estando a uma distância selecionada abaixo da superfície da água.

Description

FUNDAMENTOS

[0001] A exploração e produção de hidrocarbonetos de formações subterrâneas incluem sistemas e métodos para extrair os hidrocarbonetos da formação. Uma sonda de perfuração pode ser posicionada em terra firme ou em uma massa de água para apoiar uma coluna de perfuração estendida para baixo, no interior de um poço. A coluna de perfuração pode incluir um conjunto de fundo de poço composto por uma broca de perfuração e sensores, bem como um sistema de telemetria, capaz de receber e transmitir dados do sensor. Sensores dispostos no conjunto de fundo de poço podem incluir sensores de pressão e temperatura. Um sistema de telemetria de superficie é incluido para receber dados de telemetria dos sensores do conjunto de fundo de poço e para transmitir comandos e dados para o conjunto de fundo de poço.

[0002] "Lama de perfuração" fluida é bombeada, a partir da plataforma de perfuração, através da coluna de perfuração, para uma broca de perfuração, apoiada na extremidade inferior ou distai da coluna de perfuração. A lama de perfuração lubrifica a broca de perfuração e arrasta para longe cortes de poço gerados pela broca de perfuração, conforme ela se aprofunda. Os cortes são arrastados em uma corrente de fluxo de retorno de lama de perfuração, através do espaço anular do poço, e retornam para a plataforma de perfuração do poço, na superficie da terra. Quando a lama de perfuração alcança a plataforma, ela está contaminada com pequenos pedaços de cascalho e rocha, que são conhecidos no setor como cortes de poço ou cortes de perfuração. Uma vez que cortes de perfuração, lama de perfuração e outros resíduos chegam à plataforma, o equipamento de separação é utilizado para remover os cortes de perfuração da lama de perfuração, para que a lama de perfuração possa ser reutilizada.

[0003] Um sistema de contrapressão de fluido pode ser ligado a um conduto de descarga de fluido, para controlar, de forma seletiva, a descarga de fluido, a fim de manter uma pressão selecionada no fundo do furo de sondagem. O fluido pode ser bombeado para baixo do sistema de retorno de fluido de perfuração, a fim de manter a pressão do espaço anular durante períodos, em que as bombas de lama estiverem desligadas. Um sistema para monitorar a pressão também pode ser utilizado para monitorar pressões de furo de sondagem detectadas, pressões de poço previstas por modelo para posterior perfuração, e para controlar o sistema de contrapressão de fluido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0004] A FIG. 1 mostra um sistema de perfuração, incluindo um exemplo de sistema de perfuração com pressão controlada.

[0005] A FIG. 2 mostra um exemplo de sistema de perfuração com pressão controlada, como na FIG. 1, utilizado em conexão com uma linha de retorno de fluido de perfuração carregando um fluido de perfuração elevado por gás, de acordo com formas de realização divulgadas neste documento.

[0006] As Figs. 3 a 5 mostram exemplos de sistemas de perfuração com pressão controlada utilizados, de acordo com formas de realização divulgadas neste documento.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0007] Formas de realização divulgadas neste documento se referem a um sistema que inclui, de acordo com um aspecto, uma coluna de perfuração estendida no interior de um poço abaixo de um fundo de uma massa de água, uma bomba primária para bombear, de maneira seletiva, um fluido de perfuração, através da coluna de perfuração, e para dentro de um espaço anular criado entre a coluna de perfuração e o poço, um condutor de subida (riser) estendido a partir de uma parte superior do poço até uma plataforma sobre a superficie da massa de água, um conduto de descarga de fluido em comunicação fluida com o condutor de subida, um regulador de orificio controlável acoplado ao conduto de descarga, uma linha de retorno de fluido estendida do regulador até a plataforma, e uma fonte de gás comprimido acoplada à linha de retorno de fluido, a uma profundidade selecionada abaixo da superficie da massa de água.

[0008] Em algumas formas de realização, um sensor de pressão pode ser acoplado a um conduto de descarga próximo ao regulador e/ou a uma profundidade selecionada no poço, ou no condutor de subida. O sistema também pode incluir um controlador, que recebe um sinal de entrada do sensor de pressão e gera um sinal de saida para operar o regulador. 0 regulador é operado para manter uma pressão hidrostática selecionada no condutor de subida, a uma distância selecionada abaixo da superficie da água.

[0009] De acordo com certas formas de realização aqui descritas, um sistema, conforme descrito, pode ser utilizado para controlar a pressão do espaço anular do poço durante a perfuração de uma formação subterrânea marinha, ou seja, uma formação disposta abaixo de uma massa de água. Formas de realização aqui divulgadas também podem se relacionar a um método para controlar a pressão do espaço anular do poço, durante a perfuração de uma formação subterrânea marinha.

[00010] Em um aspecto, um método, de acordo com formas de realização aqui divulgadas, inclui bombear fluido de perfuração através de uma coluna de perfuração estendida no interior de um poço, estendido abaixo de um fundo de uma massa de água, saindo do fundo da coluna de perfuração, e para dentro do espaço anular do poço, descarregar fluido do espaço anular do poço e para dentro de um condutor de subida disposto acima da parte superior do poço, o condutor de subida estendido até a superfície da massa de água, descarregar fluido do condutor de subida para dentro de um conduto de descarga disposto abaixo da superfície da massa de água, o conduto de descarga, incluindo, em seu interior, um regulador de fluido controlável, uma linha de retorno de fluido acoplada a uma saida do regulador, e estendida até a superfície da massa de água, bombear gás sob pressão para dentro da linha de retorno, a uma profundidade selecionada abaixo da superfície da massa de água, e operar o regulador de fluido controlável para manter uma pressão hidrostática selecionada no condutor de subida, a uma distância selecionada abaixo da superfície da massa de água.

