BR112014032979B1

BR112014032979B1 - Método de controle de pressão em um furo de poço e sistema para a perfuração de um furo de poço

Info

Publication number: BR112014032979B1
Application number: BR112014032979-6A
Authority: BR
Inventors: Cody N. Butler; James R. Lovorn; Nancy S. Davis
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2021-09-28
Also published as: SA113340690B1; US10047578B2; US20150240579A1; RU2015102990A; EP2852732A4; MX353875B; MX2014015368A; AU2012384529A1; WO2014007797A1; CA2877697A1; BR112014032979A2; EP2852732A1

Abstract

controle de pressão em operações de perfuração com a posição de estrangulamento determinada por uma curva de cv. um método de controle de pressão em um furo de poço pode incluir a determinação de uma posição desejada para um estrangulamento, a determinação sendo com base em uma curva de cv para o estrangulamento e o ajuste do estrangulamento para a posição desejada, desse modo se produzindo uma contrapressão desejada. um sistema de perfuração de furo de poço pode incluir um estrangulamento o qual restringe de forma variável o fluxo de fluido a partir do furo de poço, e um sistema de controle o qual compara as pressões real e desejada de furo de poço e, em resposta a uma diferença entre as pressões real e desejada de furo de poço, ajusta o estrangulamento para uma posição predeterminada, a qual corresponde a um cv desejado do estrangulamento. um método de controle de pressão em um furo de poço pode incluir a comparação de uma pressão de furo de poço real com uma pressão de furo de poço desejada e, em resposta a uma diferença entre as pressões de furo de poço real e desejada, o ajuste de um estrangulamento para uma posição predeterminada, a posição predeterminada correspondendo a um cv desejado do estrangulamento.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] Esta exposição se refere geralmente a um equipamento utilizado e a operações realizadas em conjunto com um poço subterrâneo e, em um exemplo descrito abaixo, mais particularmente, provê um controle de pressão em operações de perfuração, com uma posição de estrangulamento sendo determinada por uma curva de Cv.

ANTECEDENTES

[0002] É conhecido controlar a pressão em um furo de poço pelo controle de um nível de pressão aplicado ao furo de poço em ou perto da superfície. Esta pressão aplicada pode ser a partir de uma ou mais de uma variedade de fontes, tal como uma contrapressão aplicada por um estrangulamento em uma linha de retorno de lama, uma pressão aplicada por uma bomba de contrapressão dedicada, e/ou uma pressão desviada de uma linha de tubo bengala para a linha de retorno de lama.

[0003] Portanto, será apreciado que melhoramentos são continuamente necessários na técnica de controle de pressão em operações de perfuração.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0004] A figura 1 é uma vista em seção transversal parcialmente representativa de um outro exemplo do sistema de perfuração de poço e do método.

[0005] A figura 2 é uma vista esquemática representativa de um outro exemplo do sistema de perfuração de poço e do método.

[0006] A figura 3 é uma vista esquemática representativa de um sistema de controle de pressão e fluxo, o qual pode ser usado com o sistema e o método das figuras 1 e 2.

[0007] A figura 4 é uma curva de Cv representativa para um estrangulamento o qual pode ser usado em uma operação de perfuração.

[0008] A figura 5 é um fluxograma representativo para um exemplo de método de controle de pressão de furo de poço.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0009] É ilustrado de forma representativa um sistema de perfuração de poço 10 e um método associado, o qual pode concretizar princípios desta exposição. Contudo, deve ser claramente entendido que o sistema 10 e o método são meramente um exemplo de uma aplicação dos princípios desta exposição na prática, e uma ampla variedade de outros exemplos é possível. Portanto, o escopo desta exposição não está limitado a todos os detalhes do sistema 10 e do método descrito aqui e/ou exposto nos desenhos.

[0010] No exemplo da figura 1, um furo de poço 12 é perfurado pela rotação de uma broca de perfuração 14 em uma extremidade de uma coluna de perfuração 16. Um fluido de perfuração 18, comumente conhecido como lama, é circulado para baixo através da coluna de perfuração 16, para fora da broca de perfuração 14 e para cima através de um espaço anular 20 formado entre a coluna de perfuração e o furo de poço 12, de modo a se resfriar a broca de perfuração, lubrificar a coluna de perfuração, remover os cortes e prover uma medida de controle de pressão de fundo de poço. Uma válvula de retenção 21 (tipicamente uma válvula de retenção do tipo de palheta) impede um fluxo do fluido de perfuração 18 para cima através da coluna de perfuração 16 (por exemplo, quando conexões estão sendo feitas na coluna de perfuração).

[0011] Um controle da pressão de furo de poço é muito importante na perfuração com pressão gerenciada, e em outros tipos de operações de perfuração. Preferencialmente, a pressão de furo de poço é precisamente controlada para se evitar uma perda excessiva de fluido na formação de terreno que circunda o furo de poço 12, uma fraturação indesejada da formação, um fluxo de entrada indesejada de fluidos de formação no furo de poço, etc.

[0012] Em uma perfuração com pressão gerenciada típica, é desejado manter a pressão de furo de poço apenas ligeiramente maior do que uma poropressão da formação penetrada pelo furo de poço, sem exceder a uma pressão de fratura da formação. Esta técnica é especialmente útil em situações em que a margem entre a poropressão e a pressão de fratura é relativamente pequena.

[0013] Em uma perfuração subequilibrada típica, é desejado manter a pressão de furo de poço um pouco menor do que a poropressão, desse modo se obtendo um fluxo de entrada controlado de fluido a partir da formação. Em uma perfuração superequilibrada típica, é desejado manter a pressão de furo de poço um pouco maior do que a poropressão, desse modo se evitando (ou pelo menos mitigando) um fluxo de entrada de fluido a partir da formação.

