BR112016004027B1 - Sistema para determinar uma orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço, e, método para orientar uma coluna de revestimento em um furo de poço - Google Patents

Abstract

sistema para determinar uma orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço, e, método para orientar uma coluna de revestimento em um furo de poço. um sistema para determinar a orientação de uma coluna de revestimento num furo de poço. o sistema inclui uma ferramenta de fundo de poço disposta interiormente a coluna de revestimento numa orientação conhecida em relação a pelo menos uma característica da coluna de revestimento. um módulo de sensor é operavelmente associado com a ferramenta de fundo de poço e é configurado para obter dados relacionados à orientação da coluna de revestimento. um módulo de comunicação é operavelmente associado com o módulo de sensor. o módulo de comunicação é configurado para transmitir informação para uma localização de superfície, em que a informação correspondente aos dados obtidos pelo módulo de sensor em relação à orientação da coluna de revestimento.

Description

CAMPO TÉCNICO DA DIVULGAÇÃO

[001] Esta invenção se refere, em geral, a equipamento utilizado em conjunto com operações executadas em relação a poços subterrâneos e, em particular, a um conjunto de tampão de borracha para cimentação perfurável tendo componentes inteligentes operáveis para determinar a orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço.

FUNDAMENTOS

[002] Sem limitar o escopo da presente divulgação, seus fundamentos serão descritos em relação à formação de uma janela em uma coluna de perfuração para um poço multilateral, como um exemplo.

[003] Em poços multilaterais, é prática comum perfurar um ramal ou furo de poço lateral se estendendo para fora de uma interseção com um poço principal ou parental. Tipicamente, uma vez que a coluna de revestimento de furo de poço parental foi completada, um whipstock é posicionado na coluna de revestimento do furo de poço parental na interseção desejada e, então, uma fresa rotativa é defletida lateralmente para fora do whipstock para formar uma janela através da parede lateral do revestimento do furo de poço parental.

[004] Quando a janela no revestimento é criada, o furo de poço lateral pode ser perfurado. Em certos furos de poços laterais, quando a operação de perfuração foi completada, uma coluna de revestimento de furo de poço lateral é instalada no ramal lateral. O revestimento do ramal lateral pode ser conseguido com a instalação de uma coluna de liner que é suportada no furo de poço parental e se estende por uma distância desejada para o furo de poço lateral. Uma vez que a coluna de revestimento de furo de poço lateral é instalada e o furo de poço lateral foi completado, pode ser desejável restabelecer o acesso ao furo de poço principal. Em tais casos, uma fresa rotativa pode ser usada para formar uma janela de acesso através da parede lateral do revestimento de furo de poço lateral.

[005] Em certas instalações multilaterais, pode ser desejável perfurar o furo de poço lateral numa direção predeterminada a partir do furo de poço parental, tal como para fora do lado alto do furo de poço parental. Em tais instalações, é necessário formar a janela numa orientação circunferencial predeterminada em relação ao revestimento de furo de poço parental. A fim de posicionar adequadamente e orientar rotativamente o whipstock de modo que a janela seja fresada na direção desejada, um conjunto de trinco associado com o whipstock pode ser ancorado e orientado rotativamente dentro de um acoplamento de trinco interligado na coluna de revestimento de furo de poço parental. O conjunto de trinco inclui tipicamente uma pluralidade de chavetas de trinco operadas por mola, cada uma tendo um perfil de ancoragem e orientação que é recebido num perfil de trinco formado internamente dentro do acoplamento de trinco. Desta maneira, quando as chavetas de trinco do conjunto de trinco estão operativamente engatadas com o perfil de trinco do acoplamento de trinco, o conjunto de trinco e o equipamento associado com o mesmo são ancorados axialmente e circunferencialmente orientados na direção desejada dentro da coluna de revestimento de furo de poço parental. De modo importante, para obter a orientação adequada do conjunto de trinco, o acoplamento de trinco da coluna de revestimento de furo de poço parental deve primeiro ser posicionada na orientação desejada. Uma forma de orientar o acoplamento de trinco é girar a coluna de revestimento do furo de poço parental com uma coluna de perfuração utilizando dados de medição durante a perfuração. Verificou-se, no entanto, que a orientação rotacional da coluna de revestimento do furo de poço parental desta maneira pode ser imprecisa e demorada. Por conseguinte, surgiu uma necessidade de sistemas e métodos melhorados para orientar a coluna de revestimento do furo de poço parental em um furo de poço.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[006] Para uma compreensão mais completa das características e vantagens da presente divulgação, é agora feita referência à descrição detalhada juntamente com as figuras em anexo nas quais numerais correspondentes nas diferentes figuras se referem a partes correspondentes e nas quais: A Figura 1 é uma ilustração esquemática de uma plataforma de óleo e gás offshore instalando uma coluna de revestimento num furo de poço subterrâneo de acordo com uma modalidade da presente divulgação; As Figuras 2A-2B são vistas em seção transversal de um sistema para determinar uma orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço de acordo com uma modalidade da presente divulgação durante um procedimento de orientação de coluna de revestimento; As Figuras 3A-3B são vistas em seção transversal de um sistema para determinar uma orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço de acordo com uma modalidade da presente divulgação durante um procedimento de suspensão de liner; As Figuras 4A-4B são vistas em seção transversal de um sistema para determinar uma orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço de acordo com uma modalidade da presente divulgação antes de um procedimento de cimentação; As Figuras 5A-5B são vistas em seção transversal de um sistema para determinar uma orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço de acordo com uma modalidade da presente divulgação durante um procedimento de cimentação; As Figuras 6A-6B são vistas em seção transversal de um sistema para determinar uma orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço de acordo com uma modalidade da presente divulgação durante um procedimento de liberação; As Figuras 7A-7C são várias vistas de um tampão de borracha para cimentação para uso em um sistema para determinar uma orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço de acordo com uma modalidade da presente divulgação; As Figuras 8A-8C são vistas em seção transversal de um tampão de borracha para cimentação para uso em um sistema para determinar uma orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço de acordo com uma modalidade da presente divulgação enviando comunicações de pulso de pressão; A Figura 9A é um diagrama de um subconjunto de eletrônicos e comunicação para uso em um sistema para determinar uma orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço de acordo com uma modalidade da presente divulgação; A Figura 9B é um diagrama de um módulo de sensor para uso em um sistema para determinar uma orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço de acordo com uma modalidade da presente divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[007] Embora vários sistemas, métodos e outras modalidades sejam discutidas em detalhes abaixo, deve ser apreciado que a presente divulgação proporciona muitos conceitos inventivos aplicáveis que podem ser incorporados numa ampla variedade de contextos específicos. As modalidades específicas aqui discutidas são meramente ilustrativas e não delimitam o escopo da presente divulgação.