[00011] Em outro aspecto, um método, de acordo com formas de realização aqui divulgadas, inclui bombear fluido de perfuração, através de uma coluna de perfuração estendida no interior de um poço estendido abaixo do fundo de uma massa de água, saindo do fundo da coluna de perfuração, e para dentro do espaço anular do poço, descarregar fluido do espaço anular do poço para dentro de um condutor de subida disposto acima da parte superior do poço e para dentro de um conduto de descarga, o conduto de descarga incluindo um regulador de fluido e uma linha de retorno de fluido acoplada a uma saida do regulador de fluido e estendida até a superfície da água, bombear gás sob pressão para dentro da linha de retorno, a uma profundidade selecionada abaixo da superfície da água, e controlar uma vazão, na qual o gás é bombeado para dentro da linha de retorno para manter um nivel de fluido no condutor de subida, a uma distância selecionada abaixo da superfície da massa de água.

[00012] Um sistema de perfuração, incluindo um exemplo de perfuração com pressão controlada, é mostrado, de forma esquemática, na FIG. 1. Um exemplo de um sistema de perfuração com pressão controlada é um sistema de controle da pressão anular dinâmica (DAPC), como descrito na Patente dos E.U.A. N°. 6.904.981, concedida a Van Riet e incorporada na sua totalidade por referência nesse documento. Uma unidade de perfuração ("sonda") 14, ou dispositivo de elevação semelhante, suspende uma coluna de perfuração 10 em um poço 11, sendo perfurado através de formações rochosas subterrâneas 13. Uma broca de perfuração 12 é acoplada à extremidade inferior da coluna de perfuração 10, e é girada pela coluna de perfuração 10. A coluna de perfuração girável pode ser ativada por um motor hidráulico ou por uma turbina (não mostrada) acoplada na coluna de perfuração 10, ou por equipamentos, como um top driver16, em suspensão na sonda de perfuração 14. A aplicação de parte do peso da coluna de perfuração 10 na broca 12, e a rotação transmitida à broca 12, faz com que a broca 12 perfure as formações 13, aumentando, desse modo, o comprimento do poço 11. A unidade de perfuração 14 é mostrada apoiada sobre a superfície da terra 13A; no entanto, a unidade de perfuração 14, incluindo parte ou a totalidade dos componentes descritos na FIG. 1, pode ser utilizada em perfuração marinha e pode ser disposta sobre uma plataforma sobre a superfície da água. Isso será explicado abaixo, com referência à FIG. 2.

[00013] Na forma de realização mostrada na FIG. 1, uma bomba primária ("bombas de lama") 26, na superficie da terra, eleva o fluido de perfuração ("lama") 34, de um tanque ou fosso 24 e descarrega a lama 34 sob pressão, através de um tubo bengala e uma mangueira flexivel 31, até o top drive 16. 0 top drive 16 inclui selos rotativos internos, para permitir que a lama 34 se mova através do top drive 16, até um conduto interno (não mostrado) no interior da coluna de perfuração 10. A coluna de perfuração 10 pode incluir uma válvula de retenção 22, ou um dispositivo similar, para evitar o movimento inverso da lama 34, durante os periodos em que as bombas de lama 26 não estiverem ativadas, e/ou quando o top drive 16 estiver desconectado da extremidade superior da coluna de perfuração 10, por exemplo, durante as "conexões" (adicionar ou remover segmentos de tubo da coluna de perfuração 10).

[00014] À medida que a lama 34 avança pela coluna de perfuração 10, ela é finalmente descarregada pelos bicos ou cursos de fluido (não mostrados separadamente) na broca de perfuração 12. Após sair da broca de perfuração 12, a lama 34 entra no espaço anular, entre o exterior da coluna de perfuração 10 e a parede do poço 11. A lama 34 eleva os cortes de perfuração do poço 11, uma vez que ela retorna para a superficie da terra 13A.

[00015] A descarga da lama 34 do espaço anular pode ser controlada por um sistema de contrapressão. O sistema de contrapressão pode incluir a cabeça de controle rotativa (ou válvula de segurança rotativa) 18, acoplada à extremidade superior de um revestimento ou tubo de superficie 19. A cabeça de controle rotativa 18 veda contra a coluna de perfuração 10, impedindo, desse modo, a descarga de fluido do poço, exceto através de uma linha de descarga 20. O revestimento 19 geralmente é cimentado no interior da parte superior do poço 11. A lama 34 sai do espaço anular, através da linha de descarga 20. A linha de descarga 20 pode ser acoplada a uma extremidade da cabeça de controle rotativa 18 e acoplada, na sua outra extremidade, a um regulador de linha de descarga, isto é, um regulador de orificio controlável 30, que controla seletivamente a pressão, na qual a lama 34 sai da linha de descarga 20. Após sair do regulador de linha de descarga 30, a lama 34 pode ser descarregada dentro de dispositivos de limpeza, mostrados de forma coletiva em 32, como um desgaseificador para remover o gás arrastado da lama 34, e/ou uma "peneira de lama" para remover partículas sólidas da lama 34. Após sair dos dispositivos de limpeza 32, a lama 34 retorna ao reservatório 24. A operação do regulador 30 pode ser relacionada às medições feitas por um sensor de pressão 28 em comunicação hidráulica com a linha de descarga 20.