[0014] Nitrogênio ou um outro gás ou um outro fluido de peso mais leve pode ser adicionado ao fluido de perfuração 18 para controle de pressão. Esta técnica é útil, por exemplo, em operações de perfuração subequilibrada.

[0015] No sistema 10, um controle adicional sobre a pressão de furo de poço é obtido pelo fechamento do espaço anular 20 (por exemplo, isolando-o de uma comunicação com a atmosfera e permitindo que o espaço anular seja pressurizado na ou perto da superfície) usando-se um dispositivo de controle rotativo (RCD) 22. O RCD 22 forma um selo em torno da coluna de perfuração 16 acima de uma cabeça de poço 24. Embora não mostrado na figura 1, a coluna de perfuração 16 se estenderia para cima através do RCD 22 para conexão, por exemplo, a uma mesa rotativa (não mostrada), uma linha de tubo bengala 26, uma kelly (não mostrada), um acionamento de topo e/ou um equipamento de perfuração convencional.

[0016] O fluido de perfuração 18 sai pela cabeça de poço 24 através de uma válvula lateral 28 em comunicação com o espaço anular 20 abaixo do RCD 22. O fluido 18 então flui através das linhas de retorno de lama 30, 73 para um manifold de estrangulamento 32, o qual inclui estrangulamentos redundantes 34 (dos quais apenas um poderia ser usado de cada vez). Uma contrapressão é aplicada ao espaço anular 20 pela restrição de forma variável de fluxo do fluido 18 através do(s) estrangulamento(s) operativo(s) 34.

[0017] Quanto maior a restrição ao fluxo através do estrangulamento 34, maior a contrapressão aplicada ao espaço anular 20. Assim, a pressão poço abaixo (por exemplo, a pressão no fundo do furo de poço 12, uma pressão em uma sapata de revestimento poço abaixo, uma pressão em uma formação ou zona em particular, etc.) pode ser convenientemente regulada pela variação da contrapressão aplicada ao espaço anular 20. Modelos de hidráulica podem ser usados, conforme descrito mais plenamente abaixo, para a determinação de uma pressão aplicada ao espaço anular 20 na ou perto da superfície, o que resultará em uma pressão poço abaixo desejada, de modo que um operador (ou um sistema de controle automatizado) possa prontamente determinar como regular a pressão aplicada ao espaço anular na ou perto da superfície (o que pode ser medido convenientemente), de modo a se obter a pressão poço abaixo desejada.

[0018] Uma pressão aplicada ao espaço anular 20 pode ser medida na ou perto da superfície através de uma variedade de sensores de pressão 36, 38, 40, cada um dos quais estando em comunicação com o espaço anular. O sensor de pressão 36 detecta uma pressão abaixo do RCD 22, mas acima de uma pilha de elemento de prevenção de erupção (BOP) 42. O sensor de pressão 38 detecta uma pressão na cabeça de poço abaixo da pilha de BOP 42. O sensor de pressão 40 detecta uma pressão nas linhas de retorno de lama 30, 73 a montante do manifold de estrangulamento 32.

[0019] Um outro sensor de pressão 44 detecta a pressão na linha de tubo bengala 26. Ainda um outro sensor de pressão 46 detecta a pressão a jusante do manifold de estrangulamento 32, mas a montante de um separador 48, uma peneira vibratória 50 e um poço de lama 52. Os sensores adicionais incluem sensores de temperatura 54, 56, um medidor de fluxo de Coriolis 58 e medidores de fluxo 62, 64, 66.

[0020] Nem todos estes sensores são necessários. Por exemplo, o sistema 10 poderia incluir apenas dois dos três medidores de fluxo 62, 64, 66. Contudo, uma entrada a partir de todos os sensores disponíveis pode ser útil para os modelos de hidráulica na determinação do que deve ser a pressão aplicada ao espaço anular 20, durante a operação de perfuração.

[0021] Outros tipos de sensor podem ser usados, se desejado. Por exemplo, não é necessário que o medidor de fluxo 58 seja um medidor de fluxo de Coriolis, uma vez que um medidor de fluxo de turbina, um medidor de fluxo acústico ou um outro tipo de medidor de fluxo poderia ser usado, ao invés disso.

[0022] Além disso, a coluna de perfuração 16 pode incluir seus próprios sensores 60, por exemplo, para se medir diretamente a pressão poço abaixo. Esses sensores 60 podem ser do tipo conhecido por aqueles versados na técnica como perfuração enquanto se mede a pressão (PWD), medição durante a perfuração (MWD) e/ou perfilagem durante a perfuração (LWD). Estes sistemas de sensor de coluna de perfuração geralmente proveem pelo menos a medição de pressão, e também podem prover uma medição de temperatura, uma detecção de características de coluna de perfuração (tais como vibração, peso sobre broca, aderência - deslizamento, etc.), características da formação (tais como resistividade, peso específico, etc.) e/ou outras medições. Várias formas de telemetria com fio ou sem fio (acústica, pulso de pressão, eletromagnética, etc.) podem ser usadas para a transmissão das medições de sensor poço abaixo até a superfície.

[0023] Os sensores adicionais poderiam ser incluídos no sistema 10, se desejado. Por exemplo, um outro medidor de fluxo 67 poderia ser usado para a medição da vazão do fluido 18 saindo da cabeça de poço 24, um outro medidor de fluxo de Coriolis (não mostrado) poderia ser interconectado diretamente a montante ou a jusante de uma bomba de lama de sonda 68, etc.

[0024] Menos sensores poderiam ser incluídos no sistema 10, se desejado. Por exemplo, a saída da bomba de lama de sonda 68 poderia ser determinada pela contagem de cursos de bomba, ao invés de pelo uso do medidor de fluxo 62 ou quaisquer outros medidores de fluxo.

