BR112016011038B1

BR112016011038B1 - Método para perfurar um furo de poço, e, sistema de perfuração

Info

Publication number: BR112016011038B1
Application number: BR112016011038-2A
Authority: BR
Inventors: Robello Samuel
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2022-01-11
Also published as: CN105899757A; CA2930528C; GB201608869D0; CA2930528A1; MX2016006477A; WO2015094174A1; GB2539794A; AU2013408385B2; RU2016118660A; NO346313B1; AU2013408385A1; RU2640324C2; MX360722B; US10975679B2; NO20160850A1; BR112016011038A2; GB2539794B; US20160281490A1

Abstract

métodos para perfurar um furo de poço e para estimar uma condição de uma coluna de perfuração, e, sistema de perfuração. esta divulgação está relacionada à calibração em tempo real de programas de modelagem de perfuração e à estimativa de estiramento de tubulação para desempenhar correções nas medições de inclinação e azimute e à estimativa de torção de tubulação para desempenhar correções no estabelecimento da face da ferramenta. a ferramenta de medição com uma pluralidade de sensores é disposta ao longo da coluna de perfuração. as medições são tomadas continuamente durante o processo de perfuração a partir de cada um dos sensores para determinar dados de torque, momento de flexão, e força axial. essa informação é iterativamente acoplada a um modelo de torque-arraste mecânico (baseado na mecânica padrão de materiais deformáveis e na mecânica do furo de poço) para estimar com precisão o estiramento e a torção da coluna de perfuração em tempo real ou em tempo quase real e, assim, promover a colocação precisa do furo de poço.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente divulgação refere-se geralmente a métodos eaparatos usados na perfuração de furos de poço para a produção de hidrocarbonetos. Mais especificamente, a divulgação refere-se a métodos e sistemas para prover a colocação precisa do furo de poço através da melhora da precisão da modelagem matemática de operações de furo de poço e de perfuração, incluindo a estimativa de estiramento e torção de uma coluna de perfuração.

FUNDAMENTOS

[002] Para obter hidrocarbonetos, tais como petróleo e gás, furos depoço são perfurados tipicamente através da rotação de uma broca de perfuração que é anexada na extremidade da coluna de perfuração. Sistemas de perfuração modernos frequentemente empregam uma coluna de perfuração que tem uma coluna subsuperfície e uma broca de perfuração em uma das suas extremidades.A broca de perfuração é girada por um motor de fundo de poço da coluna subsuperfície e/ou pela rotação da coluna subsuperfície. Fluido de perfuração pressurizado é bombeado através da coluna de perfuração para alimentar o motor de fundo de poço, prover lubrificação e refrigeração para a broca de perfuração e outros componentes, e levar embora cascalhos da formação.

[003] Uma grande proporção da atividade de perfuração envolve aperfuração direcional, por exemplo, a perfuração de furos de poço desviados, ramificados, e/ou horizontais.Na perfuração direcional, furos de poço são geralmente perfurados ao longo de caminhos predeterminados a fim de aumentar a produção de hidrocarbonetos. Conforme a perfuração do furo de poço prossegue através de várias formações, as condições de operação no fundo do poço podem mudar, e o operador deve reagir a tais mudanças e ajustar os parâmetros para manter o caminho de perfuração predeterminado e otimizar as operações de perfuração. O operador de perfuração tipicamente ajusta os parâmetros de perfuração controlados na superfície, tais como o peso na broca, o fluxo de fluido de perfuração ao longo da coluna de perfuração, a velocidade de rotação da coluna de perfuração, e a densidade e/ou viscosidade do fluido de perfuração, para afetar as operações de perfuração. Para perfurar um furo de poço em uma região virgem, o operador tipicamente tem gráficos de pesquisa sísmica, os quais proveem uma imagem macroscópica das formações subsuperficiais ao longo do caminho do furo de poço pré- planejado. Se vários furos de poço forem perfurados na mesma formação, o operador também terá informações retiradas de quaisquer furos de poço perfurados anteriormente.

[004] Operações de perfuração são frequentemente conduzidas deacordo com um ou mais modelos de perfuração ou de pré-perfuração das condições subterrâneas ao longo do caminho pretendido do furo de poço. O seguinte é uma lista não exclusiva de algumas das variáveis que vários modelos podem levar em consideração: propriedades do furo de poço, tais como a geometria do furo de poço, temperatura e diâmetro versus a profundidade do furo de poço; atrito, incluindo coeficientes de atrito dinâmico e estático ao longo do furo de poço; pressões, viscosidades, densidades e taxas de fluxo dos fluidos dentro e fora da coluna de perfuração; propriedades dos materiais, tais como resistência e módulo de elasticidade dos componentes da coluna de perfuração; diâmetros interno e externo ao longo do comprimento da coluna de perfuração; torque e força aplicados na superfície; propriedades das ferramentas, tais como o comprimento, diâmetro externo, rigidez, diâmetro interno, e restrições de fluxo nas ferramentas sendo transportadas pela coluna de perfuração, se houver; e, finalmente, as velocidades axial e rotacional da coluna de perfuração e broca.

[005] Modelos baseados em computador foram desenvolvidos para calcular muitas quantidades, tais como as forças, tensões, torques, estiramento, etc. associadas com a coluna de perfuração ou outro meio de transporte, tal como tubo flexível. Um modelo assim é usado para calcular torque e arraste. Torque e arraste resultam do contato entre a coluna de perfuração e as paredes laterais do furo de poço, e como tal eles se relacionam à resistência de furo de poço e aderência da coluna de perfuração. A modelagem de torque-arraste pode ser usada para determinar quando a coluna de perfuração está se aproximando de um limite no qual ela pode quebrar ou deformar; a quantidade de força, de tensão ou compressão, a coluna de perfuração pode aplicar em sua extremidade do fundo de poço; a quantidade de torque que está sendo aplicada na extremidade do fundo de poço dado um certo torque aplicado na superfície; a quantidade de torção que está presente na coluna de perfuração entre a superfície e a extremidade do fundo de poço; as frequências dinâmicas de torção e axiais para os movimentos do tipo stickslip; e quanto o comprimento da coluna de perfuração irá esticar ou comprimir devido a forças axiais, torção, temperatura, pressão e deformação helicoidal, por exemplo.

[006] O conhecimento da mudança no comprimento da coluna deperfuração pode ser necessário para calcular com precisão a profundidade da extremidade da coluna de perfuração ou a localização de uma ferramenta que ela possa estar transportando.De forma semelhante, o conhecimento da quantidade de torção em uma coluna de perfuração pode ser necessário para assegurar uma colocação precisa da face da ferramenta. Por essas razões, as simulações matemáticas usando programas de modelagem por computador torque-arraste proveem dados úteis, os quais não estão disponíveis pelo simples monitoramento de torque da coluna de perfuração e carga no gancho na superfície.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[007] Modalidades são descritas em detalhes a seguir com referência às figuras anexas, nas quais:

[008] A Figura 1 é uma vista em elevação em corte transversalparcial de um sistema de perfuração de acordo com uma modalidade, mostrando uma coluna de perfuração e uma broca de perfuração para perfurar um furo de poço na terra e uma ferramenta de medição disposta em uma coluna de perfuração para medir peso na broca, torque na broca, e flexão na broca, ou seja, momentos de flexão na broca;

[009] A Figura 2 é uma vista em elevação da ferramenta de mediçãoda Figura 1, mostrando o primeiro e o segundo sensores de posição, sensores de força, e sensores de flexão;

[0010] A Figura 3 é uma vista em perspectiva da ferramenta de medição da Figura 2 depois de um torque incremental ser aplicado na mesma, mostrando a mudança no ângulo relativo entre os sensores de posição devido à torção induzida pelo torque;

