BR112014031011B1 - arranjo para a circulação contínua de fluido de perfuração durante as operações de perfuração - Google Patents

Abstract

ARRANJO PARA A CIRCULAÇÃO CONTÍNUA DE FLUIDO DE PERFURAÇÃO DURANTE AS OPERAÇÕES DE PERFURAÇÃO. A presente invenção refere-se a uma unidade de circulação (3) para um arranjo disposto para continuamente circular fluido de perfuração durante perfuração é descrito, em que um alojamento (31) é proporcionado com um orifício central (313) que é definido por elementos de vedação anulares superior e inferior (32, 32') que são suportados de modo rotacional no alojamento (31); os elementos de vedação (32, 32') são proporcionados com a abertura central (321) que, pela expansão dos referidos elementos de vedação (32, 32'), é capaz de ser fechada ou se encaixar apertadamente contra o tubo (5, 51, 51', 431); e a válvula de comporta (34) no estado fechado forma uma divisão hermética a fluido entre as câmaras superior e inferior (311, 312) no alojamento (31), e em que cada um dos elementos de vedação (32, 32') é conectado de modo hermético a fluido a um tubo de tampão expansível rotativo (331) circundado por um conjunto de tampão expansível (33 e 33', respectivamente) que se adapta apertadamente contra a circunferência do tubo de tampão expansível (331) e contra o alojamento (31).

Description

[001] Uma unidade de circulação é descrita e da mesma forma é um arranjo para a circulação contínua de fluido de perfuração durante perfuração contínua, em que a unidade de circulação é arranjada entre unidades giratórias superior e inferior, a unidade de circulação e as unidades giratórias sendo deslocáveis verticalmente ao longo de um trilho guia.

[002] É sabido dentro da indústria de perfuração de petróleo e gás se adotar medidas para a circulação de fluido de perfuração a ser mantido no furo do poço enquanto uma coluna de perfuração está sendo estendida. NO 326427 descreve um sistema no qual uma máquina de perfuração do tipo de cabeça injetora com um eixo de acionamento oco coopera com uma câmara de eclusa proporcionada com vedações que circundam o tubo, o fluido de perfuração sendo direcionado alternadamente através do eixo de acionamento por meio de uma primeira entrada de fluido, quando uma coluna de perfuração contínua é conectada à máquina de perfuração, e através da câmara de eclusa por meio de uma segunda entrada de fluido, quando a extremidade superior da coluna de tubo é arranjada na câmara de eclusa e tiver que ser conectada a uma nova seção de tubo.

[003] Um inconveniente da técnica anterior de acordo com NO 326427 é que a rotação da coluna de tubo cessa quando a coluna de tubo tem que ser estendida. É sabido na indústria que é uma vantagem se manter a rotação da coluna de tubo não só de modo a reduzir o risco da coluna de tubo emperrar mas também de modo a aprimorar a produtividade, por exemplo, aumentar a capacidade de perfuração por não ter uma interrupção na operação de perfuração atual enquanto a coluna de perfuração está sendo estendida.

[004] A partir de NO 20100123 um arranjo é conhecido no qual, entre a primeira máquina de perfuração do tipo de cabeça injetora e o furo do poço, a segunda máquina de perfuração é arranjada, que é proporcionada com uma mesa giratória arranjada para receber o peso da coluna de tubo, a unidade de acionamento giratória arranjada para girar de modo contínuo a coluna de tubo, e uma câmara de fluido que é arranjada para conectar a porção de extremidade de coluna de tubo ao sistema de fluido de perfuração em um modo de comunicação de fluido, a câmara de fluido sendo proporcionada com portas de coluna de tubo incluindo meios arranjada para fechar em vedação de fluido as portas de coluna de tubo, e a segunda máquina de perfuração adicionalmente sendo proporcionada com uma chave hidráulica automática que é arranjada para conectar / liberar um elemento a / a partir da coluna de tubo, a chave hidráulica automática sendo arranjada na câmara de fluido. O inconveniente do referido arranjo é que a unidade de acionamento giratória está diretamente conectada à câmara de fluido (câmara de eclusa) e a chave hidráulica automática é encerrada em uma câmara de fluido. Aqui, um ajuste da chave hidráulica automática à dimensão relevante do tubo que está sendo manipulado deve ser produzido por intervenção na câmara de fluido.

[005] A presente invenção tem como seu objetivo remediar ou reduzir pelo menos um dos inconvenientes da técnica anterior ou pelo menos proporcionar uma alternativa útil para a técnica anterior.

[006] O objetivo é alcançado através das características que são especificadas na descrição abaixo e nas reivindicações em anexo.

[007] No que segue, o termo "coluna de perfuração" é usado como um termo coletivo para todos os tipos de colunas de tubo que, pela rotação de uma porção de extremidade, forma o furo do poço no subsolo por elementos adequados de ponta de broca triturando o material subterrâneo, e um fluido de perfuração que entra transportando o material subterrâneo triturado para fora do furo do poço por meios de um fluxo de retorno para a superfície.