[0025] Note que o separador 48 poderia ser um separador de 3 ou 4 fases, ou um separador de gás e lama (referido às vezes como um “desgaseificador improvisado”). Contudo, o separador 48 não é necessariamente usado no sistema 10.

[0026] O fluido de perfuração 18 é bombeado através da linha de tubo bengala 26 e para o interior da coluna de perfuração 16 pela bomba de lama de sonda 68. A bomba 68 recebe o fluido 18 a partir do poço de lama 52 e o flui através de um manifold de tubo bengala 70 para o tubo bengala 26. O fluido 18 então circula para baixo através da coluna de perfuração 16, para cima através do espaço anular 20, através das linhas de retorno de lama 30, 73, através do manifold de estrangulamento 32, e, então, via o separador 48 e a peneira vibratória 50 para o poço de lama 52 para condicionamento e recirculação.

[0027] Note que, no sistema 10, conforme descrito até agora acima, o estrangulamento 34 não pode ser usado para controle da contrapressão aplicada ao espaço anular 20 para controle da pressão poço abaixo, a menos que o fluido de perfuração 18 esteja fluindo através do estrangulamento. Em operações de perfuração superequilibradas convencionais, uma falta de fluxo de fluido 18 ocorrerá, por exemplo, sempre que uma conexão for feita na coluna de perfuração 16 (por exemplo, para se adicionar um outro comprimento de tubo de perfuração à coluna de perfuração, conforme o furo de poço 12 for perfurado mais profundamente), e a falta de circulação requererá que a pressão poço abaixo seja regulada unicamente pelo peso específico do fluido 18.

[0028] No sistema 10, contudo, um fluxo do fluido 18 através do estrangulamento 34 pode ser mantido, embora o fluido não circule através da coluna de perfuração 16 e do espaço anular 20, enquanto uma conexão está sendo feita na coluna de perfuração. Assim, a pressão ainda pode ser aplicada ao espaço anular 20 pela restrição de fluxo do fluido 18 através do estrangulamento 34, embora uma bomba de contrapressão em separado possa não ser usada.

[0029] Quando o fluido de perfuração 18 não está circulando através da coluna de perfuração 16 e do espaço anular 20 (por exemplo, quando uma conexão é feita na coluna de perfuração), o fluido é fluído a partir da bomba 68 para o manifold de estrangulamento 32 através da linha de by-pass 72, 75. Assim, o fluido 18 pode através da linha de tubo bengala 26, coluna de perfuração 16 e o espaço anular 20 e pode fluir diretamente da bomba 68 para a linha de retorno de lama 30, a qual permanece em comunicação com o espaço anular 20. Uma restrição deste fluxo pelo estrangulamento 34 desse modo fará com que uma pressão seja aplicada ao espaço anular 20 (por exemplo, em uma perfuração com pressão gerenciada típica).

[0030] Conforme descrito na figura 1, ambas a linha de by-pass 75 e a linha de retorno de lama 30 estão em comunicação com o espaço anular 20 através de uma linha única 73. Contudo, a linha de by-pass 75 e a linha de retorno de lama 30 poderiam ser conectadas separadamente, ao invés disso, à cabeça de poço 24, por exemplo, usando uma válvula lateral adicional (por exemplo, abaixo do RCD 22), em cujo caso cada uma das linhas 30, 75 estaria diretamente em comunicação com o espaço anular 20.

[0031] Embora isto pudesse requerer alguma tubulação adicional no local da sonda, o efeito da pressão de espaço anular seria essencialmente o mesmo que a conexão da linha de by-pass 75 e da linha de retorno de lama 30 à linha comum 73. Assim, deve ser apreciado que várias configurações diferentes dos componentes do sistema 10 podem ser usadas, e ainda permanece no escopo desta exposição.

[0032] Um fluxo do fluido 18 através da linha de by-pass 72, 75 é regulado por um estrangulamento ou outro tipo de dispositivo de controle de fluxo 74. A linha 72 está a montante do dispositivo de controle de fluxo de bypass 74, e a linha 75 está a jusante do dispositivo de controle de fluxo de by-pass.

[0033] Um fluxo do fluido 18 através da linha de tubo bengala 26 é substancialmente controlado por uma válvula ou outro tipo de dispositivo de controle de fluxo 76. Uma vez que a vazão do fluido 18 através de cada linha de tubo bengala e de by-pass 26, 72 é útil na determinação de como a pressão de furo de poço é afetada por estes fluxos, os medidores de fluxo 64, 66 são descritos na figura 1 como sendo interconectados nestas linhas.

[0034] Contudo, a vazão através da linha de tubo bengala 26 poderia ser determinada, mesmo se apenas os medidores de fluxo 62, 64 fossem usados, e a vazão através da linha de by-pass 72 poderia ser determinada, mesmo se os medidores de fluxo 62, 66 fossem usados. Assim, deve ser entendido que não é necessário que o sistema 10 inclua todos os sensores representados na figura 1 e descritos aqui, e o sistema ao invés disso poderia incluir sensores adicionais, combinações diferentes e/ou tipos de sensores, etc.

[0035] No exemplo da figura 1, um dispositivo de controle de fluxo de by-pass 78 e uma restrição de fluxo 80 podem ser usados para enchimento da linha de tubo bengala 26 e da coluna de perfuração 16 após uma conexão ser feita na coluna de perfuração, e para equalização da pressão entre a linha de tubo bengala e as linhas de retorno de lama 30, 73, antes da abertura do dispositivo de controle de fluxo 76. Caso contrário, uma abertura súbita do dispositivo de controle de fluxo 76 antes de a linha de tubo bengala 26 e a coluna de perfuração 16 serem preenchidas e pressurizadas com o fluido 18 poderia causar um transiente de pressão indesejável no espaço anular 20 (por exemplo, devido ao fluxo do manifold de estrangulamento 32 temporariamente ser pedido enquanto a linha de tubo bengala e a coluna de perfuração são preenchidas com fluido, etc.).