[00016] O sistema de contrapressão também pode incluir uma bomba de contrapressão 42, que pode elevar a lama do tanque 24. A bomba de contrapressão 42 pode ser menor, em relação à capacidade de bombeamento, do que a bomba primária 26. O lado de descarga da bomba de contrapressão 42 pode ser acoplado hidraulicamente a um acumulador 36. Uma válvula de retenção 39 pode ser incluida na ligação anterior, para evitar que a lama sob pressão no acumulador 36 flua de volta, através da bomba de contrapressão 42, por exemplo, quando a bomba de contrapressão 42 não estiver ativada. Um sensor de pressão 40 pode ser incluido na ligação anterior para desligar automaticamente a bomba de contrapressão 42, quando o acumulador 36 for carregado a uma pressão predeterminada. O acumulador 36 também é ligado hidraulicamente à linha de descarga 20, através de um regulador de orificio controlável, por exemplo, regulador de acumulador 38 (que pode ser substituído por, ou incluir, uma válvula).

[00017] Durante o funcionamento desse sistema de contrapressâo, a bomba de contrapressão 42 opera para carregar o acumulador 36. Como o volume de fluido é necessário para manter a contrapressão na linha de descarga 20, o regulador de acumulador 38 pode ser operado para permitir o fluxo do acumulador 36 para a linha de descarga 20. Ao mesmo tempo, o regulador de linha de descarga 30 pode ser operado para interromper, substancial ou completamente, o fluxo de lama 34.

[00018] Em outros exemplos, a bomba de contrapressão 42 pode ser omitida, e parte da descarga da bomba de lama 26 pode ser utilizada para carregar o acumulador. Um exemplo é mostrado pela linha pontilhada 43 na FIG. 1, que indica o acoplamento de fluido de parte do fluido emitido da bomba de lama 26 para o acumulador 36.

[00019] O acumulador 36 pode ser qualquer tipo conhecido na técnica, por exemplo, tipos tendo uma vedação móvel, diafragma ou pistão para separar o acumulador 36 em duas câmaras de pressão. Alguns acumuladores podem ter o lado do diafragma ou pistão oposto ao lado carregado com fluido pré-pressurizado a uma pressão selecionada, tal como acontece com o gás comprimido e/ou com uma mola ou outro dispositivo de impulsão, para fornecer uma força selecionada para o diafragma ou pistão. Em outros acumuladores, o lado oposto do acumulador 36 pode ser carregado com fluido sob pressão usando uma bomba de fluido separado (não mostrada). Em tais acumuladores, a contrapressão exercida pelo acumulador 36 pode ser alterada usando a bomba de fluido separado, em vez de usar uma pressão selecionada para fornecer uma força selecionada (por exemplo, através da utilização de gás comprimido e/ou uma mola). A pressão de carga do acumulador pode ser aumentada sob circunstâncias, quando for necessário descarregar o fluido de perfuração dentro do espaço anular, a fim de aumentar a pressão. A pressão de carga no acumulador 36 pode ser aliviada, por exemplo, quando as bombas primárias 26 forem reiniciadas, ou quando a bomba de contrapressão 42 for iniciada.

[00020] No exemplo da FIG. 1, o sistema de controle de contrapressão pode ser operado automaticamente por um sistema de perfuração com pressão controlada ("MPD") 50. O sistema MPD 50 pode incluir um controle operacional, como um PC ou uma tela sensivel a toque 52, e um controlador lógico programável (PLC) 54. O PLC 54 pode receber, como entrada, sinais de vários sensores de pressão, incluindo, mas não limitado a, sensores de pressão 28 e 40 na FIG. 1. 0 PLC 52 também pode operar os reguladores de orificio controlável e variável 38, 30, bem como a bomba de contrapressão 42. Como explicado na Patente '981 de van Riet acima referenciada, o sistema MPD 50 pode operar os vários componentes do sistema, a fim de manter uma pressão de fluido selecionada na linha de descarga 20 e, desse modo, no interior do espaço anular entre a parede lateral do poço 11 e a coluna de perfuração 10 e, mais especificamente, a uma pressão selecionada no fundo do poço 11.

[00021] 0 sistema de perfuração exemplar, incluindo o sistema MPD 50 explicado com referência à FIG. 1, se destina a explicar os princípios de sistemas MPD, e não se destina a limitar o âmbito de tais sistemas ou dos componentes efetivamente utilizados, em qualquer exemplo particular de perfuração marinha, assim como será explicado com referência à FIG. 2.

[00022] A FIG. 2 mostra outro exemplo de sistema MPD, que pode ser utilizado em perfuração marinha, em que um conjunto de válvulas de controle de fluxo do poço (conjunto de válvula de segurança ou "BOP") 102 pode ser disposto na parte superior do poço 11, próximo à parte inferior de uma massa de água, ou "linha de lama" 1. A perfuração do poço 11 e circulação da lama de perfuração (34 na FIG. 1) podem ser realizadas por componentes semelhantes àqueles mostrados e explicados com referência à FIG. 1 acima e às Figs. 3 a 5 abaixo, mas, no presente exemplo, esses componentes podem ser dispostos sobre uma plataforma (não mostrada) disposta sobre a superfície da água 2. Alguns dos componentes anteriores foram omitidos da FIG. 2 para maior clareza da ilustração. Um condutor de subida 100 pode se estender desde o BOP 102 até a plataforma (não representada para maior clareza da ilustração) na superfície da água 2. Um revestimento 109 pode se estender abaixo da linha de lama 1 até uma profundidade selecionada no poço 11. O BOP 102 pode ser acoplado à parte superior da extremidade do revestimento. Como mostrado, o regulador 30, por exemplo, um regulador de orificio controlável, é acoplado ao condutor de subida de perfuração 100, a uma profundidade selecionada abaixo da superfície da água 2. O restante das operações de perfuração de poço pode ser realizado, substancialmente, como explicado com referência à FIG. 1.