[008] Num primeiro aspecto, a presente divulgação é dirigida a um sistema para determinar a orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço. O sistema inclui uma ferramenta de fundo de poço disposta interiormente a coluna de revestimento numa orientação conhecida em relação a pelo menos uma característica da coluna de revestimento. Um módulo de sensor é operavelmente associado com a ferramenta de fundo de poço e é configurado para obter dados relacionados à orientação da coluna de revestimento. Um módulo de comunicação é operavelmente associado com o módulo de sensor. O módulo de comunicação é configurado para transmitir informação para uma localização de superfície, em que a informação correspondente aos dados obtidos pelo módulo de sensor em relação à orientação da coluna de revestimento.

[009] Numa primeira modalidade, a ferramenta de fundo de poço pode ser um tampão de borracha para cimentação que é posicionado numa orientação conhecida dentro de um acoplamento de trinco interligado na coluna de revestimento. Nesta modalidade, uma junta de janela pode ser interligada na coluna de revestimento numa orientação conhecida em relação ao acoplamento de trinco. Numa segunda modalidade, o módulo de sensor pode incluir um ou mais de um acelerômetro, que pode ser um acelerômetro de três eixos, um giroscópio, que pode ser um giroscópio de três eixos e um magnetômetro, que pode ser um magnetômetro de três eixos. Numa terceira modalidade, um microcontrolador pode ser associado operavelmente com o módulo de sensor e o módulo de comunicação. Numa quarta modalidade, uma fonte de energia pode ser operavelmente associada com o módulo de sensor e o módulo de comunicação. Em uma quinta modalidade, o módulo de comunicação pode ser um pulsador configurado para transmitir pulsos de pressão para a localização na superfície.

[0010] Num segundo aspecto, a presente divulgação é dirigida a um sistema para determinar uma orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço. O sistema inclui um acoplamento de trinco interligado na coluna de revestimento. Um tampão de borracha para cimentação é recebido dentro do acoplamento de trinco numa orientação conhecida. Um módulo de sensor é disposto dentro do tampão de borracha para cimentação. O módulo de sensor inclui pelo menos um de um acelerômetro, um giroscópio e um magnetômetro configurados para obter dados relativos à orientação da coluna de revestimento. Um módulo de comunicação é operavelmente associado com o módulo de sensor. O módulo de comunicação é configurado para transmitir informação para uma localização de superfície, em que a informação correspondente aos dados obtidos pelo módulo de sensor em relação à orientação da coluna de revestimento. Um microcontrolador é associado operavelmente com o módulo de sensor e o módulo de comunicação. Uma fonte de energia é operavelmente associada com o módulo de sensor, o módulo de comunicação e o microcontrolador.

[0011] Numa sexta modalidade, o tampão de borracha para cimentação pode engatar de modo vedado a coluna de revestimento e furo acima e furo abaixo do acoplamento de trinco. Numa sétima modalidade, o tampão de borracha para cimentação pode engatar de modo removível no acoplamento de trinco. Numa oitava modalidade, o tampão de borracha para cimentação pode ser um tampão de borracha para cimentação perfurável.

[0012] Num terceiro aspecto, a presente divulgação é dirigida a um método para orientar uma coluna de revestimento em um furo de poço. O método inclui dispor uma ferramenta de fundo de poço interiormente à coluna de revestimento numa orientação conhecida em relação a pelo menos uma característica da coluna de revestimento; obter dados relativos à orientação da coluna de revestimento com um módulo de sensor associado operavelmente à ferramenta de fundo de poço; transmitir a informação de orientação correspondente aos dados obtidos pelo módulo de sensor para um local de superfície com um módulo de comunicação operavelmente associado com o módulo de sensor; e orientar a coluna de revestimento para uma orientação desejada dentro do furo de poço com base na informação de orientação recebida no local de superfície.

[0013] O método também pode incluir dispor a ferramenta de fundo de poço interiormente à coluna de revestimento na orientação conhecida em relação a pelo menos uma característica da coluna de revestimento antes de passar a coluna de revestimento para o furo de poço; posicionar um tampão de borracha de cimentação numa orientação conhecida dentro de um acoplamento de trinco interligado na coluna de revestimento; engatar de modo vedado a coluna de revestimento furo acima e furo abaixo do acoplamento de trinco com o tampão de borracha para cimentação; obter dados de orientação com pelo menos um de um acelerômetro, um giroscópio e um magnetômetro; transmitir pulsos de pressão para o local de superfície para comunicar informação de orientação e/ou remover destrutivamente a ferramenta de fundo de poço da coluna de revestimento após orientar a coluna de revestimento para a orientação desejada dentro do furo de poço com base na informação de orientação recebida no local de superfície.