[0036] Pela abertura do dispositivo de controle de fluxo de by-pass de tubo bengala 78 após uma conexão ser feita, o fluido 18 tem permissão para preencher a linha de tubo bengala 26 e a coluna de perfuração 16, enquanto uma maioria substancial do fluido continua a fluir através da linha de by-pass 72, desse modo se permitindo uma aplicação controlada continuada de pressão ao espaço anular 20. Após a pressão na linha de tubo bengala 26 ter se equalizado com a pressão nas linhas de retorno de lama 30, 73 e na linha de by-pass 75, o dispositivo de controle de fluxo 76 pode ser aberto e, então, o dispositivo de controle de fluxo 74 pode ser fechado para lentamente desviar uma proporção maior do fluido 18 a partir da linha de by-pass 72 para a linha de tubo bengala 26.

[0037] Antes de uma conexão ser feita na coluna de perfuração 16, um processo similar pode ser realizado, exceto no inverso, para gradualmente desviar o fluxo do fluido 18 da linha de tubo bengala 26 para a linha de bypass 72 em uma preparação para a adição de mais tubo de perfuração à coluna de perfuração 16. Isto é, o dispositivo de controle de fluxo 74 pode ser gradualmente aberto para lentamente desviar uma proporção maior do fluido 18 a partir da linha de tubo bengala 26 para a linha de by-pass 72 e, então, o dispositivo de controle de fluxo 76 pode ser fechado.

[0038] Note que o dispositivo de controle de fluxo 78 e a restrição de fluxo 80 poderiam ser integradas em um único elemento (por exemplo, um dispositivo de controle de fluxo tendo uma restrição de fluxo ali), e os dispositivos de controle de fluxo 76, 78 poderiam ser integrados em um único dispositivo de controle de fluxo 81 (por exemplo, um único estrangulamento o qual pode gradualmente se abrir para preencher ligeiramente e pressurizar a linha de tubo bengala 26 e a coluna de perfuração 16, após uma conexão de tubo de perfuração ser feita, e, então, abrir plenamente para se permitir um fluxo máximo durante a perfuração).

[0039] Contudo, uma vez que as sondas de perfuração convencionais típicas são equipadas com o dispositivo de controle de fluxo 76 na forma de uma válvula no manifold de tubo bengala 70, e o uso da válvula de tubo bengala é incorporado em práticas de perfuração usuais, os dispositivos de controle de fluxo operáveis individualmente 76, 78 preservam o uso do dispositivo de controle de fluxo 76. Os dispositivos de controle de fluxo 76, 78 às vezes são referidos coletivamente abaixo, embora eles sejam o dispositivo de controle de fluxo único 81, mas deve ser entendido que o dispositivo de controle de fluxo 81 pode incluir os dispositivos de controle de fluxo individuais 76, 78.

[0040] Um outro exemplo é ilustrado de forma representativa na figura 2. Neste exemplo, o dispositivo de controle de fluxo 76 é conectado a montante do manifold de tubo bengala de sonda 70. Este arranjo tem certos benefícios, tais como nenhuma modificação ser necessária ao manifold de tubo bengala de sonda 70 ou a linha entre o manifold e a kelly, a válvula de sangria de tubo bengala de sonda 82 poder ser usada para ventilação do tubo bengala 26 como em operações normais de perfuração (nenhuma necessidade de mudança de procedimento pela equipe da sonda), etc.

[0041] O dispositivo de controle de fluxo 76 pode ser interconectado entre a bomba de sonda 68 e o manifold de tubo bengala 70 usando, por exemplo, conectores de engate rápido 84 (tais como uniões de martelo, etc.). Isto permitirá que o dispositivo de controle de fluxo 76 seja convenientemente adaptado para interconexão em várias linhas de bomba de sondas.

[0042] Um dispositivo de controle de fluxo especialmente adaptado plenamente automatizado 76 (por exemplo, controlado automaticamente pelo controlador 96 descrito na figura 3) pode ser usado para controle do fluxo através da linha de tubo bengala 26, ao invés de se usar a válvula de tubo bengala convencional em um manifold de tubo bengala de sonda 70. O dispositivo de controle de fluxo inteiro 81 pode ser personalizado para uso como descrito aqui (por exemplo, para controle do fluxo através da linha de tubo bengala 26 em conjunto com um desvio de fluido 18 entre a linha de tubo bengala e a linha de by-pass 72 para se controlar desse modo a pressão no espaço anular 20, etc.), ao invés de para fins convencionais de perfuração.

[0043] No exemplo da figura 2, uma válvula controlável remotamente ou outro dispositivo de controle de fluxo 160 é opcionalmente usado para desviar o fluxo do fluido 18 a partir da linha de tubo bengala 26 para a linha de retorno de lama 30 a jusante do manifold de estrangulamento 32, de modo a se transmitirem sinais, dados, comandos, etc., para ferramentas de poço abaixo (tal como o conjunto de fundo de poço da figura 1 incluindo motores de lama, dispositivos de deflexão, controles de direção, etc.). O dispositivo 160 é controlado por um controlador de telemetria 162, o qual pode codificar uma informação como uma sequência de desvios de fluxo detectáveis pelas ferramentas de poço abaixo (por exemplo, uma certa diminuição no fluxo através de uma ferramenta de poço abaixo resultará de um desvio correspondente de fluxo pelo dispositivo 160 a partir da linha de tubo bengala 26 para a linha de retorno de lama 30).