[0011] A Figura 4 é uma vista em perspectiva simplificada da ferramenta de medição da Figura 2, mostrando vetores radiais com base em um estado básico sem nenhum torque aplicado;

[0012] A Figura 5 é uma vista em perspectiva simplificada da ferramenta de medição da Figura 3, mostrando vetores radiais resultantes de um torque aplicado;

[0013] A Figura 6 é um fluxograma de um processo de acordo com uma modalidade de calibração em tempo real ou em tempo quase real de um programa de modelagem de perfuração permitindo, assim, uma estimativa mais precisa do grau de torção e de estiramento da coluna de perfuração da Figura 1;

[0014] A Figura 7 é um fluxograma mais detalhado do processo da Figura 6;

[0015] A Figura 8 é um diagrama de blocos que ilustra, de acordo com uma modalidade, estruturas de dados para a ferramenta de medição e o modelo de perfuração da Figura 1, que é usado no processo da Figura 7; e

[0016] A Figura 9 é um diagrama esquemático que ilustra a base de um cálculo para determinar a curvatura da coluna de perfuração da Figura 1, o qual pode ser usado no processo descrito na Figura 7.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0017] Pode ser desejável executar modelos de simulação de perfuração em tempo real ou em tempo quase real (dependendo da dificuldade computacional) durante a perfuração, usando várias propriedades medidas adquiridas durante a perfuração como entrada para o modelo a fim de calcular um ou mais valores, tais como uma correção de profundidade, WOB, etc. para uso nas operações de perfuração em andamento. Tais valores calculados são, então, disponibilizados para aqueles que operam o sistema de perfuração juntamente com as propriedades medidas.Os dados de perfuração modelados podem ser comparados com dados reais ou medidos ou dados de perfuração pré-modelados para prover informações valiosas sobre a formação e operação de perfuração. Por exemplo, dados de furo de poço medidos podem ser enviados para a superfície durante a perfuração, processados na superfície para atualizar ou recalibrar o modelo existente, e o programa de controle de perfuração modificado de acordo com o modelo atualizado.

[0018] Para a colocação correta do furo de poço e o desenvolvimento do campo, uma medição precisa da localização da broca de perfuração é importante. Além disso, para o estabelecimento apropriado da face da ferramenta, uma medição precisa da torção na coluna de perfuração é necessária. Se estas medições não forem levadas em consideração ou não forem precisas de outra forma, os valores da profundidade vertical verdadeira calculada e da profundidade medida serão passíveis de serem errôneos.

[0019] A Figura 1 mostra um sistema de perfuração direcional 20 da presente divulgação. O sistema de perfuração 20 pode incluir uma sonda de perfuração terrestre 22. No entanto, os ensinamentos da presente divulgação podem ser usados em associação com plataformas marítimas, semi- submersíveis, navios de perfuração e qualquer outro sistema de perfuração satisfatório para formar um furo de poço que se estende através de uma ou mais formações subterrâneas.

[0020] A sonda de perfuração 22 e sistema de controle associado 50 podem estar localizados próximos à cabeça do furo de poço 24. A sonda de perfuração 22 pode incluir uma mesa giratória 38, um motor de acionamento giratório 40 e outros equipamentos associados com a rotação da coluna de perfuração 32 no interior do furo de poço 60. Um anel 66 é formado entre o exterior da coluna de perfuração 32 e o diâmetro interior do furo de poço 60. Para algumas aplicações, a sonda de perfuração 22 também pode incluir um motor de acionamento superior ou unidade de acionamento superior 42. Válvulas de segurança (não expressamente mostradas) e outros equipamentos associados com a perfuração de um poço também podem ser providos na cabeça do furo de poço 24.

[0021] A extremidade inferior da coluna de perfuração 32 pode incluir uma coluna subsuperfície (BHA) 90 que carrega, em uma extremidade distal, uma broca de perfuração giratória 93. Fluido de Perfuração 46 pode ser bombeado a partir do reservatório 30 por uma ou mais bombas 48, através do conduíte 34, para a extremidade superior da coluna de perfuração 32 que se estende para fora da cabeça do furo de poço 24. O fluido de perfuração 46 então flui através do interior longitudinal da coluna de perfuração 32, através da BHA 90, e sai dos bocais formados na broca de perfuração giratória 93. Na extremidade inferior 62 do furo de poço 60, fluido de perfuração 46 pode se misturar com cascalhos de formação e outros fluidos de fundo de poço e detritos próximos à broca de perfuração 93. A mistura de fluidos de perfuração então flui para cima através do anel 66 para retornar cascalhos de formação e outros detritos do fundo de poço para a superfície. O conduíte 36 pode retornar o fluido para o reservatório 30, mas vários tipos de telas, filtros e/ou centrífugas (não mostrados expressamente) podem ser providos para remover cascalhos de formação e outros detritos do fundo de poço antes de retornar o fluido de perfuração para o tanque 30. Vários tipos de tubulações, tubos e/ou conduítes podem ser usados para formar os conduítes 34 e 36.

[0022] A coluna subsuperfície 90 pode incluir vários subs, motores, estabilizadores, colares de perfuração, ferramentas de medição durante a perfuração (MWD) ou perfilagem durante a perfuração (LWD), ou equipamentos semelhantes, como é conhecido na técnica. Tais ferramentas podem ser colocadas muito próximas à broca de perfuração 93 ou implantadas de outra forma na BHA 90 para medir certas propriedades operacionais de fundo de poço associadas com a coluna de perfuração 32 durante as operações de perfuração e podem incluir sensores para medir a temperatura, pressão, azimute e inclinação no fundo de poço, por exemplo, e para determinar a geologia e as condições do fluido de formação, incluindo a presença de hidrocarbonetos e água, por exemplo.

[0023] As medições de peso na broca, torque na broca, e momentos de flexão na broca podem ser usadas para caracterizar a transferência de energia da superfície, identificar os parâmetros de perfuração reais que estão sendo aplicados à BHA 90 e broca de perfuração 93, e medir o desempenho das operações de perfuração. Em uma modalidade, a BHA 90 inclui uma ferramenta de medição no fundo de poço 100 que tem vários sensores que entregam informações em tempo real ou em tempo quase real a partir da localização da ferramenta de fundo de poço, incluindo os valores de peso na broca, o torque na broca, e momento de flexão na broca. Essas medições durante a perfuração podem ajudar a otimizar os parâmetros de perfuração para maximizar o desempenho, minimizar a transferência e vibração de energia desperdiçadas, e assegurar que o movimento completo da BHA 90 seja avaliado durante todos os aspectos do processo de perfuração. Em uma modalidade, a ferramenta de medição 100 é uma ferramenta de colar de perfuração de otimização de fundo de poço DrillDOC®, a qual está disponível a partir do cessionário do registo da presente divulgação.

[0024] Dados de medição providos pela ferramenta de medição 100 e outras informações podem ser comunicadas a partir da extremidade inferior 62 do furo de poço 60 através do fluido no interior da coluna de perfuração 32 ou anel 66 usando técnicas de telemetria de furo de poço convencionais e convertidas em sinais elétricos na superfície. Esses dados e informações podem ser monitorados e/ou processados por um sistema de controle 50.Por exemplo, conduítes ou cabos elétricos 52 podem comunicar os sinais elétricos para dispositivo de entrada 54. Os dados de medição providos a partir do dispositivo de entrada 54 podem, então, ser direcionados para um sistema de processamento de dados 56. Vários monitores 58 podem ser providos como parte do sistema de controle 50. Para algumas aplicações, uma impressora 59 e impressões associadas 59a também podem ser usadas para monitorar o desempenho da coluna de perfuração 32, da coluna subsuperfície 90 e da broca de perfuração giratória associada 93. Saídas 57 podem ser comunicadas a vários componentes associados com a operação da sonda de perfuração 22 e também podem ser comunicadas para várias localizações remotas para monitorar o desempenho do sistema de perfuração 20. Em uma modalidade, o sistema de controle 50 simula, prevê, analisa e/ou controla as operações de perfuração usando um modelo de perfuração matemático 300, como descrito em mais detalhes abaixo.