[008] A não ser que explicitamente mencionado, o termo "tubo" é usado, no a seguir, como um termo coletivo para os tubos individuais, seções de tubo produzidos de diversos tubos individuais, e a coluna de tubo construído por unir diversos tubos individuais que podem ser aparafusados juntos ou diversas seções de tubo. "Tubos" podem também incluir os assim chamados subs de salvação que são usados como uma conexão entre a coluna de tubo e a unidade giratória, possivelmente adaptada para fornecimento de fluido de perfuração a uma coluna de tubo.

[009] A unidade de circulação é proporcionada, disposta para fornecer fluido de perfuração através de uma extremidade superior aberta da coluna de tubo. A unidade de circulação é formada de um alojamento com um orifício central que se estende através da mesma. Em cada extremidade do alojamento, um elemento de vedação suportado de modo giratório é arranjado, arranjada para se adaptar apertadamente em torno de uma porção de tubo. Cada um dos elementos de vedação giratórios é arranjado para fechar a respectiva extremidade do orifício central, não só quando há um tubo que se estende através do elemento de vedação mas também quando o elemento de vedação não está circundando um tubo, por exemplo, por uma pressão hidráulica interna sendo aplicada ao elemento de vedação a partir de uma unidade de fornecimento de pressão associada. Dentro dos elementos de vedação, quer dizer na direção do interior do alojamento, e conectado em um modo hermético a fluido a uma face de extremidade do elemento de vedação, um tubo de tampão expansível giratório é arranjado, circundado por um conjunto de tampão expansível que se encontra contra a porção da circunferência do tubo de tampão expansível e formando uma barreira de vedação entre a câmara e o mancai e a periferia externa do elemento de vedação. O fluido de perfuração é desse modo impedido de penetrar nos canais de fornecimento de fluido sob pressão que circundam a circunferência dos elementos de vedação, e se misturar com o fluido sob pressão que é preferivelmente também usado como um lubrificante para o mancai do elemento de vedação. O conjunto de tampão expansível é tipicamente assim chamado de vedações de tubo de lavagem que mantêm a sua função de vedação também quando o tubo de tampão expansível está girando e o fluido de perfuração está sob alta pressão. A superfície de contato no tubo de tampão expansível tipicamente tem uma superfície muito lisa de modo que o conjunto de tampão expansível pode resistir a contato de longo prazo contra o tubo de tampão expansível giratório sem sofrer desgaste.

[0010] O alojamento é dividido em duas câmaras por meios de uma válvula de comporta arranjada para formar, em uma posição aberta, uma abertura central que forma a conexão entre as referidas duas câmaras e para formar, em uma posição fechada, uma divisão hermética a fluido entre as referidas câmaras. A válvula de comporta pode tipicamente ser uma válvula de esfera com um eixo rotacional que é perpendicular ao eixo central da unidade de circulação.

[0011] Cada uma das duas câmaras é proporcionada com uma porta de fluido conectada a um sistema de fluido de perfuração por meio de primeira e segunda linhas de fluido de perfuração e um sistema de válvula associado para desse modo permitir que o fluido de perfuração seja direcionado para dentro da respectiva câmara, possivelmente também para drenar a câmara.

[0012] Uma terceira linha de fluido de perfuração, que é conectada ao referido sistema de fluido de perfuração e sistema de válvula, é conectada a um sub de salvação que é arranjado para ser conectado a uma extremidade superior de um tubo para desse modo permitir que o fluido de perfuração seja direcionado para dentro do tubo. O sub de salvação é rotativo em relação a terceira linha de fluido de perfuração. O sub de salvação é proporcionado com pelo menos uma porção superior que é adequada como uma porção de apoio para uma chave flutuante em conexão com a produção e a ruptura da unidade de conexão de tubo com/a partir de um tubo.

[0013] Em círculos profissionais, a unidade de circulação é também denominada uma unidade de perfuração contínua e unidade de circulação (CDU).

[0014] Um arranjo para a circulação contínua de fluido de perfuração durante a rotação contínua da coluna de perfuração é proporcionado também. Em uma posição operacional, a unidade de circulação de acordo com a presente invenção é arranjada com o seu eixo central coincidindo com o eixo de perfuração central e entre as primeira e segunda unidades giratórias. Por meios de um acionamento, a unidade de circulação e as duas unidades giratórias podem ser movidas verticalmente ao longo de trilhos guias adequados do mesmo. A unidade de circulação e pelo menos uma das unidades giratórias pode ser movida verticalmente independentemente uma da outra.

[0015] Cada uma das unidades giratórias tipicamente inclui uma chave flutuante rotativa do tipo que pode pegar em torno da porção de tubo e manter o mesmo fixo, um dispositivo de suspensão, tipicamente na forma de um arranjo deslizante de um tipo conhecido em si arranjado par se encontrar contra uma porção de ombro voltada para baixo de uma manga de tubo ou semelhante, e um mancai giratório que é arranjado para suportar a chave flutuante e/ou o dispositivo de suspensão. A chave flutuante rotativa é proporcionada com um acionamento giratório.