[0044] Um controlador de telemetria adequado e um dispositivo de controle de fluxo operável remotamente adequado são providos no sistema GEO-SPAN™ comercializado pela Halliburton Energy Services, Inc.. O controlador de telemetria 162 pode ser conectado ao sistema INSITE™ ou outra interface de aquisição e controle 94 no sistema de controle 90. Contudo, outros tipos de controladores de telemetria e dispositivos de controle de fluxo podem ser usados e se mantendo no escopo desta exposição.

[0045] Note que cada um dos dispositivos de controle de fluxo 74, 76, 78 e dos estrangulamentos 34 preferencialmente é controlável de forma remota e automática para manutenção de uma pressão poço abaixo desejada pela manutenção de uma pressão de espaço anular desejada na ou perto da superfície. Contudo, quaisquer um ou mais destes dispositivos de controle de fluxo 74, 76, 78 e dos estrangulamentos 34 poderiam ser controlados manualmente, e se mantendo no escopo desta exposição.

[0046] Um sistema de controle de pressão e fluxo 90, o qual pode ser usado em conjunto com o sistema 10 e métodos associados das figuras 1 e 2, é ilustrado de forma representativa na figura 3. O sistema de controle 90 de preferência é plenamente automatizado, embora alguma intervenção humana possa ser usada, por exemplo, para salvaguarda contra uma operação imprópria, iniciar certas rotinas, atualizar parâmetros, etc.

[0047] O sistema de controle 90 inclui um modelo de hidráulica 92, uma interface de aquisição e controle de dados 94 e um controlador 96 (tal como um controlador lógico programável ou PLC, um computador programado adequadamente, etc.). Embora estes elementos 92, 94, 96 sejam descritos separadamente na figura 3, qualquer um ou todos eles poderiam ser combinados em um elemento único, ou as funções dos elementos poderiam ser separadas em elementos adicionais, outros elementos adicionais e/ou funções poderiam ser providos, etc.

[0048] O modelo de hidráulica 92 é usado no sistema de controle 90 para a determinação de uma pressão de espaço anular desejada na ou perto da superfície para a obtenção de uma pressão poço abaixo desejada. Os dados, tais como geometria de poço, propriedades de fluido e informação de poço com desvio (tais como um gradiente geotérmico e um gradiente de poropressão, etc.), são utilizados pelo modelo de hidráulica 92 na feitura desta determinação, bem como dados de sensor em tempo real adquiridos pela interface de aquisição e controle de dados 94.

[0049] Assim, há uma transferência de duas vias contínua de dados e uma informação entre o modelo de hidráulica 92 e a interface de aquisição e controle de dados 94. É importante apreciar que a interface de aquisição e controle de dados 94 opera para manter um fluxo substancialmente contínuo de dados em tempo real a partir dos sensores 44, 54, 66, 64, 60, 58, 46, 36, 38, 40, 56, 67 para o modelo de hidráulica 92, de modo que o modelo de hidráulica tenha a informação que ele precisa para adaptação a circunstâncias mudando e para atualização da pressão de espaço anular desejada, e o modelo de hidráulica opera para suprir à interface de aquisição e controle de dados de forma substancialmente contínua um valor para a pressão de espaço anular desejada.

[0050] Um modelo de hidráulica adequado para uso como o modelo de hidráulica 92 no sistema de controle 90 é o REAL TIME HYDRAULICS™ ou o GB SETPOINT™ comercializado pela Halliburton Energy Services, Inc. de Houston, Texas, EUA. Um outro modelo de hidráulica adequado é provido sob a marca registrada IRIS™, e ainda um outro está disponível a partir da SINTEF de Trondheim, Noruega. Qualquer modelo de hidráulica adequado pode ser usado no sistema de controle 90 e se mantendo nos princípios desta exposição.

[0051] Uma interface de aquisição e controle de dados adequada para uso como a interface de aquisição e controle de dados 94 no sistema de controle 90 são SENTRY™ e INSITE™ comercializados pela Halliburton Energy Services, Inc.. Qualquer interface de aquisição e controle de dados adequada pode ser usada no sistema de controle 90 e se mantendo nos princípios desta exposição.

[0052] O controlador 96 opera para manter uma pressão de espaço anular de ponto de regulagem desejada pelo controle da operação do estrangulamento de retorno de lama 34 e outros dispositivos. Por exemplo, o controlador 96 também pode ser usado para controle da operação dos dispositivos de controle de fluxo de tubo bengala 76, 78 e pelo dispositivo de controle de fluxo de by-pass 74. O controlador 96 assim pode ser usado para automatização dos processos de desvio de fluxo do fluido 18 da linha de tubo bengala 26 para a linha de by-pass 72, antes da feitura de uma conexão na coluna de perfuração 16, então, desviando-se o fluxo da linha de by-pass para a linha de tubo bengala, após a conexão ser feita, e, então, retomando-se uma circulação normal do fluido 18 para a perfuração. De novo, nenhuma intervenção humana pode ser requerida nestes processos automatizados, embora uma intervenção humana possa ser usada, se desejado, por exemplo, para iniciação de cada processo por sua vez, para operação manualmente de um componente do sistema, etc.

[0053] As técnicas de validação e predição de dados podem ser usadas no sistema 90 para proteção contra dados errôneos sendo usados, para garantir que os valores determinados estejam em linha com os valores preditos, etc. As técnicas adequadas de validação e predição de dados são descritas no Pedido Internacional N° PCT/US11/59743, embora outras técnicas possam ser usadas, se desejado.