[0025] Embora a presente divulgação ilustre uma única ferramenta de medição 100 estando localizada na BHA 90, em uma modalidade a ferramenta de medição 100 pode estar localizada em outra parte da coluna de perfuração 32. Adicionalmente, várias ferramentas de medição 100 podem ser empregadas no sistema de perfuração 20, localizadas em vários pontos ao longo da coluna de perfuração 32, por exemplo.

[0026] A Figura 2 mostra a ferramenta de medição 100, a qual pode estar na forma de um sub incluído na coluna de perfuração 32 (Figura 1), onde o sub transfere uma força de rotação, fazendo com que o sub experimente um torque T adicional. A ferramenta de medição 100 inclui pelo menos um primeiro e um segundo sensores de posição 102, 202, tais como magnetômetros ou giroscópios, que proveem informações sobre sua orientação e localização; um ou mais sensores de flexão 111, tais como acelerômetros, que proveem informações a respeito da flexão da ferramenta de medição 100 ao longo dos eixos x, y e z; e um ou mais sensores de força 113, tais como sensores de tensão, que proveem informações sobre a força axial transferida pela ferramenta de medição 100.

[0027] O primeiro sensor de posição 102 e o segundo sensor de posição 202 são separados por uma distância L. Antes de um torque incremental T ser aplicado, os sensores de posição 102, 202 podem estar inicialmente deslocados um do outro com um ângulo inicial ou base, como mostrado, ou podem estar alinhados de forma azimutal (não mostrado).

[0028] A Figura 3 mostra a ferramenta de medição 100 após um torque incremental T ter sido aplicado. Uma vez que a distância L é relativamente curta, a distância L permanece tipicamente substancialmente inalterada na presença de torque. No entanto, os sensores de posição 102, 202 da Figura 3 experimentaram um movimento rotacional relativo em torno da ferramenta de medição 100 devido ao torque incremental T. O torque incremental T é o resultado de uma força de rotação aplicada, tal como pode estar presente em uma operação de perfuração. O torque incremental T faz com que os sensores de posição 102, 202 sejam mais angularmente deslocados um do outro. A direção e a magnitude do movimento variarão dependendo do torque incremental T e outros fatores como descrito abaixo.

[0029] As Figuras 4 e 5 são vistas em perspectiva simplificadas da ferramenta de medição 100 para ilustrar a geometria de medição de torque de acordo com uma presente modalidade. A Figura 4 ilustra a ferramenta de medição 100 em um estado de base no qual não existe torque incremental, e a Figura 5 ilustra a ferramenta de medição 100 com um torque incremental T aplicado.

[0030] Com referência às Figuras 4 e 5, o torque incremental T pode ser calculado com base nas leituras do primeiro sensor de posição 102 e do segundo sensor de posição 202. Os sensores de posição 102, 202 simultaneamente medem direções de um primeiro vetor radial que corresponde ao primeiro sensor de posição 102 e de um segundo vetor radial que corresponde ao segundo sensor de posição 202.Em mais detalhes, cada sensor de posição 102, 202 provê uma indicação sobre em qual direção está virado em relação à ferramenta de medição 100. Os vetores radiais são, assim, definidos como se estendendo perpendicularmente a partir de uma linha central 106 da ferramenta de medição 100 para os sensores de posição 102, 202 correspondentes. A linha central 106 é uma referência imaginária para os vetores resultantes 104r, 204r.A linha central 106 não precisa ser vertical, nem sequer reta.Na verdade, a linha central 106 pode ser horizontal ou pode se curvar em qualquer ângulo.

[0031] Quando nenhum torque incremental é aplicado na medição 100 como mostrado na Figura 4, o vetor base 104b corresponde ao sensor 102, e o vetor base 204b corresponde ao sensor 202. O ângulo radial em torno da linha central 106 definido entre os vetores radiais 104b e 204b é denotado como Φb. De forma semelhante, quando um torque incremental T é aplicado à ferramenta de medição 100 como mostrado na Figura 5, o vetor radial resultante 104r corresponde ao sensor 102, e o vetor radial resultante 204r corresponde ao sensor 202. O ângulo radial em torno da linha central 106 definido entre os vetores radiais 104r e 204r é denotado como Φr.

[0032] A direção dos vetores resultantes 104r, 204r pode se traduzir em azimutes, os quais podem representar direções definidas pela projeção do campo magnético da terra em um plano ortogonal ao eixo da coluna de perfuração. Os azimutes não são necessariamente limitados a azimutes magnéticos, mas podem ser um ângulo em torno do furo de poço que indica a direção de sensibilidade máxima dos sensores de posição 102, 202.

[0033] A aplicação de força resultante no torque incremental T faz com que a orientação dos sensores de posição 102, 202 mude. No entanto, o torque incremental T não é a única causa possível de uma mudança na posição dos sensores 102, 202. A direção dos sensores 102, 202 também muda quando a ferramenta de medição 100 é girada, mesmo quando nenhum torque está presente, isto é, quando a ferramenta de medição 100 gira livremente, sem restrições. Da mesma forma, os ângulos radiais definidos entre os vetores radiais, e não os próprios vetores radiais, são usados para determinar o torque incremental T, eliminando, assim, qualquer influência causada pela mudança direcional resultante da rotação livre.

[0034] O torque incremental T é calculado usando a seguinte equação,que leva em conta a mudança de posição dos sensores de posição 102, 202 da posição de base resultante do torque incremental T:T = (Φr — Φb )GJ/L (Equação 1)onde a mudança do ângulo entre os sensores 102, 202 devida ao torque aplicado é representada pela diferença entre o ângulo resultante Φr, e o ângulo base Φb, L representa a distância axial entre os sensores de posição 102, 202, J é o momento polar de inércia da porção da ferramenta de medição 100 entre os sensores de posição 102 e 202, e G é o módulo de rigidez da porção da ferramenta de medição 100 que se situa entre os sensores de posição 102 e 202, que se refere à composição de material da ferramenta de medição 100. Uma vez que o comprimento L é relativamente curto dentro da ferramenta de medição 100, o valor L permanece substancialmente constante quando o torque incremental T é aplicado.

[0035] O torque incremental T pode ter quaisquer unidades comuns para medições de torque, tais como, mas não limitadas a, in (polegadas) lbs (libras). Os ângulos Φr, Φb podem ter radianos como unidades. No entanto, quaisquer unidades angulares apropriadas podem ser usadas. O módulo de rigidez G é uma constante que é prontamente determinável, com base no material usado. O módulo de rigidez G pode ter unidades de lb./in.2 ou qualquer outro substituto adequado. O momento polar de inércia J é uma função do formato da seção transversal da ferramenta de medição 100. O momento polar de inércia J pode ter unidades de polegada4 ou qualquer outro substituto adequado.

[0036] Para uma seção transversal tubular uniforme, o momento polar de inércia J é dado por:J = π(do4 - d4)/32 (Equação 2)onde do é o diâmetro externo e di é o diâmetro interno do tubular. No entanto, o momento polar de inércia J também é prontamente determinável por uma seção transversal tubular variável, tal como aquela de um estabilizador. Alguém versado na técnica pode determinar o momento polar de inércia J para uma variedade de formatos, uma vez que o momento polar de inércia J é calculável com fórmulas bem conhecidas.