[0014] Com referência inicialmente à figura 1, uma coluna de liner está sendo instalada em um furo de poço subterrâneo de uma plataforma de petróleo ou gás offshore que é esquematicamente ilustrada e geralmente designada por 10. Uma plataforma semissubmersível 12 está centralizada sobre a formação de petróleo e gás submersa 14 localizada abaixo do fundo do mar 16. Um conduto submarino 18 se estende do convés 20 da plataforma 12 para uma instalação de cabeça de poço 22 incluindo conjuntos de preventores 24. A plataforma 12 tem um aparelho de elevação 26, uma torre 28, uma catarina 30, um gancho 32 e um swivel 34 para elevar e abaixar colunas de tubos, tal como uma coluna de liner 36.

[0015] Um furo de poço principal 38 foi perfurado através de vários estratos da terra, incluindo a formação 14. Os termos furo de poço "parental" e "principal" são aqui utilizados para designar um furo de poço a partir do qual outro furo de poço é perfurado. É de notar, no entanto, que um furo de poço parental ou principal não necessariamente se estende diretamente para a superfície da terra, mas em vez disso poderia ser um ramal de ainda outro furo de poço. Um ou mais colunas de revestimento 40 de superfície e intermediárias foram instaladas em uma seção superior e geralmente vertical do furo de poço principal 38 e foram fixadas no mesmo por cimento 42. O termo "revestimento" é aqui utilizado para designar uma coluna tubular usada em um furo de poço ou para forrar um furo de poço. O revestimento pode ser do tipo conhecido pelos versados na técnica como um "liner" e pode ser feito de qualquer material, tal como aço ou um material compósito e pode ser segmentado ou contínuo, tal como tubulação espiralada.

[0016] Na modalidade ilustrada, a coluna de liner 36 está sendo instalada numa seção geralmente horizontal do furo de poço 38. A coluna de liner 36 está sendo implantada na extremidade inferior de uma coluna de trabalho 44. A coluna de liner 36 inclui um suspensor de liner 46, uma junta de janela 48 e um acoplamento de trinco 50. O suspensor de liner 46 pode ser um suspensor de liner de ajuste de pressão ou hidráulico convencional com cunhas, vedações anulares, packers e similares para estabelecer uma relação de pega e vedação com o interior da coluna de revestimento 40 quando ajustado. A junta de janela 48 pode ser de projeto convencional e pode incluir ou pode não incluir uma janela pré-fresada. O acoplamento de trinco 50 tem um perfil de trinco que é operavelmente engatável com chavetas de trinco de um conjunto de trinco, de modo que o conjunto de trinco possa ser axialmente ancorado e rotativamente orientado no acoplamento de trinco 50. Na prática convencional, quando a chaveta de trinco primária do conjunto de trinco operavelmente engata no perfil de trinco primário do acoplamento de trinco 50, um conjunto de deflexão, tal como um whipstock, é posicionado numa orientação circunferencial desejada em relação à junta de janela 48, de modo que uma janela possa ser fresada, perfurada ou de outra forma formada na junta de janela 48 na direção circunferencial desejada. Uma vez que a janela é formada, um ramal ou furo de poço lateral pode ser perfurado da junta de janela 48 do furo de poço principal 38. Os termos furo de poço de "ramal" e "lateral" são aqui utilizados para designar um furo de poço que é perfurado para fora de sua interseção com outro furo de poço, tal como um furo de poço parental ou principal. Um furo de poço de ramal ou lateral pode ter outro furo de poço de ramal ou lateral perfurado para fora do mesmo.

[0017] Na modalidade ilustrada, a coluna de liner 36 inclui um sistema para determinar a orientação da coluna de liner 36 no furo de poço 38. Mostrado em linhas fantasma, um tampão de borracha para cimentação 52 é posicionado no interior da coluna de liner 36 e é de preferência recebido dentro do acoplamento de trinco 50 numa orientação conhecida, de modo que os elementos de vedação do tampão de borracha para cimentação 52 engatem de modo vedado na coluna de liner 36 furo acima e furo abaixo do acoplamento de trinco 50 para proteger o acoplamento de trinco 50 durante, por exemplo, operações de cimentação. O tampão de borracha para cimentação 52 pode ser passado furo abaixo posicionado dentro da coluna de liner 36. Neste caso, o tampão de borracha para cimentação 36 pode ser mecanicamente acoplado dentro do acoplamento de trinco 50 na superfície ou antes da distribuição do acoplamento de trinco 50. Alternativamente, o tampão de borracha para cimentação 52 pode ser transportado furo abaixo, uma vez que a coluna de liner 36 seja assentada dentro do furo de poço 38. Em qualquer caso, um ou mais elementos do tampão de borracha para cimentação 52 podem ser configurados para localizar dentro de um perfil correspondente ou ranhura dentro do acoplamento de trinco 50. O tampão de borracha para cimentação 52 pode ter ainda um ou mais elementos que permitem liberação do tampão de borracha para cimentação 52 do acoplamento de trinco 50, se desejado.