[0054] No passado, quando uma pressão de espaço anular desejada atualizada foi transmitida a partir da interface de aquisição e controle de dados 94 para o controlador 96, o controlador usou a pressão de espaço anular desejada como um ponto de regulagem e controlou a operação do estrangulamento 34 de uma maneira (por exemplo, aumentando-se ou diminuindo-se a resistência a fluxo através do estrangulamento, conforme necessário) para manutenção da pressão de ponto de regulagem no espaço anular 20. O estrangulamento 34 foi fechado mais para aumento da resistência ao fluxo, ou aberto mais para diminuição da resistência ao fluxo.

[0055] A manutenção da pressão de ponto de regulagem foi realizada pela comparação da pressão de ponto de regulagem com uma pressão de espaço anular medida (tal como a pressão detectada por qualquer um dos sensores 36, 38, 40), e diminuindo-se a resistência ao fluxo através do estrangulamento 34, se a pressão medida for maior do que a pressão de ponto de regulagem, e aumentando-se a resistência a fluxo através do estrangulamento, se a pressão medida for menor do que a pressão de ponto de regulagem. Infelizmente, o ajuste do estrangulamento foi tipicamente determinado por um controlador proporcional integral derivativo (PID) e, assim, dependendo dos coeficientes introduzidos no controlador PID, o estrangulamento poderia facilmente ser ajustado além ou aquém, ou poderia levar um tempo longo para progredir através de vários incrementos necessários para se posicionar finalmente o estrangulamento onde ele deve ser posicionado para se manter a pressão de espaço anular desejada.

[0056] Contudo, em um exemplo de um método descrito mais plenamente abaixo, o estrangulamento 34 pode ser posicionado onde ele deve ser posicionado para se manter a pressão de espaço anular desejada, sem incrementos ou com incrementos mínimos, sem um ajuste além ou aquém, e sem uma necessidade de um controlador PID. Obviamente, em outros exemplos, os incrementos podem ser usados, um ajuste além ou aquém pode ocorrer, e um controlador de PID pode ser usado.

[0057] Com referência, adicionalmente, agora, à figura 4, um exemplo de uma curva de Cv 98 para o estrangulamento 34 é ilustrado de forma representativa. Cv é um coeficiente de válvula adimensional o qual se refere a uma pressão diferencial através de um estrangulamento para o fluxo de um fluido através do estrangulamento. Cv é dado pela equação a seguir: Cv = 11,7 q (SG/dp)1/2 (1) em que q é uma vazão em metros cúbicos por hora, SG é o peso específico do fluido, e dp é uma pressão diferencial através do estrangulamento em kPa.

[0058] A curva de Cv 98 da figura 4 relaciona o estrangulamento 34 a sua posição (expressa no gráfico como o percentual de abertura plena). Note que a curva de Cv 98 é para o estrangulamento 34 em particular, e todo estrangulamento terá uma curva Cv diferente, dependendo das características do estrangulamento (tamanho, compasso, etc.).

[0059] No sistema 10 descrito acima, o peso específico SG do fluido 18 é conhecido (por exemplo, a partir de uma perfilagem de lama), e a vazão q e a pressão diferencial do através do estrangulamento 34 são prontamente medidas, por exemplo, usando-se os sensores 40, 46, 58, 67. Assim, em qualquer ponto durante a operação de perfuração, um Cv do estrangulamento 34 pode ser determinado e, conhecendo-se a posição do estrangulamento, a curva de Cv 98 pode ser calibrada, atualizada, etc. com esta informação.

[0060] Desta maneira, a curva de Cv 98 para o estrangulamento 34 pode ser calibrada de forma contínua ou periódica, de modo que uma curva de Cv atualizada esteja sempre disponível para a determinação de uma posição do estrangulamento, o que produzirá uma pressão desejada no espaço anular 20 a montante do estrangulamento. Esta determinação pode ser feita quando é indicado que a pressão de espaço anular medida não seja a mesma que (ou, de forma aceitável, próxima da) a pressão de espaço anular desejada.

[0061] Com referência, adicionalmente, agora, à figura 5, um exemplo de um método 100 de controle de pressão de furo de poço durante uma operação de perfuração é ilustrado de forma representativo em forma de fluxograma. O método 100 pode ser usado com o sistema de perfuração de poço 10 descrito acima, ou o método poderia ser usado com qualquer outro sistema.

[0062] Na etapa 102, uma pressão desejada é determinada. Usando-se o sistema de controle 90 descrito acima, o modelo de hidráulica 92 faz a determinação da pressão desejada, com base pelo menos em parte nos dados supridos pela interface de aquisição e controle de dados 94. A pressão desejada pode ser uma pressão de espaço anular desejada na ou perto da superfície, ou poderia ser uma pressão em uma outra localização no furo de poço 12 (tal como em uma sapata de revestimento, em um fundo do furo de poço, em uma zona sensível, etc.).

[0063] Em uma etapa 104, a pressão real é medida. A medição pode ser feita por qualquer um dos sensores de pressão 36, 38, 40, 60 descritos acima, ou por quaisquer outros sensores de pressão. Se uma pressão de espaço anular for determinada na etapa 102, então, pelo menos uma medição de pressão de espaço anular real será feita na etapa 104.

[0064] Na etapa 106, as pressões desejada e medida são comparadas, e um ajuste no estrangulamento 34 é indicado, se houver uma diferença significativa entre as pressões desejada e medida (por exemplo, acima de um nível de limite predeterminado). Esta comparação pode ser feita, por exemplo, pelo modelo de hidráulica 92 ou pela interface de aquisição e controle de dados 94.

[0065] Na etapa 108, uma posição desejada de estrangulamento 34 é determinada. A equação 1 pode ser usada para o calculo de um Cv desejado do estrangulamento 34 para uma pressão diferencial desejada dp através do estrangulamento, da vazão q e do peso específico de fluido 18 SG. A curva de Cv 98 para o estrangulamento 34 pode ser consultada, então, para a posição de estrangulamento 34 a qual corresponde ao Cv desejado. Para esta finalidade, a curva de Cv 98 poderia estar disponível para o modelo de hidráulica 92 e/ou a interface de aquisição e controle de dados 94 como uma equação de ajuste de curva, como uma tabela de consulta, ou em qualquer outra forma.