[0037] Cada sensor de posição 102, 202 pode ter um ou mais magnetômetros, giroscópios, ou qualquer outro dispositivo capaz de medir os vetores resultantes 104r, 204r ou vetores base 104b, 204b.Uma vez que magnetômetros perdem precisão quando o campo de medição é anulado, um único magnetômetro pode não desempenhar otimamente em, por exemplo, uma direção de perfuração que faria com que o campo de detecção fosse minimizado.Nesse caso, vários dispositivos podem ser incluídos dentro de cada sensor de posição 102, 202. Por exemplo, cada sensor de posição 102, 202 pode incluir um magnetômetro, um dispositivo giroscópico, um dispositivo de gravidade, ou qualquer outro tipo de dispositivo que mede a orientação. Essas medições podem ser tomadas com base em campos magnéticos, gravidade, ou no eixo de rotação da Terra. Essa redundância pode permitir leituras direcionais em qualquer posição.Vários dispositivos também podem ser usados para cruzar as medições.

[0038] Além disso, os sensores de posição 102, 202 podem indicar a quantidade (Φr — Φb) por meio de qualquer método, com ou sem o uso de vetores 104b, 104r, 204b, 204r que irradiam a partir da linha central 106. Por exemplo, os sensores de posição 102, 202 podem indicar a posição relativa por meio de alcance sônico, giroscópios que buscam o norte, vários instrumentos direcionais, ou qualquer outro meio capaz de comunicar a posição do primeiro sensor de posição 102 em relação ao segundo sensor de posição 202. Uma vez que a quantidade (Φr — Φb) pode ser medida em qualquer ponto fora da linha central 106, os sensores de posição 102, 202 podem estar em uma superfície interna, uma superfície externa, ou dentro de uma parede da ferramenta de medição 100.

[0039] A determinação do torque pode ser baseada em um único ponto medido no tempo, ou ela pode usar uma média de medições do sensor tomadas ao longo de um período de tempo. Na verdade, durante uma operação no fundo do poço, muitas medições podem ser tomadas e ter sua média calculada, ou de outra forma analisadas para encontrar o torque incremental T. Essas medições podem refletir um torque incremental constante, ou essas medições podem refletir um torque incremental em mudança. Alguém versado na técnica reconhecerá que o número de medições necessárias para a precisão estatística pode variar, dependendo das condições reais.

[0040] Cada sensor de posição 102, 202, sensor de flexão 111, e sensor de força 113 pode prover um sinal representativo da propriedade medida para um circuito lógico 502 localizado na ferramenta de medição 100 ou para o sistema de controle 50 localizado na superfície da Terra, que, por sua vez, pode calcular o torque incremental T a partir dos dois sensores de posição 102, 202, momentos de flexão do(s) sensor(es) de flexão 111, e a força axial a partir do(s) sensor(es) de força 113.

[0041] A Figura 6 ilustra geralmente um método para perfurar um furo de poço com modelagem de perfuração melhorada e estimativa de estiramento e torção da coluna de perfuração de acordo com uma modalidade.Na etapa 250, um primeiro valor calculado 270 de um parâmetro associado com um local em particular ao longo da coluna de perfuração 32 disposta no furo de poço 60 (Figura 1) é calculado usando o modelo matemático 300. O modelo matemático inclui o fator matemático 280. O primeiro valor calculado 270 é uma função de pelo menos o fator matemático 280 quando o fator matemático 280 tem uma magnitude original inicial 282. Pelo menos um sensor 290 é carregado pela coluna de perfuração 32 (Figura 1) em ou próximo ao local em particular, e na etapa 252 o sensor 290 mede uma propriedade relacionada com o parâmetro. Na etapa 254, um primeiro valor medido 274 do dito parâmetro é determinado usando a propriedade medida. Na etapa 256, o primeiro valor calculado 270 é comparado com o primeiro valor medido 274, e a magnitude do fator matemático 280 é corrigida na etapa 258 para uma magnitude ajustada 284 com base na comparação do primeiro valor calculado 270 com o primeiro valor medido 274. O processo é então repetido. Ou seja, como ilustrado pela etapa 259, um segundo valor calculado 279 do parâmetro associado com o local em particular na coluna de perfuração 32 (Figura 1) é calculado usando o modelo matemático 300 com o fator matemático 280 com a magnitude ajustada ou corrigida 284. De acordo com esse método, o segundo valor calculado 279 deve estar mais próximo do primeiro valor medido 274 do que estava o primeiro valor calculado 270. Conforme a iteração subsequente progride, os valores calculados devem se aproximar da convergência com os valores medidos.

[0042] A Figura 7 ilustra um método para melhorar a modelagem de perfuração e estimar o estiramento e torção da coluna de perfuração de acordo com uma modalidade.A Figura 8 ilustra uma estrutura de dados de um modelo matemático de perfuração 300 e a ferramenta de medição 100 usada no método da Figura 7 de acordo com uma modalidade. Em referência a ambas as Figuras 7 e 8, na etapa 200, uma simulação de perfuração é desempenhada usando o modelo matemático 300.

[0043] O modelo de perfuração 300 pode ser um modelo de torque- arraste, o qual pode ser ou o qual pode incluir aspectos de um modelo de torque-arraste existente conhecido na técnica. Um modelo seminal, no qual se baseia a maioria das outras chamadas variantes melhoradas ou mais sofisticadas, é referido como um modelo de coluna macia. O modelo de coluna macia considera todo o comprimento da coluna de perfuração como sendo suficientemente macio de modo que a rigidez da coluna de perfuração não seja levada em consideração. Em particular, o modelo de coluna macia assume que a coluna de perfuração está em contato contínuo com o furo de poço e ignora a presença de forças de cisalhamento na coluna de perfuração em seus cálculos de equilíbrio de força. Uma vez que o modelo de coluna macia ignora os efeitos da rigidez da coluna de perfuração e limpeza do furo de poço, ele é geralmente caracterizado por sensibilidade reduzida a curvaturas locais do furo de poço, e, consequentemente, pode subestimar os valores de torque e arraste.

[0044] Outros modelos de torque-arraste, tais como o modelo de coluna dura, incorporam a correção da rigidez no modelo básico de coluna macia. Uma técnica determina a rigidez das porções adicionais da coluna de perfuração e usa essa informação, juntamente com a limpeza do furo de poço e a trajetória do furo de poço, para determinar os locais de contato entre a coluna de perfuração e as paredes laterais do furo de poço. A força de contato nesses locais determinados pode ser então calculada, levando em consideração todas as forças cinemáticas, externas, e internas significativas que atuam sobre essa porção adicional da coluna de perfuração. Técnicas de correção de rigidez fazem com que tal modelo preveja mais de perto o torque e arraste, particularmente conforme a rigidez da BHA aumenta, conforme a limpeza do furo de poço diminui, e conforme o caminho do furo de poço fica mais curvado. Esses modelos, no entanto, exigem informações específicas e detalhadas sobre o caminho do furo de poço e os coeficientes de atrito, que são difíceis de determinar, e eles são computacionalmente intensivos. Outros modelos matemáticos de torque-arraste, incluindo aqueles que usam técnicas de análise de elementos finitos, também podem ser adequados.