[00023] Um sistema MPD 50, configurado conforme explicado com referência à FIG. 1, pode ser disposto sobre a plataforma (não representada). 0 sistema MPD pode receber um sinal de entrada de vários sensores de pressão e/ou medidores de fluxo, por exemplo, sensor de pressão 28, ligado, de forma fluida, ao condutor de subida 100 e/ou medidores de fluxo 139, 140, ligados de forma fluida, a uma linha de retorno 138. Um sinal de saida do sistema MPD 50 pode controlar a abertura do regulador de orificio controlável, ajustável 30. No presente exemplo, a entrada de fluido no regulador 30 pode ser obtida a partir de uma linha ligada hidraulicamente ao condutor de subida 100, por exemplo, um conduto de descarga, a uma altura selecionada acima do BOP 102. Embora mostrado como estando ligado ao condutor de subida 100, em uma ou mais formas de realização distintas, o conduto de descarga pode ser ligado à cabeça de poço, ou diretamente ao espaço anular, por exemplo, abaixo do condutor de subida 100. A saida de fluido do regulador 30 pode ser acoplada, através de uma válvula de retenção 130, a uma linha de retorno de fluido 138. Uma válvula de derivação 129 pode ser ligada hidraulicamente ao condutor de subida 100, através de um conduto de derivação 131, e a um ponto a jusante do regulador 30. No presente exemplo, o poço 11 pode ser aberto para o condutor de subida 102, e a perfuração pode ser realizada sem o uso de um dispersor rotativo ou cabeça de controle rotativa, como mostrado na FIG. 1.

[00024] No presente exemplo, a linha de retorno de fluido 138 pode ser mantida a uma pressão hidrostática inferior (e seu gradiente) àquela que seria exercida por uma coluna do fluido de perfuração (lama 34 na FIG. 1) estendida em uma distância vertical percorrida pela linha de retorno de fluido 138. Conforme mostrado, a linha de retorno de fluido 138 se estende desde o regulador 30 até a plataforma de perfuração (não representada), de modo que, pelo menos, uma parte vertical da linha de retorno de fluido 138 seja disposta abaixo da superficie da água 2. A pressão hidrostática inferior (e seu gradiente) da linha de retorno de fluido 138 é mantida, através do acoplamento da saida de urn compressor de gás 132 à linha de retorno 138, a uma profundidade selecionada abaixo da superfície da água 2. Como mostrado, a saída do compressor de gás 132 pode ser ligada à parte vertical da linha de retorno de fluido 138 na profundidade selecionada abaixo da superfície da água 2. 0 compressor de gás 132 pode fornecer gás, ar, nitrogênio ou outro gás substancialmente inerte ("gás") sob pressão, através desse acoplamento à linha de retorno de fluido 138.

[00025] Controle grosseiro pode ser obtido, operando o compressor de gás 132 a uma taxa substancialmente constante ou a uma taxa, que corresponda à taxa, à qual a(s) bomba (s) de lama da unidade de perfuração (26 na FIG. 1) opera (m) . A linha de retorno de fluido 138 pode ser acoplada a um separador de gás/ líquido 136, disposto sobre a plataforma de perfuração (não mostrada). Uma pessoa de conhecimento comum na técnica perceberá que qualquer separador de gás/ líquido 136 pode ser utilizado, de acordo com formas de realização aqui descritas, como, por exemplo, um desgaseificador mecânico ou uma centrífuga. Um medidor de fluxo 139, acoplado a uma extremidade de descarga de fluido do separador de gás/ líquido 136, pode medir a taxa de fluxo de lama líquida que sai do separador 136, antes de retornar a lama líquida para o tanque 24. A vazão de gás, que sai do separador 136, pode ser medida por um medidor de fluxo 140 acoplado a uma extremidade de descarga de gás do separador de gás/ líquido 136, para ajudar a verificar que a quantidade de gás, que entra na linha de retorno 138, é substancialmente a mesma daquela que sai do separador de gás/ líquido 136. Essa comparação pode auxiliar, por exemplo, para determinar se o gás está entrando no poço 11, a partir de uma formação subterrânea, ou se um vazamento está presente no sistema.

[00026] No presente exemplo, a pressão hidrostática inferior da coluna de fluido na linha de retorno de fluido 138 pode fazer com que o regulador 30 opere com uma pressão a jusante mais baixa do que seria o caso, se a linha de retorno de fluido fosse preenchida apenas com uma coluna de lama de perfuração, por exemplo, tendo uma pressão hidrostática apenas com a lama bombeada para dentro do poço 11. Desse modo, o regulador 30 pode ser operado, para que um nivel de lama 34a, no condutor de subida 100, possa ser mantido a uma distância selecionada abaixo da superfície da água 2, exercendo, desse modo, uma pressão hidrostática mais baixa 11 do que seria exercida por uma coluna de lama de perfuração no condutor de subida 100, estendido até a superfície da água 2. No presente exemplo, os sinais de pressão do sensor de pressão 28 e os medidores de fluxo 140, 139 podem ser utilizados pelo sistema MPD 50 (ou um contador de curso pode ser utilizado em ligação com as bombas de sonda (26 na FIG. 1)) para operar o regulador 30, para manter uma pressão hidrostática selecionada no condutor de subida 100, acima do ponto de medição, que corresponde a um nivel de fluido 34A no condutor de subida 100. Por exemplo, o PLC 54 (FIG. 1) pode receber sinais do sensor de pressão 28, dos medidores de fluxo 140, 139 e/ou de outros sensores, e gerar um sinal de saida para operar reguladores de orifício controlável e variável 38, 30, bem como a bomba decontrapressão 42, para manter a pressão de fluido no poço em um valor selecionado. Essa operação de um sistema MPD pode ser substancialmente, conforme descrita na Patente dos E.U.A. N°. 6.904.981, concedida a Van Riet, conforme descrito em mais detalhe abaixo. Uma pessoa com conhecimento comum na técnica perceberá que outros sensores podem ser dispostos em vários locais no interior do sistema, por exemplo, um sensor de pressão pode ser disposto sobre uma parte vertical da linha de retorno 138, uma linha de injeção de gás, mostrada em 134, ou em outros locais do sistema, se necessário.