[0018] Conforme descrito em detalhes abaixo, o tampão de borracha para cimentação 52 inclui componentes eletrônicos e dispositivos mecânicos que proporcionam inteligência e capacidades de comunicação ao tampão de borracha para cimentação 52. Por exemplo, o tampão de borracha para cimentação 52 pode incluir um módulo de sensor tendo um ou mais sensores, tal como um ou mais acelerômetros, um ou mais giroscópios, um ou mais magnetômetros, sensores de pressão, sensores de temperatura ou semelhantes. O módulo de sensor é operável para obter dados relativos à orientação da coluna de liner 36, de modo que a coluna de liner 36 possa ser circunferencialmente posicionada dentro do furo de poço 38 com, por exemplo, o perfil de trinco primário do acoplamento de trinco 50 localizado no lado alto do furo de poço 38 que é a orientação preferida para sair da janela da junta de janela 48 para perfurar o furo de poço de ramal lateral. A informação obtida pelo módulo de sensor pode ser transmitida a uma instalação de superfície 54 por qualquer sistema de telemetria com fio ou sem fio unidirecional ou bidirecional adequado, tal como um condutor elétrico, um cabo de fibra óptica, telemetria acústica, telemetria eletromagnética, telemetria de pulso de pressão, suas combinações ou semelhantes. Uma vez que a informação de orientação é recebida e processada pela instalação de superfície 54, a coluna de trabalho 44 pode ser girada, o que por sua vez gira a coluna de liner 36 até a orientação desejada ser obtida. A coleta de informações pelo módulo de sensor e a transmissão das informações para a instalação de superfície 54 podem ocorrer em tempo real ou substancialmente em tempo real para permitir orientação eficiente da coluna de liner 36 dentro do furo de poço 38. Também mostrado em linhas fantasmas, um tampão de borracha para cimentação líder 56 e um tampão de borracha para cimentação seguidor 58 estão posicionados para o interior da coluna de liner 36 nas proximidades do suspensor de liner 46. Juntos, o tampão de borracha para cimentação 52, o tampão de borracha para cimentação líder 56 e o tampão de borracha para cimentação seguidor 58 podem ser denominados coletivamente como um conjunto de tampão de borracha para cimentação.

[0019] Muito embora a figura 1 mostre uma coluna de liner sendo instalada numa seção horizontal do furo de poço, deve ser entendido por aqueles versados na técnica que o presente sistema é igualmente bem adequado para uso em furos de poços tendo outras orientações incluindo furos de poços verticais, furos de poços inclinados, furos de poços desviados ou semelhantes. Por conseguinte, deve ser entendido por aqueles versados na técnica que o uso de termos direcionais, tal como acima, abaixo, superior, inferior, para cima, para baixo, furo acima, furo abaixo e semelhantes é usado em relação às modalidades ilustrativas como elas são representadas nas figuras, a direção para cima sendo em direção ao topo da figura correspondente e a direção para baixo sendo em direção ao fundo da figura correspondente, a direção para cima sendo em direção à superfície do poço, a direção furo abaixo sendo em direção ao calcanhar do poço. Além disso, muito embora a figura 1 represente uma operação offshore, deve ser entendido por aqueles versados na técnica que o presente sistema é igualmente bem adequado para utilização em operações em terra.

[0020] Com referência a seguir às figuras 2A-2B, nas mesmas é ilustrado um sistema de poço que é geralmente designado 100. Nas porções ilustradas, o sistema de poço 100 inclui um conjunto de tampão de borracha para cimentação representado como tampão de borracha para cimentação 52, tampão de borracha para cimentação líder 56 e tampão de borracha para cimentação seguidor 58. O tampão de borracha para cimentação 52 foi instalado dentro do interior da coluna de liner 36 e, mais particularmente, o tampão de borracha para cimentação 52 é recebido dentro do acoplamento de trinco 50 numa orientação conhecida. Como melhor se vê nas figuras 7A-7C, o tampão de borracha para cimentação 52 inclui um alojamento externo 102 incluindo elemento de alojamento superior 104 e elemento de alojamento inferior 106. Disposto exteriormente ao elemento de alojamento superior 104 está um tampão de borracha para cimentação superior 108 que é operável para estabelecer uma relação de vedação com o interior da coluna de liner 36 quando o tampão de borracha para cimentação 52 é instalado dentro do acoplamento de trinco 50. O elemento de alojamento superior 104 inclui uma fenda 110. Uma chaveta de alinhamento 112 se estende radialmente através da fenda 110 e é operável para ser recebida dentro de um perfil de fenda 114 do acoplamento de trinco 50, como se vê melhor na figura 2B. O perfil de fenda 114 é de preferência orientado circunferencialmente em uma relação conhecida e, de preferência, centrada com perfil de trinco primário 116 do acoplamento de trinco 50. Desta forma, o tampão 52 tem uma orientação conhecida em relação a pelo menos uma característica da coluna de liner 36 e, mais particularmente, uma orientação conhecida em relação ao acoplamento de trinco 50. A chaveta de alinhamento 112 é recebida de forma deslizante dentro de uma guia 118 para permitir à chaveta de alinhamento 112 ser retraída para fora do perfil de fenda 114, como explicado abaixo.

[0021] Disposto exteriormente ao elemento de alojamento inferior 106 está um tampão de borracha para cimentação inferior 120 que é operável para estabelecer uma relação de vedação com o interior da coluna de liner 36 quando o tampão de borracha para cimentação 52 é instalado dentro do acoplamento de trinco 50. O elemento de alojamento inferior 106 é operável para receber uma tampa de atuador 122 e duas tampas eletrônicas 124, 126 que podem ser acopladas ao elemento de alojamento inferior 106 por qualquer técnica adequada, tal como aparafusamento, soldagem, bandagem ou semelhantes. O elemento de alojamento inferior 106 também é operável para receber uma tampa de extremidade 128 que pode ser acoplada por rosca e vedável ao elemento de alojamento inferior 106.