[0016] A operação de perfuração com circulação contínua de fluido de perfuração e circulação contínua de coluna de perfuração de acordo com a presente invenção pode tipicamente ser realizado da maneira a seguir:

[0017] 1. Em uma primeira fase da sequência de perfuração, a seguir ocorre: a) Uma extremidade superior da coluna de perfuração se projeta através da unidade de circulação. A terceira linha de fluido de perfuração é conectada por meio do sub de salvação para a extremidade superior da coluna de perfuração. b) Fluido de perfuração é fornecido ao orifício central da coluna de perfuração por meio do sub de salvação. c) A coluna de perfuração é mantida em rotação pela unidade giratória superior. d) Os elementos de vedação superior e inferior são abertos, e a coluna de perfuração é movida livremente em relação à unidade de circulação. e) A unidade giratória superior e a coluna de perfuração são movidas para baixo de acordo com o coeficiente de penetração alcançado.

[0018] 2. Em uma segunda fase da sequência de perfuração, a seguir ocorre: a) A unidade de circulação e a unidade giratória inferior são movidas para cima em direção da unidade giratória superior. b) A extremidade superior da coluna de perfuração e a porção inferior do sub de salvação são movidas para dentro da unidade de circulação de modo que a extremidade superior da coluna de perfuração está na câmara inferior. c) A coluna de perfuração é pega pela unidade giratória inferior que assume a rotação da coluna de perfuração. O sub de salvação permanece suspenso na unidade giratória superior. Os elementos de vedação são fechados em torno da coluna giratória de perfuração e do sub de salvação, respectivamente. d) O fluido de perfuração é fornecido para a câmara inferior através da porta de fluido inferior. O sub de salvação é desconectado a partir da coluna de perfuração pela unidade giratória superior suportando o sub de salvação de volta enquanto a unidade giratória inferior está girando a coluna de perfuração. O sub de salvação é puxado para fora da câmara inferior, a válvula de comporta é fechada, e o fornecimento de fluido de perfuração através do sub de salvação é parado. e) O elemento de vedação superior é aberto, e o sub de salvação é puxado para fora da unidade de circulação. f) A operação de perfuração é mantida pela unidade giratória inferior e a unidade de circulação sendo girada e deslocada, e o fornecimento de fluido de perfuração é mantido através da câmara inferior que é mantida fechada para o ambiente que circunda por meio da válvula de comporta fechada e do elemento de vedação inferior que se encaixa apertadamente em torno da porção da coluna de perfuração.

[0019] 3. Na terceira fase da sequência de perfuração, a seguir ocorre: a) O próximo tubo a ser unido na coluna de perfuração é movido para dentro do eixo de perfuração central por meio de um manipulador ou semelhante e é mantido fixo no mesmo. b) A unidade giratória superior gira o sub de salvação para conectar o mesmo à extremidade superior do tubo. c) O tubo é movido com a sua extremidade inferior para dentro da unidade de circulação ao mesmo tempo em que o elemento de vedação superior é aberto. d) O elemento de vedação superior é fechado em torno do tubo. e) O fluido de perfuração é fornecido à câmara superior através do sub de salvação, possivelmente através da porta de fluido superior, a válvula de comporta é aberta, e o fornecimento de fluido de perfuração através da porta de fluido inferior é parado na medida em que a coluna de perfuração está agora sendo fornecida com fluido de perfuração a partir da câmara superior e através da válvula de comporta aberta. f) A unidade giratória superior move o tubo, durante a rotação, para conectar a mesma à coluna de perfuração, o tubo sendo girado mais rápido do que a coluna de perfuração. g) O fluido de perfuração é fornecido à coluna de perfuração através do sub de salvação. Os elementos de vedação são abertos, possivelmente após as câmaras da unidade de circulação terem sido drenadas.

[0020] A operação de perfuração continua pelas etapas 1a)-3g) sendo repetidas.

[0021] A operação de perfuração pode também ser realizada com variantes que se desviam relativamente a partir do que foi descrito acima, sem se desviar do âmbito da presente invenção.

[0022] A mesma representa uma considerável simplificação da operação e da manutenção de sistemas para a circulação contínua de fluido de perfuração durante a rotação contínua da coluna de perfuração em que todos os elementos que proporcionam a rotação e a suspensão de um tubo ou coluna de tubo são arranjados fora da unidade de circulação. Qualquer substituição dos componentes em conexão com manutenção ou ajuste para outra dimensão de tubo pode ser realizada sem intervir na unidade de circulação.

[0023] O arranjo de acordo com a presente invenção exibe uma grande extensão de flexibilidade quando o fluido de perfuração é circulado continuamente durante a rotação contínua da coluna de perfuração, em que a unidade giratória superior pode ser deslocada independentemente da unidade giratória inferior e a unidade de circulação. Flexibilidade adicional pode ser alcançada pela unidade inferior sendo deslocável independentemente da unidade de circulação.