[0045] O modelo matemático 300 pode incluir dados operacionais estáticos ou quase estáticos 310, tais como propriedades magnéticas locais, pesquisas detalhadas de registro, densidade do fluido de perfuração e a configuração da BHA, por exemplo. O modelo matemático 300 também pode incluir dados operacionais 320 que são gerados e fornecidos a uma alta taxa de amostragem para o modelo 300 em tempo real ou em tempo quase real. Dados em tempo real 320 podem incluir informações de dados geométricos do furo de poço de tempo/profundidade, velocidade de rotação da coluna de perfuração, peso medido na superfície na broca, e diâmetro do furo de poço. Mais especificamente, as variáveis usadas no modelo matemático 300 podem incluir, sem limitação: propriedades do furo de poço, tais como a geometria do furo de poço; temperatura; atrito, incluindo coeficientes de atrito dinâmico e estático ao longo do furo de poço; pressões, viscosidades, densidades e taxas de fluxo dos fluidos dentro e fora da coluna de perfuração; propriedades dos materiais, tais como o módulo de elasticidade e resistência dos componentes da coluna de perfuração; diâmetros interno e externo ao longo do comprimento da coluna de perfuração 32 (Figura 1); torque e força aplicados na superfície; propriedades da ferramenta, tais como o comprimento, diâmetro externo, rigidez, diâmetro interno, e restrições de fluxo nas ferramentas que estiverem sendo transportadas pela coluna de perfuração, se houver; e, finalmente, velocidades axial e rotacional da coluna de perfuração.

[0046] A etapa 200 de desempenhar uma simulação de perfuração através da execução do modelo matemático 300 pode incluir uma sub-etapa 202 de cálculo dos momentos de flexão ao longo da coluna de perfuração 32. Dentro dos elementos de cálculo usados, o modelo 300 inclui um fator de limite de deformação 332 que afeta o cálculo dos momentos de flexão.

[0047] Dentre os momentos de flexão calculados ao longo da coluna de perfuração 32, um momento de flexão calculado em particular corresponde à localização da ferramenta de medição 100.Isso é, ele representa de forma mais próxima a "flexão na broca". Esse momento de flexão 302 calculado em particular é comparado com um momento de flexão medido 372 determinado pela ferramenta de medição 100, como descrito a seguir com referência à etapa 232.

[0048] Na sub-etapa 204 da etapa 200, os momentos de flexão calculados podem ser usados para modelar a curvatura da coluna de perfuração 32 através do equilíbrio dos momentos em vários nós definidos ao longo do comprimento da coluna de perfuração. Por exemplo, a Figura 9 ilustra duas seções de feixe, uma seção de feixe "anterior" 400 e uma seção de feixe "atual" 402, com um nó central "atual" n definido na interseção das duas seções de feixe. As outras extremidades das seções de feixe anterior e atual 400, 402 definem o nó "anterior" n-1 e o "próximo" nó n+1, respectivamente. A seção de feixe anterior 400 tem um comprimento conhecido Ln-1 e está sujeita a uma força axial média conhecida Pn-1. Do mesmo modo, a seção de feixe atual 402 tem um comprimento conhecido Ln e é submetida a uma força axial média conhecida Pn.

[0049] Uma solução de nó simples é ilustrada mantendo-se as extremidades distais das seções de feixe 400, 402 fixas e permitindo ao nó central n liberdade para se movimentar tanto em ângulo θn quanto em deslocamento Dn. Isto é, o nó anterior n-1 é mantido encastré, orientado em um ângulo conhecido θn-1, deslocado em uma distância conhecida Dn-1, e sujeito a um momento interno M0. O próximo nó n+1 também é mantido encastré, mas está orientado em um ângulo desconhecido θn+1, deslocado em uma distância desconhecida Dn+1, e sujeito a um momento interno M3. O nó atual n não é fixo, orientado em um ângulo desconhecido θn, deslocado em uma distância desconhecida Dn , e sujeito a momentos internos conhecidos M2 e M3, momento externo Ms e força externa Fs. O saldo de momento no nó atual n é dado como:M0=FSLn-1(θn-1+Cn-1θn+(1+Cn-1)(Dn-Dn-1)/Ln-1) (Equação 3)onde Cn-1 é um fator de transição para a transferência de momento.

[0050] Esse saldo de momento pode ser resolvido para determinar, para o nó atual n, o ângulo θn e o deslocamento Dn, enquanto se considera a rigidez do feixe para as seções de feixe 400, 402. A rigidez do feixe Ks é dada como:Ks = 4EI/L (Equação 4)onde E é o módulo de elasticidade, I é o momento de inércia de área da seção transversal do feixe, e L é o comprimento da seção de feixe.

[0051] Em referência novamente às Figuras 7 e 8, simultaneamente com o saldo de momento, a força total exercida sobre a coluna de perfuração 32 (Figura 1) é calculada na sub-etapa 206. Dentro dos elementos usados para calcular a força total, o modelo matemático 300 inclui um fator de atrito 336 que afeta o cálculo da força total.

[0052] Nas sub-etapas 204 e 206, o sistema de equações para determinar tanto a curvatura da coluna de perfuração quanto a força total pode ser resolvido por iteração até que seja obtida uma convergência entre os parâmetros calculados.

[0053] Tendo, assim, calculado a força total da coluna de perfuração, um peso calculado sobre o valor da broca 306 é comparado com o peso medido no valor da broca 376 determinado pela ferramenta de medição 100, como descrito a seguir com referência à etapa 236.

[0054] A sub-etapa 208 da etapa 200 representa o cálculo dos valores de torque ao longo da coluna de perfuração 32. O torque incremental T pode variar ao longo do comprimento da coluna de perfuração 32. Isso pode ocorrer, por exemplo, quando uma porção da coluna de perfuração entra em atrito com a formação, ou de outra forma experimenta ligação, o que pode causar um torque incremental muito baixo em uma porção da coluna de perfuração 32, ao mesmo tempo em que faz com que outra porção da coluna de perfuração experimente torque incremental muito elevado. Por conseguinte, o modelo matemático 300 pode levar em conta uma melhor estimativa da verdadeira trajetória do furo de poço, a qual pode ser descrita por um conjunto de valores de inclinação e azimute versus profundidade que podem ser determinados através do cálculo da curvatura da coluna de perfuração na sub-etapa 204.

[0055] Dentro dos elementos usados para calcular o torque, o modelo matemático 300 inclui um fator de tortuosidade 338 que afeta o cálculo do torque incremental.

[0056] Com o torque incremental ao longo da coluna de perfuração 32 assim calculado, um torque calculado em particular corresponde à localização da ferramenta de medição 100. Isto é, ele representa de forma mais próxima o "torque na broca." Esse torque calculado em particular 308 é comparado com o torque medido na broca 378 determinado pela ferramenta de medição 100, como descrito a seguir com referência à etapa 238.

[0057] Na etapa 220, a qual pode ocorrer ao mesmo tempo e de forma independente da execução do modelo matemático 300 da etapa 200, a ferramenta de medição 100 mede um valor do momento de flexão 372 na broca, um peso no valor da broca 376, e um torque sobre o valor da broca 378, como descrito acima. Esses valores são providos ao sistema de controle 50 que está executando o modelo matemático 300.

[0058] Na etapa 230, o modelo matemático 300 pode ser calibrado em tempo real ou em tempo quase real usando o valor medido de flexão na broca 372, o valor medido do peso sobre a broca 376, e o valor do torque sobre a broca 378 para refinar iterativamente os elementos de modelagem. Em particular, na sub-etapa 232, se o valor calculado de flexão na broca 302 diferir em mais de um valor de momento de flexão predeterminado do valor medido de flexão na broca 372, então o fator de limite de deformação 332 poderá ser ajustado de modo a trazer um valor subsequentemente calculado de flexão na broca em equivalência com o valor medido de flexão na broca 372. Na sub-etapa 236, se o peso calculado no valor da broca 306 diferir em mais de um valor de peso predeterminado do peso medido no valor da broca 372, então o fator de atrito 336 poderá ser ajustado de modo a trazer um peso subsequentemente calculado no valor da broca em equivalência com o peso medido no valor da broca 372. De forma semelhante, na sub-etapa 238, se o torque calculado no valor da broca 308 diferir em mais do que um valor de torque predeterminado do torque medido no valor da broca 378, então o fator de tortuosidade 338 poderá ser ajustado de modo a trazer um torque subsequentemente calculado no valor da broca em equivalência com o torque medido no valor da broca 372.