[00027] Embora o exemplo acima explicado com referência à FIG. 2 possa utilizar um sistema MPD 50 para controlar o regulador 30, para manter uma pressão hidrostática selecionada, por exemplo, no condutor de subida, em alguns exemplos, o regulador 30 pode ser operado sem um sistema MPD 50. O regulador 30 pode ser operado manual ou automaticamente, para manter uma pressão hidrostática selecionada, quando detectada ou medida pelo sensor 28. Assim sendo, o âmbito da presente divulgação não está limitado à utilização de um sistema MPD 50. Em alguns exemplos, o regulador 30 pode ser um regulador de orificio fixo, e a pressão hidrostática no condutor de subida 100 pode ser mantida através do controle de uma taxa, na qual o gás é bombeado para dentro da linha de retorno de fluido 138.

[00028] Outro exemplo de um sistema MPD, que pode ser utilizado com o sistema e/ou método descrito neste documento, é mostrado nas FIGS. 3 a 5. Embora as FIGS. 3 a 5 mostrem um sistema de perfuração terrestre usando um sistema MPD, será percebido que um sistema de perfuração maritimo também pode usar um sistema MPD. As FIGS. 3 a 5 se destinam também a explicar e fornecer exemplos de sistemas MPD, e não se destinam a limitar o âmbito desses sistemas ou componentes efetivamente utilizados, em qualquer exemplo particular de perfuração marinha, tal como explicado acima com referência à FIG. 2. A FIG. 3 é uma vista plana, que descreve um sistema de perfuração de superficie usando um exemplo de sistema MPD. 0 sistema de perfuração 300 é mostrado, como sendo composto por uma sonda de perfuração 302, que é usada para dar suporte às operações de perfuração. Muitos dos componentes utilizados sobre uma sonda 302, como um kelly(haste rigida), chave hidráulica, cunhas, guincho de perfuração e outros equipamentos, não são mostrados, a fim de facilitar a representação. A sonda 302 é usada para dar suporte às operações de perfuração e exploração na formação 304. Tal como ilustrado na FIG. 4, o poço 306 já foi parcialmente perfurado, o revestimento 308 colocado e cimentado 309 no lugar. Na forma de realização preferida, um mecanismo vedador de revestimento, ou válvula distribuidora para fundo do poço 310, é instalado no revestimento 308 para, opcionalmente, vedar o espaço anular e agir eficazmente como uma válvula, para vedar a seção do furo aberto, quando a broca estiver situada acima da válvula.

[00029] A coluna de perfuração 312 apoia um conjunto de fundo de poço (BHA) 313, que inclui uma broca de perfuração 320, um motor de lama 318, um conjunto de sensores MWD/LWD 319, que inclui um transdutor de pressão 316 para determinar a pressão anular, uma válvula de retenção para evitar o contrafluxo de fluido do espaço anular. 0 BHA também inclui um pacote de telemetria 322, que é utilizado para transmitir pressão, MWD/LWD, bem como informações de perfuração a serem recebidas na superficie. Embora a FIG. 3 ilustre um BHA utilizando um sistema de telemetria de lama, será percebido que outros sistemas de telemetria, tais como sistemas de radiofrequência (RF) , eletromagnéticos (EM) ou de transmissão via coluna de perfuração, podem ser utilizados.

[00030] Como acima referido, o processo de perfuração requer o uso de um fluido de perfuração 350, que é armazenado no reservatório 336. 0 reservatório 336 está em comunicação fluida com uma ou mais bombas de lama 338, que bombeiam o fluido de perfuração 350 através do conduto 340. O conduto 340 está ligado à última emenda da coluna de perfuração 312, que passa através de um BOP rotativo ou esférico 342. Um BOP rotativo 342, quando ativado, força elementos elastoméricos de formato esférico a girar para cima, fechando o entorno da coluna de perfuração 312, isolando a pressão, mas ainda permitindo a rotação da coluna de perfuração. BOPs esféricos comercialmente disponíveis, tais como aqueles fabricados pela Varco International, são capazes de isolar pressões anulares superiores a 10.000 psi (68947,6 kPa) . 0 fluido 350 é bombeado para baixo, através da coluna de perfuração 312 e do BHA 313, e sai da broca de perfuração 320, onde ele circula os cortes para longe da broca 320 e os retorna para cima do espaço anular de furo aberto 315 e, em seguida, o espaço anular formado entre o revestimento 308 e a coluna de perfuração 312. 0 fluido 350 retorna à superfície e passa através do dispersor 317, através do conduto 324 e de vários sistemas de telemetria e tanques de compensação (não mostrados).

[00031] Em seguida, o fluido 350 prossegue para o que é geralmente referido como o sistema de contrapressão 331. O fluido 350 entra no sistema de contrapressão 331 e flui através de um medidor de fluxo 326. O medidor de fluxo 326 pode ser um tipo de balanço de massa ou outro medidor de fluxo de alta resolução. Usando o medidor de fluxo 326, um operador será capaz de determinar a quantidade de fluido 350, que foi bombeada para dentro do poço através da coluna de perfuração 312, e a quantidade de fluido 350 que retorna do poço. Com base nas diferenças da quantidade de fluido 350 bombeada em comparação com o fluido 350 retornado, o operador é capaz de determinar se o fluido 350 está sendo perdido para a formação 304, o que pode indicar que ocorreu uma fratura na formação, isto é, um diferencial significativo de fluido negativo. Da mesma forma, um diferencial positivo significativo indicaria a entrada de fluido de formação no poço.