[0066] Na etapa 110, o estrangulamento 34 é ajustado para a posição a qual corresponde ao Cv desejado. Por exemplo, o estrangulamento 34 pode ser ajustado para uma certa percentagem de abertura plena, para uma posição específica de um componente de eu (tal como uma haste, um componente de compasso, etc.), ou de outra forma para uma posição a qual corresponde ao Cv que produzirá uma contrapressão desejada na linha de retorno de lama 30 e, assim, no furo de poço 12.

[0067] Os limites podem ser impostos no ajuste de estrangulamento 34 na etapa 110. Por exemplo, a quantidade de ajuste pode ser limitada (por exemplo, não mais do que 5% de uma vez), para se evitarem mudanças súbitas de pressão e fluxo que poderiam promover uma instabilidade, a faixa de ajuste pode ser limitada a uma faixa de operação útil do estrangulamento 34, etc.

[0068] No sistema de controle 90, a interface de aquisição e controle de dados 94 transmite para o controlador 96 uma posição desejada do estrangulamento 34, e o controlador opera o estrangulamento conforme apropriado (por exemplo, deslocando-se um componente de compasso do estrangulamento, etc.). Assim, o estrangulamento 34 é ajustado para uma posição predeterminada em particular, com base em um Cv desejado do estrangulamento para a produção de uma contrapressão desejada na linha de retorno de lama 30.

[0069] A etapa 112 é incluída para enfatizar que, preferencialmente, a curva de Cv 98 é calibrada no método 100. Esta calibração pode ser realizada em qualquer frequência, mas preferencialmente é formada com frequência suficiente para contabilizar o desgaste de compasso de estrangulamento 34, mudanças na densidade de fluido 18, mudanças de vazão, mudanças de tipo ou fase de fluido, etc. Preferencialmente, quando a posição desejada de estrangulamento 34 é determinada na etapa 108, uma curva de Cv calibrada 98 está disponível para a determinação.

[0070] Agora, pode ser plenamente apreciado que a exposição acima provê avanços significativos para a técnica de controle de pressão em operações de perfuração. O método 100 pode ser usado para posicionamento do estrangulamento 34, conforme necessário, para manter uma pressão de furo de poço desejada. Em um exemplo descrito acima, o estrangulamento 34 pode ser posicionado diretamente na posição a qual produzirá a pressão de furo de poço desejada, sem a feitura de ajustes em incrementos, e sem um ajuste além ou aquém.

[0071] Um método 100 de controle de pressão em um furo de poço 12 é descrito acima. Em um exemplo, o método 100 compreende: a determinação de uma posição desejada para um estrangulamento 34, a determinação sendo com base em uma curva de Cv 98 para o estrangulamento 34, e o ajuste do estrangulamento 34 para a posição desejada, desse modo se produzindo uma contrapressão desejada no furo de poço 12.

[0072] A curva de Cv 98 relaciona um Cv do estrangulamento 34 a uma posição de estrangulamento.

[0073] A etapa de determinação pode ser realizada em resposta a haver uma diferença entre uma pressão de furo de poço real e uma pressão de furo de poço desejada. A pressão de furo de poço pode ser uma pressão em um espaço anular 20 na ou perto da superfície do terreno, ou uma pressão em uma localização em particular no furo de poço 12.

[0074] A etapa de ajuste pode ser realizada automaticamente em resposta a haver um nível predeterminado de diferença entre a pressão de furo de poço real e uma pressão de furo de poço desejada.

[0075] O método 100 também pode incluir a calibração da curva de Cv 98. A calibração pode ser realizada durante uma operação de perfuração, com as medidas de sensor de vazão e pressão e/ou periodicamente.

[0076] A etapa de determinação pode compreender a determinação da contrapressão desejada, o cálculo de um Cv desejado correspondente à contrapressão desejada, e a determinação da posição desejada a qual corresponde ao Cv desejado.

[0077] O ajuste do estrangulamento 34 pode incluir a transmissão para um controlador lógico programável 96 de uma indicação da posição desejada do estrangulamento 34.

[0078] Também é descrito acima um sistema 10 para a perfuração de um furo de poço 12. Em um exemplo, o sistema 10 pode incluir um estrangulamento 34, o qual restringe de forma variável o fluxo de fluido 18 a partir do furo de poço (12), e um sistema de controle 90 o qual compara uma pressão de furo de poço real com uma pressão de furo de poço desejada, e, em resposta a uma diferença entre as pressões de furo de poço real e desejada, ajusta o estrangulamento 34 para uma posição predeterminada, a qual corresponde a um Cv desejado do estrangulamento 34.

[0079] Um outro método de controle de pressão em um furo de poço 12 é descrito acima. O método pode incluir uma comparação de uma pressão de furo de poço real com uma pressão de furo de poço desejada, e, em resposta a uma diferença entre as pressões de furo de poço real e desejada, o ajuste de um estrangulamento 34 para uma posição predeterminada, a posição predeterminada correspondente a um Cv desejado do estrangulamento 34. A posição predeterminada pode estar relacionada ao Cv desejado do estrangulamento 34 por uma curva de Cv 98.

[0080] Embora vários exemplos tenham sido descritos acima, com cada exemplo tendo certos recursos, deve ser entendido que não é necessário que um recurso em particular de um exemplo seja usado exclusivamente com aquele exemplo. Ao invés disso, qualquer um dos recursos descritos acima e/ou representados nos desenhos pode ser combinado com qualquer um dos exemplos, além de ou em substituição para qualquer um dos outros recursos daqueles exemplos. Os recursos de um exemplo não são mutuamente exclusivos quanto aos recursos de um outro exemplo. Ao invés disso, o escopo desta exposição envolve qualquer combinação de qualquer um dos recursos.