[0059] Desse modo, o modelo matemático é calibrado de modo que a sua modelagem dos parâmetros na ferramenta de medição 100 esteja de acordo com os parâmetros reais medidos nesse local. Embora haja apenas um único ponto de verificação ao longo de toda uma coluna de perfuração alongada 32 (Figura 1), a calibração idealmente melhorará a precisão do modelo ao longo de todo o comprimento da coluna de perfuração. A calibração também deve melhorar a precisão do modelo matemático 300 no caso de a ferramenta de medição 100 falhar, e permite que os pressupostos e precisão de um modelo de perfuração sejam melhorados ao perfurar furos de poço subsequentes, mesmo sem o benefício de uma ferramenta de medição 100.

[0060] As sub-etapas 232, 236, e 238 podem ocorrer simultaneamente e de forma independente uma da outra, ou elas podem ocorrer em uma série em uma sequência particular, de modo que um valor calculado corresponda ao seu homólogo medido antes que as outras comparações sejam feitas e os fatores, ajustados. Além disso, embora o método e sistema descritos incorporem todas as três sub-etapas 232, 236, e 238, qualquer uma ou duas sub-etapas podem ser usadas sem a(s) sub-etapa(s) restante(s) para melhorar a precisão do modelo matemático 300.

[0061] Em vez de comparar os valores da flexão na broca na etapa 232, ou adicionalmente a isso, a própria curvatura da ferramenta de medição 100 pode ser calculada, e mudanças em azimute e inclinação ao longo do comprimento da ferramenta 100 podem ser calculadas. Esses valores podem ser comparados com os dados de curvatura e orientação produzidos pelo modelo matemático 300 que correspondem à ferramenta de medição, provendo, assim, um nível adicional de confiança na precisão do modelo.

[0062] O momento de flexão e a relação de curvatura podem ser dados como:

onde M é o momento de flexão medido na broca 372, K é a curvatura da ferramenta de medição 100, E é o módulo de Young, e I é o momento de inércia. A curvatura k pode ter as unidades de grau/100 pés ou grau/30 m, por exemplo.

[0063] A curvatura k pode ser calculada, e pode ser equacionada usando uma relação de fator de sinuosidade para permitir, assim, o cálculo da mudança de ângulo global ao longo do comprimento da ferramenta de medição 100, como segue.

onde δ representa o fator de sinuosidade, β é a mudança de ângulo global nasinuosidade ao longo da ferramenta de medição 100, e L é o comprimento da ferramenta de medição 100.

[0064] Tendo, assim, calculado a mudança de ângulo global β ao longo da ferramenta de medição 100, a mudança de inclinação e direção ao longo do comprimento da ferramenta de medição 100 pode ser determinada pela seguinte relação:β = arccos(cos Δεsenansena+cos a cos an) (Equação 7)onde β é o ângulo de flexão, α é a inclinação em radianos na extremidade superior da ferramenta de medição 100, αn é a inclinação na extremidade inferior da ferramenta de medição 100, e Δε é a mudança de direção (por exemplo, azimute) da extremidade superior até a extremidade inferior da ferramenta de medição 100. Esses dados de inclinação e direção produzidos pela ferramenta de medição 100 podem ser diretamente comparados com os dados de curvatura relevantes modelados na etapa 204.

[0065] Em referência novamente à etapa 200, a execução do modelo matemático 300 inclui a sub-etapa 210 de estimar o estiramento ou alongamento da coluna de perfuração 32 (Figura 1). Em uma modalidade, o desempenho da sub-etapa 210 não ocorre até depois de o modelo matemático 300 ter sido totalmente calibrado na etapa 230, de modo que a sua modelagem dos parâmetros que afetam a ferramenta de medição 100 estejam de acordo com os parâmetros reais medidos nesse local. Desse modo, o modelo usado para calcular o estiramento da coluna de perfuração será mais preciso antes de a largura de banda do processador ser gasta no cálculo. No entanto, em uma modalidade alternativa, o estiramento é calculado na sub-etapa 210, independentemente da etapa de calibração 230, e é simplesmente recalculado com maior precisão durante cada iteração subsequente da etapa 200.

[0066] O estiramento ou alongamento total da coluna de perfuração inclui quatro componentes principais: estiramento devido à força axial, estiramento devido a efeito de pressão (ou seja, inchamento), estiramento devido à deformação, e estiramento devido a mudanças de temperatura, como segue:Δ Lestiramento = ΔL a + Δ Lp + Δ Lb + ΔLt (EquaÇãO 8)onde ΔLestiramento é o estiramento total, a ΔLa é o estiramento devido à força axial, ΔLp é o estiramento devido à pressão, ΔLb é o estiramento devido à deformação e ΔLt é o alongamento devido à mudança de temperatura.

[0067] O cálculo do alongamento devido à carga axial é baseado na Lei de Hooke e consiste na mudança no comprimento devido à carga constante na coluna de perfuração e na mudança no comprimento devido à mudança linear na carga axial. É dada por:

onde FT é a força axial de tensão verdadeira que atua no ponto de referência determinado pelo método de área de pressão, ΔF é a mudança na força axial de área de pressão ao longo do comprimento do componente L, A é a área da seção transversal do componente, e E é o módulo de Young do material docomponente.

[0068] Um efeito de inchamento causa o alongamento da coluna devido à pressão diferencial do interior para o exterior da coluna de perfuração, a qual é dada pela seguinte equação:

onde ΔLp é a mudança no comprimento devido ao mecanismo de inchamento,Lp é o comprimento do elemento de componente da coluna de perfuração, R é a razão do diâmetro externo do componente para o diâmetro interno, E é o módulo de Young do material do componente, v é a razão de Poisson do material do componente, ps é a densidade da lama no interior do componente da coluna de perfuração, p- é a densidade da lama no anel na profundidade do componente da coluna de perfuração, Ps é a pressão superficial na lateral da coluna de perfuração, e Pa é a pressão superficial na lateral do anel.

[0069] Em referência novamente à Figura 1, em um furo de poço vertical, a coluna de perfuração 32 tende naturalmente a se suspender em linha reta para baixo, enquanto em um poço desviado, a coluna de perfuração fica naturalmente no lado de baixo do furo de poço. No entanto, uma vez que a coluna de perfuração 32 está confinada dentro do furo de poço 60, a aplicação de cargas de compressão suficientemente elevadas na coluna de perfuração 32, que pode incluir cargas térmicas e de pressão, pode fazer com que a coluna de perfuração 32 se deforme em um de dois estados. Em um furo de poço vertical, a deformação pode fazer com que a coluna de perfuração forme uma hélice, e em um poço desviado, a deformação pode fazer com que a coluna de perfuração tome uma configuração lateral em formato de S.

[0070] O estiramento devido à deformação está relacionado com tensão de deformação.De acordo com o modelo de deformação de Lubinski, a tensão de deformação eb é a mudança de comprimento de deformação por unidade de comprimento. Por conseguinte, ΔLb é dado pela seguinte fórmula:

onde z0 e z1 são definidos pela distribuição da força de deformação Fb.