[0024] Em um primeiro aspecto, a presente invenção refere-se mais especificamente à unidade de circulação para um arranjo arranjado para circular continuamente fluido de perfuração durante perfuração, no qual - um alojamento é proporcionado com um orifício central disposto para acomodar a porção de um tubo; - o orifício central é definido por elementos de vedação anulares superior e inferior que são suportados de modo rotacional no alojamento; - os elementos de vedação são proporcionados com a abertura central que, pela expansão dos referidos elementos de vedação, é capaz de ser fechada ou se adapta apertadamente contra o tubo pelo contato de uma superfície de vedação interna contra o tubo; e - a válvula de comporta em um estado fechado forma uma divisão hermética a fluido entre uma câmara superior e uma câmara inferior no alojamento, caracterizado por - cada um dos elementos de vedação sendo conectado em um modo hermético a fluido a um tubo de tampão expansível rotativo que se projeta para dentro da respectiva câmara e sendo circundado por um conjunto de tampão expansível que se adapta apertadamente contra a circunferência do tubo de tampão expansível e contra o alojamento.

[0025] O elemento de vedação pode ser proporcionado com uma cavidade expansível que está em comunicação de fluido com uma porta de fluido de pressão por meio de diversas passagens de fluido e um espaço anular que circundam o elemento de vedação.

[0026] Entre o conjunto de tampão expansível e a vedação de fluido de pressão definindo um espaço anular que circunda o elemento devedação, um dreno de tampão expansível pode ser disposto.

[0027] O tubo de tampão expansível pode ser conectado ao elemento de vedação por meio de um anel de rolamento que se encaixa hermético a fluido contra a face de extremidades do elemento de vedação.

[0028] Em um segundo aspecto, a presente invenção refere-se mais especificamente a um arranjo para a circulação contínua de fluido de perfuração durante a perfuração contínua, no qual a unidade de circulação como descrita acima é disposta entre as unidades giratórias superior e inferior, a unidade de circulação e as unidades giratórias sendo deslocáveis verticalmente ao longo de um trilho guia, caracterizado por pelo menos a unidade giratória superior sendo deslocável independentemente da unidade de circulação; a unidade de circulação incluindo um alojamento proporcionado com um orifício central arranjado para acomodar a porção de um tubo; o orifício central sendo definido por elementos de vedação anulares superior e inferior que são suportados de modo rotacional no alojamento; e os elementos de vedação sendo proporcionados com a abertura central que, pela expansão dos referidos elementos de vedação, é capaz de ser fechada ou se encaixa apertadamente contra o tubo pelo contato da superfície interna contra o tubo.

[0029] Qualquer rotação da coluna de perfuração e qualquer rotação de um tubo durante conexão com ou desconexão a partir da coluna de perfuração pode ser proporcionada pelas chaves flutuantes rotativas que são dispostas fora do alojamento da unidade de circulação.

[0030] A unidade giratória inferior e a unidade de circulação podem ser proporcionadas com um acionamento linear comum que é arranjado para mover a referida unidade giratória e a unidade de circulação em um movimento vertical sincrônico ao longo do trilho guia da torre de perfuração.

[0031] O alojamento pode ser proporcionado com uma válvula de comporta que, em um estado fechado, forma a divisão hermética a fluido entre a câmara superior e a câmara inferior.

[0032] A válvula de comporta pode ser uma válvula de esfera com um eixo rotacional que é perpendicular ao eixo central do alojamento e a abertura central que, no estado aberto da válvula de comporta, forma a porção do orifício central da unidade de circulação.

[0033] A unidade de circulação pode ser proporcionada com a câmara superior e a câmara inferior que são cada uma das quais conectada a um sistema de fluido de perfuração por meio de linhas de fluido de perfuração capazes de serem fechadas individualmente conectadas a um sistema de válvula.

[0034] O sub de salvação pode ser conectado de modo rotacional a uma linha de fluido de perfuração capaz de ser fechada que é conectada a um sistema de fluido de perfuração por meio de um sistema de válvula.

[0035] Uma face de extremidade em cada um dos elementos de vedação pode ser conectada em um modo hermético a fluido ao tubo de tampão expansível rotativo que se projeta respectivamente dentro da câmara superior e da câmara inferior no alojamento e é circundado por um conjunto de tampão expansível que se adapta apertadamente contra a circunferência do tubo de tampão expansível e contra o alojamento.