[0022] Disposta dentro do elemento de alojamento superior 104 está uma luva deslizante 130 que é inicialmente fixada ao elemento de alojamento superior 104 por uma pluralidade de elementos frangíveis representados como pinos de cisalhamento 132. A luva deslizante 130 inclui guia 118 discutida acima. Dispostos dentro de uma ou mais câmaras do elemento de alojamento inferior 106 estão os componentes eletrônicos e dispositivos mecânicos que fornecem inteligência e capacidades de comunicação para o tampão de borracha para cimentação 52. Na modalidade ilustrada, o elemento de alojamento inferior 106 inclui uma câmara cilíndrica inferior operável para receber uma pluralidade de células de combustível representadas como baterias 134, tal como baterias alcalinas ou de lítio, e um conector de bateria 136. Muito embora a presente modalidade tenha sido descrita como incluindo baterias 134, os versados na técnica reconhecerão que outras fontes de energia poderiam alternativamente ser usadas para alimentar o tampão de borracha para cimentação 52 incluindo, mas não se limitando a, uma linha elétrica que se estende da superfície, uma unidade de geração de energia de fundo de poço ou similares.

[0023] Debaixo da tampa 122, o elemento de alojamento inferior 106 inclui uma câmara de comunicação operável para receber um módulo de comunicação na mesma. Na modalidade ilustrada, o módulo de comunicação é representado como um pulsador de lama 138, incluindo um atuador 140 e um braço oscilante 142 acoplado operativamente ao atuador 140 de tal modo que o movimento do atuador 140 mova, correspondentemente, o braço oscilante 142. O atuador 140 pode ser qualquer dispositivo de atuação adequado incluindo, mas não limitado a, um atuador mecânico, um atuador eletromecânico, um atuador hidráulico, um atuador pneumático, suas combinações e semelhantes. Como melhor se vê nas figuras 8A-8C, o braço oscilante 142 pode ser acoplado de modo articulado ao atuador 140 de tal modo que quando o atuador 140 é atuado, o braço oscilante 142 articula para um caminho de fluxo 144 centralmente definido dentro do tampão de borracha para cimentação 52. Quando o braço oscilante 142 articula para o caminho de fluxo 144, o braço oscilante 142 oclui pelo menos parcialmente o caminho de fluxo 144 e é, desse modo, capaz de transmitir pulsos de pressão para a instalação de superfície 54 via a coluna de fluido presente dentro do interior da coluna de liner 36 e da coluna de trabalho 44. Na instalação de superfície 54, os pulsos de pressão são recebidos por um ou mais sensores de um sistema de computador e são convertidos para um padrão modulado de amplitude ou frequência dos pulsos de pressão. O padrão de pulsos de pressão pode, então, ser traduzido pelo sistema de computador em informações ou dados específicos transmitidos do pulsador de lama 138. Muito embora a presente modalidade tenha sido descrita como incluindo pulsador de lama 138, os versados na técnica reconhecerão que outros sistemas de comunicação sem fios ou com fios poderiam alternativamente ser utilizados para informação de comunicação para a superfície incluindo, mas não se limitando a, um cabo de comunicação incluindo condutores elétricos e/ou ópticos, um sistema de telemetria eletromagnético, um pulsador de lama tendo um projeto alternativo, um sistema de telemetria acústica incluindo, por exemplo, um receptor acústico operativamente associado com a instalação de superfície 54 e qualquer número de repetidores acústicos ou nós posicionados em locais predeterminados ao longo da coluna de liner 36 e da coluna de revestimento 40, suas combinações ou similares.

[0024] Debaixo da tampa 124, o elemento de alojamento inferior 106 inclui uma câmara de módulo de sensor operável para receber um módulo de sensor 146 na mesma. O módulo de sensor 146 é operável para obter informação de orientação relativa ao posicionamento circunferencial do tampão de borracha para cimentação 52 e, desse modo, da coluna de liner 36. Por exemplo, como melhor se vê na figura 9B, o módulo de sensor 146 pode incluir um ou mais acelerômetros representados como um acelerômetro de 3 eixos 148, um ou mais giroscópios representados como um giroscópio de 3 eixos 150 e um ou mais magnetômetros representados como um magnetômetro de 3 eixos 152. Em certas modalidades, o módulo de sensor 146 pode ser de sistemas microeletromecânicos (MEMS), tal como sensores inerciais MEMS, que incluem os vários acelerômetros, giroscópios e magnetômetros. Além disso, o módulo de sensor 146 pode compreender sensores adicionais incluindo, mas não limitados a, sensores de temperatura, sensores de pressão, sensores de deformação, sensores de pH, sensores de densidade, sensores de viscosidade, sensores de composição química, sensores radioativos, sensores de resistividade, sensores acústicos, sensores potenciais, sensores mecânicos, sensores de perfilagem de ressonância magnética nuclear e semelhantes.