[00032] O fluido 350 prossegue para um regulador resistente a desgaste 330. Será percebido que existem reguladores projetados para operar em um ambiente, onde o fluido de perfuração 350 contém substancialmente cortes de perfuração e outros sólidos. O regulador 330 é desse tipo, sendo também capaz de operar em pressões variadas e através de múltiplos ciclos. O fluido 350 sai do regulador 330 e flui através da válvula 321. O fluido 350 é, então, processado por um desgaseificador opcional e por uma série de filtros e mesa vibratória 329, projetados para remover os contaminantes, incluindo cortes, do fluido 350. O fluido 350, em seguida, retorna ao reservatório 336. Um circuito de fluxo 319A é fornecido a montante da válvula 325, para alimentar fluido 350 diretamente a uma bomba de contrapressão 328. De forma alternativa, a bomba de contrapressão 328 pode ser fornecida com fluido do reservatório, através do conduto 319B, que está em comunicação fluida com o reservatório 136 (tanque de manobra). O tanque de manobra é normalmente usado numa sonda para monitorar os ganhos e perdas de fluido durante operações de manobra. Uma válvula de três vias 325 pode ser utilizada para selecionar o circuito 319A, o conduto 319B ou isolar o sistema de contrapressão. Embora a bomba de contrapressão 328 seja capaz de utilizar o fluido retornado para criar uma contrapressão, através da seleção do circuito de fluxo 319A, será percebido que o fluido retornado pode ter contaminantes que não foram removidos pelo filtro/ mesa vibratória 329. Desse modo, o desgaste na bomba de contrapressão 328 pode ser aumentado. Assim sendo, uma contrapressão pode ser criada usando o conduto 319A para fornecer fluido recondicionado à bomba de contrapressão 328.

[00033] Em operação, a válvula 325 pode selecionar o conduto 319A ou o conduto 319B, e a bomba de contrapressão 328, engatada para assegurar que um fluxo suficiente passe pelo sistema do regulador, é capaz de manter a contrapressão, mesmo quando não houver fluxo proveniente do espaço anular 315. A bomba de contrapressão 328 pode ser capaz de fornecer até cerca de 2.200 psi (15.168,5 kPa) de contrapressão; apesar disto, bombas com maior capacidade de pressão podem ser selecionadas.

[00034] A pressão no espaço anular, fornecida pelo fluido, é em função de sua densidade e da profundidade vertical real, e é geralmente uma função linear por aproximação. Como mencionado acima, os aditivos adicionados ao fluido no reservatório 336 são bombeados para o fundo do poço para, finalmente, alterar o gradiente de pressão aplicado pelo fluido 350.

[00035] Um medidor de fluxo 352 pode ser posicionado no conduto 300 para medir a quantidade de fluido a ser bombeada no fundo do poço. Observa-se que, através da monitorização dos medidores de fluxo 326, 352 e do volume bombeado pela bomba de contrapressão 328, o sistema é capaz de determinar, rapidamente, a quantidade de fluido 350 que está sendo perdida para a formação ou, de modo contrário, a quantidade de fluido da formação vazando para o furo de sondagem 306.

[00036] Um sistema MPD, conforme descrito com referência às Figs. 3 a 5, também pode ser utilizado para monitorar as condições de pressão do poço e prever características de pressão do furo de sondagem 306 e do espaço anular 315.

[00037] A FIG. 5 representa outro exemplo do sistema MPD, em que uma bomba de contrapressão não é necessária para manter um fluxo suficiente através do sistema regulador, quando o fluxo, através do poço, necessita ser interrompido por qualquer razão. Nesse exemplo, uma válvula de três vias adicional 6 é colocada a jusante da bomba de sonda 338 no conduto 340. Essa válvula permite que o fluido das bombas de sonda sejam completamente desviados do conduto 340 para o conduto 7, não permitindo que o fluxo da bomba de sonda 338 entre na coluna de perfuração 312. Ao manter a ação de bombear da bomba 338, um fluxo suficiente através da válvula de distribuição para controlar a contrapressão pode ser assegurado.

[00038] Para controlar um evento de poço, um BOP pode ser fechado, no caso de um grande fluido de influxo da formação, como uma descarga de gás, para efetivamente fechar o poço, aliviar a pressão através do regulador e do coletor de corte, e adicionar o fluido de perfuração para fornecer pressão anular adicional. Um método alternativo é, às vezes, chamado de método "do Sondador", que usa circulação contínua sem fechar o poço. Uma alimentação de fluido extremamente pesado, por exemplo, 18 libras por galão (ppg) (3,157 kg/1) está constantemente disponível durante operações de perfuração abaixo de qualquer revestimento instalado. Quando uma descarga de gás ou fluido de influxo da formação for detectado, o fluido extremamente pesado é adicionado e circulado no fundo do poço, fazendo com que o fluido de influxo entre em solução com o fluido circulante. O fluido de influxo começa a sair da solução, após atingir a sapata de revestimento e é liberado através do coletor do regulador. Observa-se que, embora o método do Sondador forneça circulação continua de fluido, ele também pode requerer um tempo de circulação adicional, sem perfurar adiante, para impedir influxo adicional de fluido da formação e para permitir que o fluido de formação entre em circulação com o fluido de perfuração agora com densidade mais elevada.