[0036] A seguir, um exemplo de uma modalidade preferida é descrito, que é visualizado nos desenhos em anexo, nos quais: a figura 1 mostra uma seção axial através da unidade de circulação de acordo com a presente invenção; a figura 2 mostra, em uma escala menor, uma vista lateral de um arranjo de acordo com a presente invenção, no qual a coluna de perfuração é girada por uma unidade giratória superior, e fluido de perfuração é fornecido por meio de um sub de salvação conectado a uma coluna de perfuração, enquanto a unidade de circulação e a unidade giratória inferior estão sendo deslocadas verticalmente em direção da unidade giratória superior; a figura 3 mostra um desenho principal do arranjo de acordo com a presente invenção por uma seção axial através da unidade de circulação, no qual a extremidade superior da coluna de perfuração é posicionada na câmara inferior da unidade de circulação e o sub de salvação é desconectado a partir da coluna de perfuração e tem a sua extremidade inferior posicionada na câmara superior, a coluna de perfuração sendo girada pela unidade giratória inferior e fluido de perfuração sendo fornecido através da câmara inferior da unidade de circulação; e a figura 4 mostra a coluna de perfuração em rotação continuada pela unidade giratória inferior e o sub de salvação tendo sido puxado para fora da unidade de circulação.

[0037] Em uma torre de perfuração 1, as unidades giratórias superior e inferior 2, 2' e a unidade de circulação 3 são dispostos, deslocáveis verticalmente ao longo de trilho guias 11, 11' na torre de perfuração 1. Os trilhos guias 11, 11' podem coincidir ou serem separados. O deslocamento vertical é proporcionado por meios de acionamentos lineares 25, 25' os quais, através de seus engates com os trilhos guias 11, 11', tipicamente por rodas dentadas que entrosam com as porções dentadas (não mostradas) dos trilhos guias 11, 11', pode forçosamente orientar as respectivas unidades giratórias 2, 2' e a unidade de circulação 3 independentemente das forças que atuam nas unidades 2, 2', 3 por meio dos elementos conectados, por exemplo, a pressão do poço.

[0038] Referência é primeiro feita à figura 2 em particular um sistema de fluido de perfuração 4 inclui um sistema de válvula 44, primeira e segunda linhas de fluido de perfuração 41, 42 conectadas respectivamente às portas de fluido superior e inferior 35, 35' arranjadas na unidade de circulação 3, e a terceira linha de fluido de perfuração 43 conectada a um sub de salvação 431 por meio de um acoplamento giratório (rotatório) 431a, de modo que o sub de salvação 431 pode girar em torno de seu próprio eixo central independentemente da linha de perfuração de fluido conectada 43. As linhas de fluido de perfuração 41, 42, 43 são conectadas a um sistema de válvula 44 de modo que o fluxo de perfuração de fluido em uma das linhas de fluido de perfuração 41,42, 43 pode ser controlado independentemente do fluxo de perfuração de fluido em cada uma das outras linhas de fluido de perfuração 41,42, 43.

[0039] A coluna de perfuração 5 que foi produzida, da maneira conhecida em si, a partir de diversos tubos ou seções de tubo 51,51' se estende para baixo do furo do poço (não mostrado) com o seu eixo central coincidindo com um eixo de perfuração central WC.

[0040] O sub de salvação 431 é capaz de ser conectado a uma extremidade superior 51a, 51a' de um tubo.

[0041] Referência é agora feita à figura 1. A unidade de circulação 3 inclui um alojamento 31 que é dividido por meios da válvula de comporta 34 em câmaras superior e inferior 311, 312. A válvula de comporta 34 que, para objetivos práticos, pode ser uma válvula de esfera com um eixo rotacional perpendicular ao eixo central do alojamento 31 exibe, em sua posição aberta, a abertura central 341 que coincide com um orifício central 313 que se estende através de todo o alojamento 31. Nas porções de extremidade do alojamento 31, respectivamente elementos de vedação superior e inferior 32, 32' são arranjados, com uma abertura central capaz de ser fechada 321 de um tipo que, quando a pressão fluido é fornecida a partir de uma unidade de fornecimento de pressão (não mostrado) a uma cavidade de tampão expansível interna 329, pode se expandir radialmente até uma superfície de vedação interna 324 entra em contato de vedação contra a porção da coluna de perfuração circundada 5, o tubo 51, 51' ou o sub de salvação 431, ou, quando o elemento de vedação 32, 32' não está circundando a coluna de perfuração 5, o tubo 51, 51' ou o sub de salvação 431, até fechar a abertura central 321 completamente. O fluido sob pressão é fornecido aos elementos de vedação 32, 32' a partir de um sistema de fluido de pressão (não mostrado) através da porta de fluido de pressão 326 e um espaço anular 327 que circundam os elementos de vedação 32, 32'. Há diversas passagens de fluido 328 que se estendem entre a cavidade de tampão expansível 329 e o espaço anular 327. Na direção axial, o espaço anular 327 é definido em um modo de vedação de fluido por diversas vedações de fluido de pressão 320.