[0071] A tensão de deformação é dada pela seguinte relação:

onde r é o raio interno da coluna de perfuração e θ é a taxa de mudança do ângulo de hélice induzido pela deformação da coluna de perfuração em relação ao comprimento da coluna de perfuração, em radianos/pé.

[0072] Para o caso de deformação lateral, o formato real da θ curvapode ser integrado numericamente para se obter a relação da Equação 13 abaixo, enquanto para um modo de deformação helicoidal, a tensão de deformação eb é dada pela Equação 14 abaixo.

onde E é o módulo de Young, I é o momento de inércia, r é o raio interno da coluna de perfuração, Fb é a força de deformação, e Fp é uma força de deformação de Paslay limiar, a qual depende da carga colocada na coluna de perfuração a partir dos pontos de contato com o furo de poço, o peso balizado distribuído da coluna de perfuração, e a inclinação, azimute, e rigidez de flexão da coluna de perfuração, entre outros fatores.

[0073] A força de deformação Fb é dada por:

onde Fb é a força de deformação em lbf, Fa é a força axial em lbf, pi é a pressão no interior da coluna de perfuração em psi, po é a pressão fora da coluna de perfuração em psi, ri é o raio interno da coluna de perfuração, e ro é o diâmetro externo da coluna de perfuração.

[0074] Finalmente, o estiramento induzido térmico é dado pela seguinte equação:

onde α é o coeficiente de expansão térmica, que é definido como o aumento fracionado do comprimento por unidade de aumento da temperatura, com unidades de in/in/F (com valores de 6,9 x 10-6 para o aço, 10,3 x 10-6 para o alumínio e 4,9 x 10-6 para o titânio), e Δt é a mudança de temperatura média em graus F.

[0075] Mais precisamente, o estiramento induzido térmico pode serdado de forma integral:

onde z é a profundidade medida e ΔL é o intervalo de cálculo medido.

[0076] Em referência novamente às Figuras 7 e 8, a etapa 200, a execução do modelo matemático 300, inclui a sub-etapa 212 de estimativa da torção total da coluna de perfuração 32 (Figura 1). Em uma modalidade, o desempenho da sub-etapa 212 não ocorre até depois de o modelo matemático 300 ter sido totalmente calibrado na etapa 230, de modo que a sua modelagem dos parâmetros que afetam a ferramenta de medição 100 estejam de acordo com os parâmetros reais medidos nesse local. Desse modo, o modelo usado para calcular a torção da coluna de perfuração será mais preciso antes de a largura de banda do processador ser gasta no cálculo. No entanto, em uma modalidade alternativa, a torção é calculada na sub-etapa 212, independentemente da etapa de calibração 230, e é simplesmente recalculado com maior precisão durante cada iteração subsequente da etapa 200.

[0077] A relação de torque e torção é dada como:

onde θ é o ângulo de torção em radianos (o qual pode ser maior do que 2π), Té o torque em pés.lbf., J é o momento polar de inércia (in.4), E G é o módulode rigidez em psi.

[0078] O módulo de rigidez G por sua vez é dado por:

onde E é o módulo de elasticidade em psi e v é a razão de Poisson.

[0079] Para uma coluna com várias seções n, o ângulo total de torção pode ser determinado pela soma das torções adicionais das seções, como

[0080] Como descrito acima, a ferramenta de medição 100 determina o valor do torque na broca 378 através da medição do ângulo entre os sensores de posição 102 e 202 e usando a Equação 1 para calcular o torque. Na sub-etapa 230, o torque calculado sobre a broca 308 a partir do modelo matemático 300 é comparado com o valor medido do torque sobre a broca 378. No entanto, em uma modalidade, a torção ((/)>■ - 0b) entre os sensores de posição 102 e 202 pode ser comparada diretamente com a torção modelada calculada na sub-etapa 212 que corresponde com a ferramenta de medição 100, adicionalmente a ou em vez da comparação de torques, e o fator de tortuosidade 338 ajustado em conformidade.

[0081] Em resumo, o método para a perfuração de um furo de poço, o método para a estimativa de uma condição de uma coluna de perfuração, e um sistema de perfuração foram descritos. Modalidades do método para a perfuração de um furo de poço podem geralmente incluir o cálculo de um primeiro valor calculado de um parâmetro associado com um local ao longo de uma coluna de perfuração disposta no furo de poço usando um modelo matemático, o modelo matemático incluindo um fator matemático, o primeiro valor calculado sendo uma função pelo menos do fator matemático quando o fator matemático tiver uma magnitude inicial; a medição por pelo menos um sensor que é carregado pela coluna de perfuração no local de uma propriedade relacionada ao parâmetro; a determinação de um valor medido do parâmetro usando a propriedade medida; a atribuição de uma magnitude corrigida para o fator matemático com base em uma comparação entre o primeiro valor calculado e o valor medido; e então o cálculo de um segundo valor calculado do parâmetro associado com o local na coluna de perfuração usando o modelo matemático com o fator matemático com a magnitude corrigida; em que o segundo valor calculado está mais próximo do valor medido do que do primeiro valor calculado. Modalidades do método para estimar uma condição de uma coluna de perfuração podem incluir geralmente calcular um peso, um torque e um momento de flexão em um ponto distal na coluna de perfuração em um primeiro momento no tempo usando um modelo matemático, o modelo matemático incluindo um fator de atrito, um fator de tortuosidade e um fator de limite de deformação; prover uma ferramenta de medição disposta na coluna de perfuração próxima ao ponto distal; medir, pela ferramenta de medição, um peso, um torque e um momento de flexão próximo ao ponto distal no ou próximo ao primeiro momento no tempo; comparar o peso medido com o peso calculado; ajustar o fator de atrito se o peso calculado diferir do peso medido em um valor de peso predeterminado; comparar o torque medido com o torque calculado; ajustar o fator de tortuosidade se o torque calculado diferir do torque medido em um valor de torque predeterminado; comparar o momento de flexão medido com o momento de flexão calculado; ajustar o fator de limite de deformação se o momento de flexão calculado diferir do momento de flexão medido em um valor predeterminado de momento de flexão; e calcular um peso, um torque e um momento de flexão no ponto distal em um segundo momento usando o modelo matemático com pelo menos um dentre o grupo consistindo no fator de atrito ajustado, no fator de tortuosidade ajustado e no fator de limite de deformação ajustado. Modalidades do sistema de perfuração podem ter geralmente uma coluna de perfuração que carrega uma broca de perfuração em uma extremidade distal; um aparato operável para girar e transladar a coluna de perfuração; uma ferramenta de medição disposta ao longo da coluna de ferramenta e operável para medir uma propriedade que é indicativa do valor medido de um parâmetro de perfuração na ferramenta de medição; e um sistema de controle arranjado para a execução de um modelo de perfuração matemático, o modelo sendo operável para calcular iterativamente valores calculados do parâmetro de perfuração na ferramenta de medição e ajustar um fator de modelagem de modo que os valores calculados convirjam com o valor medido.