[00039] Sistemas e métodos MPD para controle de pressão também podem ser usados para controlar um grande evento de poço, tal como um influxo de fluido. Ao usar métodos e sistemas MPD, quando um influxo de fluido da formação é detectado, contrapressão é aumentada, em oposição à adição de fluido extremamente pesado. Tal como o método do Sondador, a circulação é continuada. Com o aumento na pressão, o influxo de fluido da formação passa para a solução no fluido circulante e é liberado através do coletor do regulador. Visto que a pressão foi aumentada, não é mais necessário circular, de forma imediata, um fluido extremamente pesado. Além disso, uma vez que a contrapressão é aplicada diretamente ao espaço anular, ela força rapidamente o fluido de formação a entrar na solução, em vez de esperar até que o fluido extremamente pesado seja circulado dentro do espaço anular.

[00040] Sistemas e métodos MPD também podem ser utilizados em sistemas de circulação não continua. Como acima mencionado, sistemas de circulação continua são usados para ajudar a estabilizar a formação, evitando quedas súbitas de pressão, que ocorrem quando as bombas de lama são desligadas para unir/ desfazer novas conexões de tubo. Essa queda de pressão é posteriormente seguida por um pico de pressão, quando as bombas forem novamente ligadas para operações de perfuração. Essas variações na pressão anular podem afetar, de forma adversa, o reboco de lama do furo de sondagem, e podem resultar na invasão de fluido para o interior da formação. A contrapressão pode ser aplicada no espaço anular usando um sistema MDP, após desligar as bombas de lama, melhorando a queda súbita na pressão do espaço anular, devido à condição de desligamento da bomba, para uma queda de pressão mais branda. Antes de ligar as bombas, a contrapressão pode ser reduzida, de modo que os picos adicionais de bomba sejam do mesmo modo reduzidos.

[00041] 0 sistema por elevação a gás, mostrado na FIG. 2, pode exigir uma quantidade relativamente pequena de equipamento a ser implantado abaixo da superficie da água 2 (por exemplo, a ligação à linha de retorno 138 e o sensor de pressão 28). Esse equipamento está apto para operar em profundidades de água de até alguns milhares de pés por longos periodos de tempo. Uma vez que a maior parte dos equipamentos pode ser operada na superficie, por exemplo, o compressor, uma falha desses equipamentos pode ser significativamente mais barata de ser substituída, porque o equipamento é de fácil acesso. Compressores adicionais também podem ser adicionados ao sistema sem um esforço substancial.

[00042] Um sistema, de acordo com formas de realização aqui reveladas, tal como aquela mostrada na FIG. 2, não necessita de qualquer vedação para isolar o fluido do condutor de subida marinho do fluido no poço. Especificamente, devido ao fato do gás injetado na linha de retorno poder ser facilmente removido do fluido do condutor de subida e/ou do fluido de poço (por exemplo, por liberação para a atmosfera), a separação do fluido do condutor de subida e do fluido de poço não é necessária. Além disso, o sistema, como mostrado na FIG. 2, pode ser utilizado com um sistema de processamento de cortes padrão, fornecido pelo equipamento comum de perfuração maritima.

[00043] 0 sistema e método descritos neste documento podempermitir que a pressão do poço seja precisa e imediatamente controlada. A pressão e volume de fluido na linha de retorno podem ser reduzidos, enquanto uma ou mais bombas de sonda são desligadas, uma vez que a linha de retorno pode ser evacuada, continuando a bombear ar ou gás para dentro da linha de retorno (138 na FIG. 2) . Assim, quando uma ou mais bombas de sonda forem novamente ligadas, o regulador (30 na Figura) pode ser aberto e o fluido do condutor de subida pode ser rapidamente evacuado para dentro da linha de retorno de fluido, o que pode ocorrer em apenas alguns minutos. Um sistema por elevação a gás, como descrito neste documento, pode ter uma pequena impressão digital, permitindo, desse modo, a instalação em qualquer sonda com uma quantidade razoável de espaço no convés ou possivel implantação de outra embarcação. Finalmente, o sistema e método descritos nesse documento tendem a ter reduzidas frações de gás de formação (por exemplo, gases de hidrocarbonetos) no fluido de perfuração retornado. Ao bombear gás inerte ou ar para dentro da linha de retorno de fluido, a fração de gás da formação pode ser mantida abaixo do limite explosivo inferior (LEL) de metano, que é de cerca de 5%. Assim, o sistema e método descritos nesse documento podem fornecer um nivel de segurança mais elevado.

[00044] As formas de realização aqui descritas devem ser interpretadas como ilustrativas e não para restringir o restante da divulgação, em qualquer forma que seja. Embora as formas de realização tenham sido mostradas e descritas, muitas variações e modificações da mesma podem ser feitas por uma pessoa versada na técnica, sem se afastar do âmbito e dos ensinamentos aqui divulgados. Assim sendo, o âmbito de proteção não está limitado pela descrição acima referida, mas é apenas limitado pelas reivindicações, incluindo todos os equivalentes do assunto das reivindicações. As divulgações de todas as Patentes, Pedidos de Patentes e Publicações citadas nesse documento são aqui incorporadas por referência, na medida em que elas proporcionam detalhes procedimentais ou outros consistentes e suplementares àqueles aqui expostos.