[0042] Os elementos de vedação 32, 32' são suportados no alojamento 31 rotativo em torno do eixo central do orifício central 313, mancais 323 dispostos entre o anel de rolamento 32a, dentro do qual, respectivamente, os elementos de vedação 32, 32' são dispostos, e o alojamento 31 sendo disposto para suportar tensões nas direções radial e axial. As faces de extremidade 325 de cada elemento de vedação 32, 32' têm um encaixe hermético a fluido contra o anel de rolamento 32a. A partir do anel de rolamento 32a, um tubo de tampão expansível 331 que se encaixa apertadamente, em uma porção de extremidade, contra o anel de rolamento 32a e gira com o anel de rolamento 32a e o elemento de vedação 32 e 32', respectivamente, se projeta para dentro da respectiva câmara 311, 312. O tubo de tampão expansível 331 é circundado por, respectivamente, conjuntos de tampão expansível superior e inferior 33, 33' de um tipo que permite que o tubo de tampão expansível 331 gire sem a função de vedação se deteriorar em qualquer extensão vale a pena mencionar, por exemplo, assim chamado de vedações de tubo de lavagem. O fluido de perfuração é desse modo impedido de penetrar através do mancai 323 dos elementos de vedação 32, 32' dentro do espaço anular 327 e misturar com o fluido sob pressão que está sendo fornecido aos elementos de vedação 32, 32'. Para evitar adicionalmente a referida mistura de fluido de perfuração e pressão fluido, o alojamento 31 é proporcionado com drenos de tampão expansível 332 que irão drenar qualquer vazamento de fluido de perfuração a partir do alojamento 31.

[0043] A pressão interna dos elementos de vedação 32, 32' pode ser ajustada à pressão de fluido de perfuração que reflete a pressão predominante do poço.

[0044] Na porção inferior de extremidade, o alojamento 31 é também proporcionada com um tampão expansível de fundo 36 que, por expansão, é disposto para fechar o orifício central 313. Acima do tampão expansível de fundo 36, o alojamento é proporcionado com uma abertura de drenagem 37.

[0045] As unidades giratórias 2, 2' incluem chaves flutuantes rotativas 21,21' com um acionamento giratório 23, 23', e um dispositivo de suspensão 22, 22', tipicamente na forma de um arranjo deslizante.

[0046] Em uma modalidade, a unidade de circulação 3 é conectada à unidade giratória inferior 2', como é mostrado nas figuras 2 a4. É também concebível para a unidade de circulação 3 ser independente da referida unidade giratória inferior 2'.

[0047] Quando a operação de perfuração contínua é realizada com o arranjo de acordo com a presente invenção, a mesma pode ser realizada do modo a seguir:

[0048] Em uma primeira fase da sequência de perfuração, uma extremidade superior da coluna de perfuração 5 se projeta através da unidade de circulação 3. A terceira linha de fluido de perfuração 43 é conectada, por meio do sub de salvação 431, a uma extremidade superior 51a da coluna de perfuração 5. O fluido de perfuração é fornecido ao orifício central da coluna de perfuração 5 por meio do sub de salvação 431. A coluna de perfuração 5 é mantida em rotação pela unidade giratória superior 2. Os elementos de vedação superior e inferior 32, 32' são abertos, e a coluna de perfuração 5 é movida livremente em relação à unidade de circulação 3. A unidade giratória superior 2 e a coluna de perfuração 5 são movidas para baixo de acordo com o coeficiente de penetração alcançado.

[0049] Em uma segunda fase da sequência de perfuração, a unidade de circulação 3 e a unidade giratória inferior 2' são movidas para cima em direção da unidade giratória superior 2. A extremidade superior 51a da coluna de perfuração 5 e a porção inferior 431a do sub de salvação 431 são movidas para dentro da unidade de circulação 3 de modo que a extremidade superior 51a da coluna de perfuração 5 é na câmara inferior 312. A coluna de perfuração 5 é pega pela unidade giratória inferior 2' que assume a rotação da coluna de perfuração. O sub de salvação 431 permanece suspenso na unidade giratória superior 2. Os elementos de vedação 32, 32' são fechados em torno da coluna giratória de perfuração 5 e o sub de salvação 431, respectivamente. O fluido de perfuração é fornecido para a câmara inferior 312 através da porta de fluido inferior 35'. O sub de salvação 431 é desconectado a partir da coluna de perfuração 5 pela unidade giratória superior 2 suportando o sub de salvação 431 de volta enquanto a unidade giratória inferior 2' gira a coluna de perfuração 5. O sub de salvação 431 é puxado para fora da câmara inferior 312, a válvula de comporta 34 é fechada, e o fornecimento de fluido de perfuração através do sub de salvação 431 é parado. O elemento de vedação superior 32 é aberto, e o sub de salvação 431 é puxado para fora da unidade de circulação 3. Os resíduos de fluido de perfuração podem ser drenados através da porta de fluido superior 35. A operação de perfuração é mantida pela rotação e pelo deslocamento da unidade giratória inferior 2' e da unidade de circulação 3, e o fornecimento de fluido de perfuração é mantido através da câmara inferior 312 que é mantida fechada para o meio circundante por meio da válvula de comporta fechada 34 e do elemento de vedação inferior 32' que se encaixa apertadamente em torno da porção da coluna de perfuração 5.