[0025] Por baixo da tampa 126, o elemento de alojamento inferior 106 inclui uma câmara de hardware de computador operável para receber um microcontrolador 154, bem como outros componentes de hardware de computador na mesma. Por exemplo, o hardware de computador pode ser configurado para implementar os vários métodos aqui descritos e pode incluir microcontrolador 154 configurado para executar uma ou mais sequências de instruções, instâncias de programação, ou código armazenado num meio legível por computador não transitório. O microcontrolador 154 pode ser, por exemplo, um microprocessador de uso geral, um processador de sinal digital, um circuito integrado específico de aplicação, uma matriz de portas programável no campo, um dispositivo lógico programável, um controlador, uma máquina de estado, uma lógica com portas, componentes de hardware discretos, uma rede neural artificial, ou qualquer entidade adequada similar que pode executar cálculos ou outras manipulações de dados. Em algumas modalidades, o hardware de computador pode ainda incluir elementos tais como uma memória incluindo, mas não se limitando a, memória de acesso aleatório (RAM), memória flash, memória somente de leitura (ROM), memória somente de leitura programável (PROM), memória somente de leitura programável apagável eletricamente (EEPROM), registradores, discos rígidos, discos removíveis, CD-ROMs, DVDs, ou qualquer outro como dispositivo ou meio de armazenamento adequado.

[0026] Como se vê melhor na figura 9A, as medições obtidas pelo módulo de sensor 146 podem ser transmitidas em tempo real ou substancialmente em tempo real para o microcontrolador 154 o qual pode ser configurado para receber e processar estas medições. Em algumas modalidades, o microcontrolador 154 pode ser configurado para armazenar as medições pré-processadas ou processadas. Em outras modalidades, o microcontrolador 154 pode ser configurado para traduzir as medições processadas em sinais de comando que são transmitidos para o pulsador de lama 138. Os sinais de comando podem ser recebidos pelo pulsador de lama 138 e servem para atuar o pulsador de lama 138, de modo que o braço oscilante 142 seja engatado para parcialmente ocluir o caminho de fluxo 144 e, desse modo, transmitir pulsos de pressão para a instalação de superfície 54 via a coluna de fluido presente dentro da coluna de liner 36 e da coluna de trabalho 44. Na superfície, os pulsos de pressão podem ser recebidos por um sistema de computador incluindo um ou mais sensores e retraduzidos de volta para os dados de medição de modo que o operador do poço possa usar a informação para orientar a coluna de liner 36.

[0027] Como melhor se vê na figura 2A, a porção superior do sistema de poço 100 inclui o tampão de borracha para cimentação líder 56 e o tampão de borracha para cimentação seguidor 58. Como ilustrado, tampão de borracha para cimentação líder 56 inclui um elemento de alojamento 160. Disposto exteriormente ao elemento de alojamento 160 está um tampão de borracha para cimentação 162 que é operável para estabelecer uma relação de vedação com o interior da coluna de liner 36. Disposta dentro da porção inferior do tampão de borracha para cimentação líder 56 está uma sede de esfera 164 que é inicialmente fixada ao elemento de alojamento 160 por uma pluralidade de elementos frangíveis representados como pinos de cisalhamento 166. A porção inferior do tampão de borracha para cimentação líder 56 define uma rede de desvio de fluido incluindo aberturas 168, passagens de fluido 170 e aberturas 172, cuja operação é descrita abaixo. Disposta dentro de uma porção superior do tampão de borracha para cimentação líder 56 está uma sede de esfera 174 que é inicialmente fixada ao elemento de alojamento 160 por uma pluralidade de elementos frangíveis representados como pinos de cisalhamento 176. A porção superior do tampão de borracha para cimentação líder 56 define uma rede de desvio de fluido incluindo aberturas 178, passagens de fluido 180 e aberturas 182, cuja operação é descrita abaixo.

[0028] A operação do sistema para determinar a orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço será agora descrita com referência às figuras 2A-2B até 6A-6B. Como indicado acima, as figuras 2A- 2B mostram o tampão de borracha para cimentação líder 56 e o tampão de borracha para cimentação seguidor 58 posicionados numa porção superior da coluna de liner 36, por exemplo, nas proximidades do suspensor de liner 46 (ver figura 1). Além disso, o tampão de borracha para cimentação 52 é posicionado numa porção inferior da coluna de liner 36, por exemplo, próximo da junta de janela 48 (ver figura 1). Depois de a coluna de liner 36 ter sido passada no furo de poço 38 para a posição mostrada na figura 1 em que a parte superior da coluna de liner 36 incluindo suspensor de liner 46 está posicionada perto da parte inferior da coluna de revestimento 40, a coluna de liner 36 agora exige orientação circunferencial para permitir ao poço lateral ser perfurado a partir do furo de poço parental na direção desejada. Isto é conseguido usando a inteligência e as capacidades de comunicação do tampão de borracha para cimentação 52. Especificamente, o módulo de sensor 146 utiliza seus elementos de acelerômetro, giroscópio e/ou magnetômetro para determinar a orientação adequada, por exemplo, com respeito à gravidade da Terra. Uma vez recolhidos, estes dados podem ser comunicados para o microcontrolador 154 via uma interface adequada, tal como uma conexão de fio rígido. O microcontrolador 154 pode, então, processar os dados e enviar sinais de comando para o pulsador de lama 138 que transmite os dados para a instalação de superfície 54 via pulsos de pressão, como descrito acima. A instalação de superfície 54 pode receber e traduzir os pulsos de pressão em dados que o operador do poço pode usar para fazer quaisquer ajustes de orientação necessários da coluna de liner 36 girando a coluna de trabalho 44 na superfície. Este processo pode ocorrer em tempo real ou usando uma abordagem iterativa, passo a passo até a orientação desejada ser alcançada.