Claims

1. SISTEMA, caracterizado pelo fato de compreender: uma coluna de perfuração estendida no interior de um furo de poço, abaixo de um fundo de uma massa de água; uma bomba primária para bombear seletivamente um fluido de perfuração através da coluna de perfuração e para dentro de um espaço anular criado entre a coluna de perfuração e o poço; um condutor de subida (riser) estendido de uma parte superior do furo de poço até uma plataforma sobre a superfície da massa de água; um conduto de descarga de fluido em comunicação fluida com o condutor de subida; um regulador de orifício controlável acoplado ao conduto de descarga; uma linha de retorno de fluido estendida do regulador até a plataforma; uma fonte de gás comprimido ligada à linha de retorno de fluido a uma profundidade selecionada abaixo da superfície da massa de água; um separador acoplado à linha de retorno de fluido; um medidor de fluxo acoplado a uma extremidade de descarga de gás do separador; um controlador configurado para receber um sinal de entrada do medidor de fluxo e configurado para comparar uma taxa de fluxo de gás medida pelo medidor de fluxo para uma taxa de fluxo de gás bombeado para dentro da linha de retorno de fluido.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender um sensor de pressão disposto a uma profundidade selecionada no furo de poço ou no condutor de subida.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o controlador ser configurado para receber um sinal de entrada do sensor de pressão e configurado para gerar um sinal de saída para operar o regulador, em que o regulador é operado para manter uma pressão hidrostática selecionada no condutor de subida, a uma distância selecionada abaixo da superfície da massa de água.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de ainda compreender pelo menos um medidor de fluxo de fluido para medir um fluxo de fluido para o interior do furo de poço ou para fora do furo de poço, e em que o controlador recebe um sinal de entrada a partir de pelo menos um medidor de fluxo de fluido, o controlador gerando um sinal de saída para operar o regulador, para manter a pressão de fluido no furo de poço em um valor selecionado.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do regulador de orifício controlável ser disposto a uma profundidade selecionada abaixo da superfície da massa de água.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender um sensor de pressão ligado à linha de retorno de fluido.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da linha de retorno de fluido, estendida do regulador até a plataforma, incluir uma parte vertical disposta baixo da superfície da massa de água.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender ainda uma válvula de retenção acoplada à linha de retorno do fluido, entre o regulador de orifício controlável e uma entrada na linha de retorno de fluido, acoplada à fonte de gás comprimido.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sensor de pressão ser acoplado ao conduto de descarga próximo do regulador de fluido.

10. MÉTODO, caracterizado pelo fato de compreender: bombear fluido de perfuração através de uma coluna de perfuração estendida dentro de um furo de poço, estendido abaixo de uma fundo de uma massa de água, saindo do fundo da coluna de perfuração, e para dentro do espaço anular do poço; descarregar fluido do espaço anular do poço e para dentro de um condutor de subida disposto acima da parte superior do furo de poço, o condutor de subida estendido até a superfície da massa de água, descarregar fluido do condutor de subida através de uma linha de retorno de fluido, a linha de retorno de fluido estendida de baixo da superfície da massa de água para a superfície da massa de água; bombear gás sob pressão para dentro da linha de retorno a uma profundidade selecionada abaixo da superfície da massa de água; manter uma pressão hidrostática selecionada no condutor de subida a uma distância escolhida abaixo da superfície da massa de água; separar o gás de um fluido retornado pela linha de retorno próxima da superfície da massa de água; medir uma taxa de fluxo do gás separado do fluido retornado pela linha de retorno; e comparar a taxa de fluxo do gás separado do fluido retornado pela linha de retorno com uma taxa de fluxo do gás bombeado para dentro da linha de retorno.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de ainda compreender a medição de uma pressão de fluido no condutor de subida, a uma profundidade selecionada, e operação do regulador de fluido controlável disposto entre o condutor de subida e a linha de retorno de fluido, com base na medição, para manter a pressão hidrostática selecionada no condutor de subida, na distância selecionada, abaixo da superfície da massa de água.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de ainda compreender o ajuste da pressão hidrostática no condutor de subida, através do ajuste de uma taxa de fluxo de gás bombeado para dentro da linha de retorno.

13. MÉTODO, caracterizado pelo fato de compreender: bombear fluido de perfuração através de uma coluna de perfuração estendida para dentro de um furo de poço, estendido abaixo do fundo de uma massa de água, saindo pelo fundo da coluna de perfuração, e para dentro do espaço anular do furo de poço; descarregar fluido do espaço anular do furo de poço para dentro de um condutor de subida disposto por cima da parte superior do furo de poço e para dentro de um conduto de descarga, o conduto de descarga incluindo uma regulador de fluido e uma linha de retorno de fluido acoplada a uma saída do regulador de fluido e estendida até a superfície da água; bombear gás sob pressão para dentro da linha de retorno, a uma profundidade selecionada abaixo da superfície da água; controlar uma taxa, na qual o gás é bombeado para dentro da linha de retorno e operar uma bomba de contrapressão para aplicar contrapressão no conduto de descarga, para manter um nível de fluido no condutor de subida, a uma distância selecionada abaixo da superfície da massa de água; em que um controlador recebe sinais de entrada de pelo menos um dentre um sensor de pressão no conduto de descarga, um primeiro medidor de fluxo acoplado a uma extremidade de descarga de líquido de um separador configurado para separar o gás do fluido na linha de retorno, e um segundo medidor de fluxo acoplado a uma extremidade de descarga de gás do separador, e em que o controlador envia sinais de saída para operar o regulador de fluido e a bomba de contrapressão para manter o nível de fluido no condutor de subida, à distância selecionada abaixo da superfície da massa de água.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de ainda compreender a operação do regulador de fluido em resposta a uma taxa de fluxo medida no conduto de descarga próximo ao regulador de fluido.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de ainda compreender a restrição do fluxo de fluido da linha de retorno para o regulador de fluido.

16. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de ainda compreender o escape de gás da linha de retorno para a atmosfera.

17. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato do controle da taxa, na qual o gás é bombeado para dentro da linha de retorno, compreender a comparação da taxa, na qual o gás é bombeado para dentro da linha de retorno, com uma taxa, na qual fluido de perfuração é bombeado através da coluna de perfuração.