[0050] Em uma terceira fase da sequência de perfuração, o próximo tubo 51' que tem que ser unido à coluna de perfuração 5 é movido por meio de um manipulador (não mostrado) ou semelhante ao eixo de perfuração central WC e mantido fixo no mesmo. A unidade giratória superior 2 gira o sub de salvação 431 para conectar o mesmo à extremidade superior 51a do tubo 51'. O tubo 51' é movido com a sua extremidade inferior 51b para dentro da unidade de circulação 3 enquanto o elemento de vedação superior 32 é aberto. O elemento de vedação superior 32 é fechado em torno do tubo 51'. O fluido de perfuração é fornecido para a câmara superior 311 através do sub de salvação 431, a válvula de comporta 34 é aberta, e o fornecimento de fluido de perfuração através da porta de fluido inferior 35' é parado na medida em que a coluna de perfuração 5 está agora sendo fornecida com fluido de perfuração a partir da câmara superior 311 e através da válvula de comporta aberta 34. A unidade giratória superior 2 se move, durante a rotação, o tubo 51' para conectar o mesmo à coluna de perfuração 5, o tubo 51' sendo girado mais rápido do que a coluna de perfuração 5. O fluido de perfuração é fornecido para a coluna de perfuração 5 através do sub de salvação 431. Os elementos de vedação 32, 32' são abertos, possivelmente após a câmaras 311,312 da unidade de circulação 3 terem sido drenadas através da porta de fluido superior 35 e abertura de drenagem 37, respectivamente.

[0051] A operação de perfuração continua por repetição a partir da fase 1 quando novos tubos 51' são conectados em sucessão na medida em que a coluna de perfuração 5 trabalha seu caminho dentro do subsolo.

[0052] Por meio do arranjo de acordo com a presente invenção, um simples sistema para o contínuo fornecimento de fluido de perfuração durante a perfuração foi proporcionado, e a perfuração pode ser realizada em um progresso contínuo. As unidades centrais usadas são descomplicadas na medida em que apenas uma função principal foi atribuída a cada uma das unidades, ou seja:

[0053] A primeira unidade giratória 2 proporciona a suspensão, a rotação e o deslocamento vertical da coluna de perfuração 5 ou tubo 51, 51' conectado ao sub de salvação 431.

[0054] A segunda unidade giratória 2' proporciona a suspensão, a rotação e o deslocamento vertical da coluna de perfuração 5.

[0055] A unidade de circulação 3 proporciona conexão móvel hermética a fluido entre um sistema de fluido de perfuração 4 e a coluna giratória de perfuração 5 em cooperação com o sub de salvação 431 para o fornecimento de fluido de perfuração para alternar entre um suprimento diretamente para a coluna de perfuração 5 e um fornecimento por meio do próximo tubo 51,51' na fase de conexão.

[0056] A unidade de circulação 3 de acordo com a presente invenção proporciona uma manipulação amigável ao ambiente do fluido de perfuração, na medida em que quantidades residuais do fluido de perfuração podem ser drenadas a partir da unidade de circulação antes dos elementos de vedação 32, 32' serem liberados a partir da coluna de perfuração 5 e assim por diante. Os conjuntos de tampão expansível 33, 33' da unidade de circulação 3 também garantem uma melhor durabilidade dos mancais giratórios 323 e assim por diante em que o fluido sob pressão, que em geral também funciona como um lubrificante para os referidos mancais, não serão contaminados tão facilmente com o fluido de perfuração na medida em que o fluido de perfuração é impedido de entrar no canal de fornecimento de fluido de pressão 327, 328.

[0057] Por usar a unidade de circulação 3, que tem uma única tarefa de manter o fornecimento de fluido de perfuração para a coluna de perfuração 5, e deixar a rotação, a suspensão e o deslocamento vertical da coluna de perfuração e tubo ser realizado pelas unidades giratórias 2, 2', os ajustes do arranjo para outra dimensão do tubo podem ser realizados mais racionalmente, na medida em que nenhuma intervenção é necessária na unidade de circulação fechada 3 quando elementos de fixação e assim por diante nas chaves flutuantes rotativas 21, 21' e os dispositivos de suspensão 22, 22' tiverem que ser substituídos.

[0058] Pela separação da unidade de circulação 3 a partir da unidade giratória inferior 2', a unidade de circulação 3 sendo proporcionada com um acionamento linear separado (não mostrado) para o deslocamento vertical da unidade de circulação 3 independentemente da unidade giratória inferior 2', vantagens adicionais podem ser alcançadas em consequência de maior liberdade de operação durante a perfuração contínua com circulação contínua de fluido de perfuração.