[0029] Durante a passagem, o posicionamento e a orientação da coluna de liner 36 no furo de poço 38, um fluido de perfuração pode estar presente e pode ser circulado através do furo de poço 38 a partir da superfície através do interior da coluna de trabalho 44 e da coluna de liner 36, bem como através do interior do tampão de borracha para cimentação líder 56, tampão de borracha para cimentação seguidor 58 e tampão de borracha para cimentação 52. Durante a circulação de fluido, o fluido de perfuração sai do fundo da coluna de liner 36 para o anular circundando a coluna de liner 36 via uma sapata flutuante e é, então, bombeado de volta em direção à superfície dentro do anular. Uma válvula de retenção pode ser posicionada dentro da sapata flutuante para impedir fluxo inverso do fluido de perfuração de volta para a coluna de liner 36 a partir do anular.

[0030] Uma vez que a coluna de liner 36 é orientada na direção circunferencial desejada, o suspensor de liner 46 pode ser ajustado. Como melhor se vê nas figuras 3A-3B, isto pode ser conseguido deixando cair uma esfera 184 da superfície na coluna de trabalho 44. Por alimentação por gravidade ou circulação de fluido, a esfera 184 se desloca furo abaixo ate a sede de esfera 164 do tampão de borracha para cimentação líder 56. Nesta configuração, a pressão de fluido pode ser aumentada furo acima da esfera 184 e variações de pressão na coluna de trabalho 44 podem ser usadas para ajustar o suspensor de liner 46 de um modo conhecido. Depois de o suspensor de liner 46 ser ajustado, o aumento da pressão de fluido na coluna de trabalho 44 acima de um limiar predeterminado faz com que a sede de esfera 164 cisalhe. Nesta configuração, as aberturas 168, as passagens de fluido 170 e as aberturas 172 possibilitam a circulação de fluido através do sistema de poço 100, como melhor se vê na figura 4A. Por exemplo, um fluido espaçador pode ser bombeado para a coluna de trabalho 44 e circulado através do furo de poço 38 para separar o fluido de perfuração de outro fluido, tal como a pasta de cimento a ser circulada através do furo de poço 38 seguindo o fluido espaçador.

[0031] Antes de iniciar a operação de cimentação, como melhor se vê na figura 4A, uma segunda esfera 186 pode ser deixada cair da superfície na coluna de trabalho 44. Por alimentação por gravidade ou circulação de fluido, a esfera 186 se desloca furo abaixo ate a sede de esfera 174 do tampão de borracha para cimentação líder 56. Nesta configuração, o aumento da pressão furo acima do tampão de borracha para cimentação líder 56, por exemplo, bombeando a pasta de cimento, faz o tampão de borracha para cimentação líder 56 separar do tampão de borracha para cimentação seguidor 58. Durante este processo, o fluido atrás do tampão de borracha para cimentação líder 56 empurra o tampão de borracha para cimentação líder 56 furo abaixo quando o tampão de borracha para cimentação líder 56 empurra o fluido furo abaixo do mesmo através do tampão de borracha para cimentação 52 e da sapata flutuante para o anular circundando a coluna de liner 36 e de volta para a superfície. O processo continua até o tampão de borracha para cimentação líder 56 atingir o tampão de borracha para cimentação 52, como melhor se vê na figura 5B. Depois disso, o aumento da pressão de fluido na coluna de trabalho 44 acima de um limiar predeterminado faz com que a sede de esfera 174 cisalhe. Nesta configuração, as aberturas 178, as passagens de fluido 180 e as aberturas 182 possibilitam a circulação de fluido através do sistema de poço 100, como melhor se vê na figura 5B. A pasta de cimento pode ser circulada através do tampão de borracha para cimentação 52 e da sapata flutuante para o anular circundando a coluna de liner 36 e de volta para cima em direção ao topo do liner.

[0032] Depois de o volume desejado de cimento ter sido bombeado para o furo de poço 38, outro fluido espaçador pode ser bombeado pela coluna de trabalho 44 atrás da pasta de cimento. Uma terceira esfera 188 pode agora ser deixada cair da superfície para a coluna de trabalho 44. Por alimentação por gravidade ou circulação de fluido, a esfera 188 se desloca furo abaixo até a sede de esfera 190 do tampão de borracha para cimentação seguidor 58. Nesta configuração, o aumento da pressão furo acima do tampão de borracha para cimentação seguidor 58, por exemplo, bombeando o fluido espaçador, faz o tampão de borracha para cimentação seguidor 58 se mover furo abaixo permitindo ao tampão de borracha para cimentação seguidor 58 empurrar o fluido e/ou o cimento furo abaixo do mesmo através do tampão de borracha para cimentação 52 e da sapata flutuante para o anular circundando a coluna de liner 36 e de volta para cima em direção ao topo do liner. Este processo continua até o tampão de borracha para cimentação seguidor 58 atingir o tampão de borracha para cimentação líder 56, como melhor se vê na figura 6B. Depois disso, o aumento da pressão de fluido na coluna de trabalho 44 acima de um limiar predeterminado faz o tampão de borracha para cimentação seguidor 58 agir no tampão de borracha para cimentação líder 56 e, desse modo, faz o tampão de borracha para cimentação líder 56 agir na luva deslizante 130 do tampão de borracha para cimentação 52. Esta ação faz os pinos de cisalhamento 132 quebrar, o que permite à luva deslizante 130 mover furo abaixo em relação ao elemento de alojamento superior 104. Isto faz a chaveta de alinhamento 112 retrair radialmente do perfil de fenda 114. Depois disso, a pressão de fluido agindo na esfera 188 empurra o tampão de borracha para cimentação seguidor 58, tampão de borracha para cimentação líder 56 e tampão de borracha para cimentação 52 furo abaixo para contato com a sapata flutuante. Quando desejado, a extremidade da coluna de liner 36 pode ser perfurada para permitir a instalação de, por exemplo, telas de furo principal. Neste caso, o tampão de borracha para cimentação seguidor 58, o tampão de borracha para cimentação líder 56 e o tampão de borracha para cimentação 52 são de preferência formados de materiais que são facilmente fresáveis ou perfuráveis, tal como cerâmica, alumínio, polímeros ou semelhantes.