[0082] Qualquer uma das modalidades anteriores pode incluir qualquer um dos seguintes elementos ou características, isolados ou em combinação um com o outro: posicionar uma ferramenta de medição ao longo da coluna de perfuração no local; a ferramenta de medição incluindo o pelo menos um sensor; a ferramenta de medição inclui pelo menos um primeiro e um segundo sensores de posição, um sensor de força, e um sensor de flexão; o parâmetro é um dentro o grupo consistindo em um torque, uma torção, uma força axial, uma posição, um azimute, uma inclinação, e um momento de flexão; o local é próximo a uma extremidade distal da coluna de perfuração; o parâmetro é torque na broca; o fator matemático é um fator de tortuosidade; medir uma mudança na posição angular entre o pelo menos um sensor e um segundo sensor devido à aplicação de um torque incremental na coluna de perfuração; o pelo menos um sensor e o segundo sensor sendo separados por uma distância axial predeterminada; calcular o torque na broca a partir da mudança na posição angular; o local está próximo à extremidade distal da coluna de perfuração; o parâmetro é peso sobre a broca; o fator matemático é um fator de atrito; o parâmetro é flexão na broca; o fator matemático é um fator de limite de deformação; estimar, usando o modelo matemático com o segundo valor calculado, pelo menos um dentre o grupo consistindo em um alongamento da coluna de perfuração e uma torção da coluna de perfuração; calcular iterativamente valores calculados do parâmetro; determinar iterativamente valores medidos do parâmetro; comparar iterativamente os valores calculados com os valores medidos; ajustar iterativamente o fator matemático; o modelo matemático é um modelo de perfuração de torque- arraste; desenvolver um plano de perfuração; perfurar uma primeira porção do furo de poço de acordo com o plano de perfuração; ajustar o plano de perfuração com base no segundo valor calculado; perfurar uma segunda porção do furo de poço de acordo com o plano de perfuração ajustado; calcular um alongamento da coluna de perfuração usando o modelo matemático com pelo menos um dentre o grupo consistindo no fator de atrito ajustado, o fator de tortuosidade ajustado, e o fator de limite de deformação ajustado; calcular uma torção da coluna de perfuração usando o modelo matemático com pelo menos um dentre o grupo consistindo no fator de atrito ajustado, no fator de tortuosidade ajustado, e no fator de limite de deformação ajustado; a ferramenta de medição inclui um primeiro e um segundo sensores de posição e é arranjada para medir uma torção angular ao longo da ferramenta de medição; o parâmetro de perfuração é um torque na broca; o fator de modelagem é um fator de tortuosidade; a ferramenta de medição inclui pelo menos um sensor de flexão e é arranjada para medir um momento de flexão na ferramenta de medição; o parâmetro de perfuração é flexão na broca; o fator de modelagem é um fator de limite de deformação; a ferramenta de medição inclui pelo menos um sensor de força e é arranjada para medir uma força na ferramenta de medição; o parâmetro de perfuração é peso na broca; o fator de modelagem é um fator de atrito; a ferramenta de medição é capaz de se comunicar com o sistema de controle por meio de um sistema de telemetria de furo de poço; e o sistema de controle é arranjado para executar o modelo de perfuração matemático em tempo real.

[0083] O Resumo da divulgação é exclusivamente para prover ao Escritório de Patentes e Marcas dos Estados Unidos e ao público em geral uma forma pela qual determinar rapidamente, a partir de uma rápida leitura, a natureza e essência da divulgação técnica, e ele representa apenas uma ou mais modalidades.

[0084] Embora várias modalidades tenham sido ilustradas em detalhes, a divulgação não está limitada às modalidades mostradas. Modificações e adaptações das modalidades acima podem ocorrer àqueles versados na técnica. Tais modificações e adaptações estão no espírito e escopo da divulgação.

Claims

1. Método para perfurar um furo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende: calcular (250) um primeiro valor de um torque incremental (T) associado a um local ao longo de uma coluna de perfuração (32) disposta no furo de poço (60) usando um modelo de perfuração matemático (300), o primeiro valor calculado (270) sendo uma função de um ângulo de torção da coluna de perfuração (32) resultante de uma força de rotação aplicada à coluna de perfuração (32); adquirir (252) a partir de pelo menos um sensor (290) carregado pela coluna de perfuração (32), medidas (274) relacionadas ao torque incremental (T) aplicado ao local ao longo da coluna de perfuração (32) enquanto uma primeira porção do furo de poço (60) é perfurada de acordo com o plano de perfuração determinar (254) um valor real de torque incremental (T) em um local ao longo da coluna de perfuração (32), baseado nas medidas adquiridas (274); ajustar (256) o modelo de perfuração matemático (300) com base em uma comparação do primeiro valor calculado (270) com o primeiro valor medido (274); e então calcular (259) um segundo valor (279) de torque incremental associado com o local na coluna de perfuração (32) usando o modelo de perfuração matemático (300) ajustado, em que o segundo valor calculado (279) é mais próximo do valor atual (274) do que o primeiro valor calculado (270); ajustar o plano de perfuração com base no segundo valor calculado (279); e controlar operações de perfuração para uma segunda porção do furo de poço (60) de acordo com o plano de perfuração ajustado.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: posicionar uma ferramenta de medição (100) no referido local ao longo da coluna de perfuração (32), a ferramenta de medição (100) incluindo pelo menos um sensor (290).

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que: a ferramenta de medição (100) inclui pelo menos um dentre um primeiro e um segundo sensores de posição (102, 202), um sensor de força (113), e um sensor de flexão (111).

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o parâmetro é um dentre o grupo consistindo em um torque, uma torção, uma força axial, uma posição, um azimute, uma inclinação, e um momento de flexão.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o local é próximo a uma extremidade distai da coluna de perfuração (32); e o torque incremental (T) é um torque na broca (93).

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: medir uma mudança na posição angular entre o pelo menos um sensor (290) e um segundo sensor (290) devido a uma aplicação de torque incremental (T) na coluna de perfuração (32), o pelo menos um sensor (290) e o segundo sensor (290) sendo separados por uma distância axial predeterminada; e calcular o torque na broca (93) a partir da mudança de posição angular.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: estimar, usando o modelo de perfuração matemático (300) ajustado com o segundo valor calculado (279) e pelo menos um de um grupo consistindo em: um alongamento da coluna de perfuração (32) e uma torção da coluna de perfuração (32).

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o modelo de perfuração matemático inclui um fator matemático (280) para calcular valores de um parâmetro adicional associado ao local ao longo da coluna de perfuração (32), o método compreendendo adicionalmente: calcular iterativamente os valores calculados do parâmetro adicional; determinar iterativamente os valores medidos do parâmetro adicional; comparar iterativamente os valores calculados com os valores medidos do parâmetro adicional; e ajustar iterativamente o fator matemático (280).

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o modelo matemático (300) é um modelo de perfuração de torque-arraste.

10. Sistema de perfuração (20), caracterizado pelo fato de que compreende uma coluna de perfuração (32) que carrega uma broca de perfuração (93) em uma extremidade distai; um aparato que é operável para girar e transladar a coluna de perfuração (32); uma ferramenta de medição (100) disposta ao longo da coluna de perfuração (32) e que é operável para medir uma propriedade que é indicativa do valor medido de forque incremental (T) em um local da ferramenta de medição (100) ao longo da coluna de perfuração (32); e um sistema de controle (50) que é arranjado para executar um modelo de perfuração matemático (300), o modelo sendo operável para calcular iterativamente valores de torque incremental (T) da coluna de perfuração (32) em um local na ferramenta de medição (100) e ajustar o modelo de perfuração matemático (300) de modo que os valores calculados convirjam com o valor medido, em que os valores de torque incremental (T) são calculados como função de um ângulo de torção da coluna de perfuração (32) resultantes de uma força de rotação aplicada à coluna de perfuração (32).

11. Sistema de perfuração (20) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que: a ferramenta de medição (100) inclui um primeiro e um segundo sensores de posição (102, 202) e é arranjada para medir uma torção angular ao longo da ferramenta de medição (100); e o parâmetro de perfuração é um torque na broca (93).

12. Sistema de perfuração (20) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que: a ferramenta de medição (100) é capaz de se comunicar com o sistema de controle (50) por meio de um sistema de telemetria de furo de poço.

13. Sistema de perfuração (20) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que: o sistema de controle (50) é arranjado para executar o modelo de perfuração matemático (300) em tempo real.