Claims (11)

1. Unidade de circulação (3) para um arranjo disposta para continuamente circular fluido de perfuração durante perfuração, que compreende: um alojamento (31) com um orifício central (313) disposto para acomodar uma porção de um tubo (5, 51,51', 431); em que o orifício central (313) é definido por elementos de vedação anulares superior e inferior (32, 32') que são suportados de modo rotacional no alojamento (31) para rotação em relação ao mesmo; em que cada dos elementos de vedação (32, 32') é proporcionado com a abertura central (321) que, pela expansão radial de cada dos elementos de vedação para dentro da abertura central, é capaz de ser fechada ou cada dos elementos de vedação se encaixa apertadamente contra o tubo (5, 51, 51', 431) pelo contato de uma superfície de vedação interna (324) contra o tubo, (5, 51,51', 431); e uma válvula em estado fechado forma uma divisão hermética a fluido entre as câmaras superior e inferior (311, 312) no alojamento (31), caracterizada pelo fato de que: cada um dos elementos de vedação (32, 32') é conectado de modo hermético a fluido a um tubo de tampão expansível rotativo (331) que se projeta para dentro da respectiva câmara (311, 312) e sendo circundado por um conjunto de tampão expansível (33, 33') que se adapta apertadamente contra a circunferência do tubo de tampão expansível (331) e contra o alojamento (31), e em que cada dos elementos de vedação é formado internamente no mesmo com uma cavidade expansível (329) configurada para ser aumentada para permitir fechamento da abertura central ou do contato da superfície de vedação interna contra o tubo.

2. Unidade de circulação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a cavidade expansível está em comunicação de fluido com uma porta de fluido de pressão (326) através de várias passagens de fluido (328) e um espaço anular (327) que circunda cada dos elementos de vedação (32, 32').

3. Unidade de circulação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que entre o conjunto de tampa expansível (33, 33') e uma vedação de fluido de pressão (320) definindo um espaço anular (327) que circundam cada dos elementos de vedação (32, 32'), um dreno de tampão expansível (332) foi disposto.

4. Unidade de circulação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o tubo de tampão expansível (331) é conectado a cada dos elementos de vedação (32, 32') por meio de um anel de rolamento (32a) que se encaixa hermética a fluido contra as faces de extremidade (325) de cada dos elementos de vedação (32, 32').

5. Arranjo para a circulação contínua de fluido de perfuração durante perfuração contínua, no qual uma unidade de circulação (3) é disposta entre as unidades giratórias superior e inferior (2, 2'), a unidade de circulação (3) e as unidades giratórias (2, 2') sendo deslocáveis verticalmente ao longo de um trilho guia (11) de uma torre de perfuração, caracterizado pelo fato de que: pelo menos a unidade giratória superior é deslocável independentemente da unidade de circulação; a unidade de circulação inclui um alojamento proporcionado com um orifício central disposto para acomodar a porção de um tubo; o orifício central é definido por elementos de vedação anulares superior e inferior que são suportados de modo rotacional no alojamento para rotação em relação ao mesmo; e cada dos elementos de vedação é proporcionado com uma abertura central que, pela expansão de cada dos elementos de vedação na abertura central é capaz de ser fechada ou cada dos elementos de vedação se adapta apertadamente contra o tubo pelo contato de uma superfície de vedação interna contra o tubo; em que cada dos elementos de vedação é formado internamente no mesmo com uma cavidade expansível configurada para ser aumentada para permitir fechamento da abertura central ou o contato da superfície de vedação interna contra o tubo.

6. Arranjo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que qualquer rotação de uma coluna de perfuração e qualquer rotação de um tubo durante a conexão a ou desconexão a partir da coluna de perfuração é proporcionada por chaves flutuantes rotativas que são dispostas fora do alojamento da unidade de circulação.

7. Arranjo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a unidade giratória inferior e a unidade de circulação são proporcionadas com um acionamento linear comum que é disposto para deslocar a unidade giratória inferior e a unidade de circulação em um movimento vertical sincrônico ao longo do trilho guia da torre de perfuração.

8. Arranjo, de acordo com a reivindicação 7 , caracterizado pelo fato de que a válvula de comporta é uma válvula de esfera com um eixo rotacional que é perpendicular ao eixo central do alojamento e a abertura central que, em um estado aberto da válvula de comporta, forma uma porção do orifício central da unidade de circulação.

9. Arranjo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a unidade de circulação é proporcionada com câmaras superior e inferior que são cada uma das quais conectada a um sistema de fluido de perfuração por meio de linhas de fluido de perfuração capazes de serem fechadas individualmente conectadas a um sistema de válvula.

10. Arranjo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um sub de salvação é conectado de modo rotacional à linha de fluido de perfuração capaz de ser fechada que é conectada a um sistema de fluido de perfuração por meio de um sistema de válvula.

11. Arranjo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que uma face de extremidade de cada um dos elementos de vedação é conectada em um modo hermético a fluido a um tubo de tampão expansível rotativo que se projeta para dentro respectivamente das câmaras superior e inferior no alojamento e é circundado por um conjunto de tampão expansível se encaixando apertadamente contra a circunferência do tubo de tampão expansível e contra o alojamento.

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