[0081] Embora cada exemplo descrito acima inclua uma certa combinação de recursos, deve ser entendido que não é necessário que todos os recursos de um exemplo sejam usados. Ao invés disso, qualquer um dos recursos descritos acima pode ser usado, sem qualquer outro recurso em particular ou recursos também serem usados.

[0082] Deve ser entendido que as várias modalidades descritas aqui podem ser utilizadas em várias orientações, tais como inclinadas, invertidas, horizontais, verticais, etc., e em várias configurações, sem que se desvie dos princípios desta exposição. As modalidades são descritas meramente como exemplos de aplicações úteis dos princípios da exposição, o que não é limitado para quaisquer detalhes específicos destas modalidades.

[0083] Na descrição acima dos exemplos representativos, termos direcionais (tais como “acima”, “abaixo”, “superior”, “inferior”, etc.) são usados por conveniência com referência aos desenhos associados. Contudo, deve ser claramente entendido que o escopo desta exposição não está limitado a quaisquer direções em particular descritas aqui.

[0084] Os termos “incluindo”, “inclui”, “compreendendo”, “compreende” e termos similares são usados em um sentido não limitante neste relatório descritivo. Por exemplo, se um sistema, método, aparelho, dispositivo, etc. forem descritos como “incluindo” um certo recurso ou elemento, o sistema, método, aparelho, dispositivo, etc. poderá incluir aquele recurso ou elemento, e também poderá incluir outros recursos ou elementos. De modo similar, o termo “compreende” é considerado para significar “compreende, mas não está limitado a”.

[0085] Obviamente, uma pessoa versada na técnica, mediante uma consideração cuidadosa da descrição acima de modalidades representativas da exposição, prontamente apreciará que muitas modificações, adições, substituições, apagamentos e outras mudanças podem ser feitas nas modalidades específicas, e essas mudanças são contempladas pelos princípios desta exposição. Por exemplo, as estruturas expostas como sendo formadas separadamente podem ser integralmente formadas e vice-versa, em outros exemplos. Assim sendo, a descrição detalhada precedente é para ser claramente entendida como sendo dada a título de ilustração e exemplo apenas, o espírito e o escopo da invenção sendo limitado unicamente pelas reivindicações em apenso e seus equivalentes.

Claims

1. Método de controle de pressão em um furo de poço (12), o método caracterizado pelo fato de compreender: a determinação (108) de uma posição desejada para um estrangulamento (34), a determinação sendo com base em uma curva de coeficiente de válvula (Cv) (98) para o estrangulamento (34); o ajuste (110) do estrangulamento (34) para a posição desejada, desse modo se produzindo uma contrapressão desejada no furo de poço (12); e a calibração (112) de uma segunda curva de Cv (98) do estrangulamento (34) com base em mudanças em uma condição de fluido através do estrangulamento (34), mudanças no estrangulamento (34) ou qualquer combinação das mesmas.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a curva de Cv (98) relacionar um Cv do estrangulamento (34) com uma posição de estrangulamento (34).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a determinação (108) ser realizada em resposta a haver uma diferença entre uma pressão de furo de poço real e uma pressão de furo de poço desejada.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o ajuste (110) ser realizado automaticamente em resposta a haver um nível predeterminado de diferença entre uma pressão de furo de poço real e uma pressão de furo de poço desejada.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender a calibração (112) da curva de Cv (98).

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a calibração (112) ser realizada durante uma operação de perfuração.

7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a calibração (112) ser realizada com medidas de sensor de vazão e pressão.

8. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a calibração (112) ser realizada periodicamente.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a determinação (108) ainda compreender a determinação da contrapressão desejada, o cálculo de um Cv desejado correspondente à contrapressão desejada, e a determinação da posição desejada a qual corresponde ao Cv desejado.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o ajuste (110) do estrangulamento (34) ainda compreender a transmissão para um controlador lógico programável (96) de uma indicação da posição desejada do estrangulamento (34).

11. Sistema para a perfuração de um furo de poço (12), o sistema caracterizado pelo fato de compreender: um estrangulamento (34) o qual restringe de forma variável o fluxo de fluido a partir do furo de poço (12); e um sistema de controle (90) o qual compara uma pressão de furo de poço (12) real com uma pressão de furo de poço (12) desejada e, em resposta a uma diferença entre as pressões de furo de poço (12) real e desejada, ajusta o estrangulamento (34) para uma posição predeterminada, a qual corresponde a um coeficiente de válvula (Cv) desejado do estrangulamento (34), em que a posição predeterminada é relacionada ao Cv desejado por meio de uma curva de Cv (98) para o estrangulamento (34), e o sistema de controle (90) calibra a curva de Cv (98) e uma segunda curva de Cv (98) com base na mudança das condições dentro do furo de poço (12).

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a curva de Cv (98) ser calibrada durante uma operação de perfuração.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a curva de Cv (98) ser calibrada com medidas de sensor de vazão e pressão.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a curva de Cv (98) ser calibrada periodicamente.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de uma indicação da posição predeterminada do estrangulamento (34) ser transmitida para um controlador lógico programável (96) do sistema de controle (90).

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o sistema de controle (90) automaticamente ajustar o estrangulamento (34) em resposta a haver ali um nível predeterminado da diferença entre a pressão de furo de poço (12) real e a pressão de furo de poço (12) desejada.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a posição predeterminada do estrangulamento (34) produzir uma contrapressão desejada em uma linha conectada ao furo de poço (12).