[0033] Deve ser entendido pelos versados na técnica que as modalidades ilustrativas aqui descritas não se destinam a ser interpretadas num sentido limitativo. Várias modificações e combinações das modalidades ilustrativas, bem como outras modalidades, serão evidentes para os versados na técnica mediante referência a esta divulgação. É, portanto, pretendido que as reivindicações anexas englobem quaisquer dessas modificações ou modalidades.

Claims (17)

1. Sistema para determinar uma orientação de uma coluna de revestimento em um furo de poço, o sistema compreendendo: uma ferramenta de fundo de poço disposta interiormente da coluna de revestimento (36) em uma orientação conhecida em relação a pelo menos uma característica da coluna de revestimento; um módulo de sensor (140) operavelmente associado com a ferramenta de fundo de poço e configurado para obter dados relacionados à orientação da coluna de revestimento; e um módulo de comunicação (138) associado operavelmente com o módulo de sensor, o módulo de comunicação configurado para transmitir informação para uma localização de superfície, em que a informação correspondente aos dados obtidos pelo módulo de sensor em relação à orientação da coluna de revestimento; caracterizado pelo fato de que a ferramenta de fundo de poço compreende ainda um tampão de borracha para cimentação (52) que é posicionado em uma orientação conhecida em um perfil de trinco dentro de um acoplamento de trinco (50) interligado na coluna de revestimento; em que o tampão de borracha para cimentação engata de modo vedado na coluna de revestimento furo acima e furo abaixo do acoplamento de trinco.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma junta de janela (48) interligada na coluna de revestimento em uma orientação conhecida em relação ao acoplamento de trinco.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de sensor compreende ainda pelo menos um de um acelerômetro, um giroscópio e um magnetômetro.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um microcontrolador operavelmente associado com o módulo de sensor e o módulo de comunicação.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma fonte de energia operavelmente associada com o módulo de sensor e o módulo de comunicação.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de comunicação compreende ainda um pulsador configurado para transmitir pulsos de pressão para o local de superfície.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de sensor (140) é disposto dentro do tampão de borracha para cimentação, o módulo de sensor incluindo pelo menos um de um acelerômetro, um giroscópio e um magnetômetro configurados para obter dados relativos à orientação da coluna de revestimento, em que a informação corresponde aos dados obtidos pelo módulo de sensor relacionado à orientação da coluna de revestimento; e em que o sistema compreende ainda: um microcontrolador associado operavelmente com o módulo de sensor e o módulo de comunicação; e uma fonte de energia operavelmente associada com o módulo de sensor, o módulo de comunicação e o microcontrolador.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma junta de janela (48) interligada na coluna de revestimento em uma orientação conhecida em relação ao acoplamento de trinco.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o módulo de sensor compreende ainda pelo menos um de um acelerômetro de três eixos, um giroscópio de três eixos e um magnetômetro de três eixos.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o módulo de comunicação compreende ainda um pulsador configurado para transmitir pulsos de pressão para o local de superfície.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o tampão de borracha para cimentação engata de modo liberável no acoplamento de trinco.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o tampão de borracha para cimentação compreende ainda um tampão de borracha para cimentação perfurável.

13. Método para orientar uma coluna de revestimento em um furo de poço, o método compreendendo: dispor uma ferramenta de fundo de poço interiormente à coluna de revestimento (36) numa orientação conhecida em relação a pelo menos uma característica da coluna de revestimento; obter dados relativos à orientação da coluna de revestimento com um módulo de sensor (146) associado operavelmente com a ferramenta de fundo de poço; transmitir a informação de orientação correspondente aos dados obtidos pelo módulo de sensor para um local de superfície com um módulo de comunicação (138) operavelmente associado com o módulo de sensor; e orientar a coluna de revestimento para uma orientação desejada dentro do furo de poço com base na informação de orientação recebida no local de superfície; caracterizado pelo fato de que a disposição da ferramenta de fundo de poço interiormente à coluna de revestimento na orientação conhecida em relação à pelo menos uma característica da coluna de revestimento compreende ainda posicionar um tampão de borracha de cimentação (52) em uma orientação conhecida em uma perfil de trinco dentro de um acoplamento de trinco (50) interligado na coluna de revestimento e engatar de modo vedado a coluna de revestimento furo acima e furo abaixo do acoplamento de trinco com o tampão de borracha para cimentação.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a disposição da ferramenta de fundo de poço interiormente à coluna de revestimento na orientação conhecida em relação à pelo menos uma característica da coluna de revestimento ocorre antes de passar a coluna de revestimento para o furo de poço.

15. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a obtenção de dados relativos à orientação da coluna de revestimento compreende ainda obter dados de orientação com pelo menos um de um acelerômetro, um giroscópio e um magnetômetro.

16. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a transmissão de informação de orientação correspondente aos dados obtidos pelo módulo de sensor para o local de superfície com o módulo de comunicação associado operavelmente com o módulo de sensor compreende ainda a transmissão de pulsos de pressão para o local de superfície.

17. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que, após a orientar a coluna de revestimento para a orientação desejada dentro do furo de poço com base na informação de orientação recebida no local de superfície, remover destrutivamente da ferramenta de fundo de poço da coluna de revestimento.

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