BR112016025637B1

BR112016025637B1 - Sistema para fornecer um controle de processo de perfuração

Info

Publication number: BR112016025637B1
Application number: BR112016025637-9A
Authority: BR
Inventors: Dmitriy Dashevskiy
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2022-07-19
Also published as: CA2948371C; CA2948371A1; BR112016025637A8; EP3143243A1; SA115360543B1; BR112016025637A2; US20150330201A1; WO2015175901A1; US9909406B2; EP3143243A4; EP3143243B1

Abstract

ENTREGA AUTOMATIZADA DE SERVIÇOS DE CONSTRUÇÃO DE FURO DE POÇO. Trata-se de um sistema e um método para fornecer um serviço de perfuração. O sistema inclui um processador para identificar duas ou mais tarefas associadas ao serviço e um ou mais procedimentos associados a cada uma dentre a uma ou mais tarefas. O sistema inclui também uma interface de saída para emitir comandos para concluir o um ou mais procedimentos associados a cada uma dentre as duas ou mais tarefas, sendo que os comandos são direcionados para intervenientes que concluem o um ou mais procedimentos, sendo que os intervenientes incluem uma ferramenta de interior de poço, uma ferramenta de superfície ou um operador humano.

Description

Referência Cruzada a Pedidos Relacionados

[0001] Este pedido reivindica o benefício sobre o Pedido no U.S. 14/279995, depositado em 16 de maio de 2014, incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência.

Antecedentes

[0002] Os esforços de produção e exploração poço abaixo envol vem o posicionamento de uma variedade de sensores e ferramentas. Os sensores podem fornecer informações sobre o ambiente no fundo de poço, por exemplo, mediante o fornecimento de medições de temperatura, densidade e resistividade, entre muitos outros parâmetros. Outras ferramentas podem estar na superfície como, por exemplo, bombas ou acionador de topo. Essas informações podem ser usadas para controlar aspectos de perfuração e ferramentas ou sistemas localizados na composição de fundo, ao longo da coluna de perfuração, ou sobre a superfície.

Sumário

[0003] De acordo com uma modalidade da invenção, um sistema para fornecer um serviço de perfuração, sendo que o serviço corresponde a um objetivo, inclui um processador configurado para identificar duas ou mais tarefas associadas ao serviço e um ou mais procedimentos associados a cada uma dentre as duas ou mais tarefas; e uma interface de saída configurada para emitir comandos para concluir o um ou mais procedimentos associados a cada uma dentre as duas ou mais tarefas, sendo que os comandos são direcionados a intervenientes que concluem o um ou mais procedimentos, sendo que os intervenientes incluem uma ferramenta de fundo de poço, uma ferramenta de superfície ou um operador humano.

[0004] De acordo com uma outra modalidade da invenção, um mé todo para fornecer um serviço de perfuração, sendo que o serviço cor-responde a um objetivo, inclui identificar, com o uso de um processador, duas ou mais tarefas exigidas para fornecer o serviço; identificar um ou mais procedimentos associados à conclusão de cada uma dentre as duas ou mais tarefas; e emitir comandos para concluir o um ou mais procedimentos associados a cada uma dentre as duas ou mais tarefas, sendo que os comandos são direcionados a intervenientes que concluem o um ou mais procedimentos, sendo que os intervenientes incluem uma ferramenta de fundo de poço, uma ferramenta de superfície ou um operador humano.

Breve descrição das Figuras

[0005] Agora com referência aos desenhos em que elementos si milares serão numerados de modo similar nas várias Figuras:

[0006] A Figura 1 é uma vista em corte transversal de um sistema de fundo de poço de acordo com uma modalidade da invenção;

[0007] A Figura 2 é uma vista em corte transversal de um sistema de fundo de poço de acordo com uma modalidade da invenção;

[0008] A Figura 3 é um diagrama de blocos de um sistema de con trole de supervisão exemplificativo 300 para fornecer um serviço, de acordo com as modalidades da invenção;

[0009] A Figura 4 é um fluxograma funcional de um sistema de controle de supervisão exemplificativo de acordo com uma modalidade da invenção; e

[00010] A Figura 5 é um fluxograma de processo de um método para fornecer um serviço no fundo de poço, de acordo com as modalidades da invenção.

Descrição detalhada

[00011] Conforme observado acima, uma ferramenta individual pode ser controlada com o uso de medições a partir de um ou mais sensores. Essa abordagem de controle orientado por tarefa trata cada ferramenta de fundo de poço individualmente. Uma abordagem diferente focalizada na realização de um objetivo é descrita na presente invenção. De acordo com essa abordagem alternativa, as atividades de perfuração (por exemplo, perfuração, manobra, retificação, etc.) e atividades de informações são tratadas como serviços que são controlados com base no objetivo identificado. Em vez de um controle orientado por tarefa de uma ferramenta (por exemplo, vibração de uso e outras medições de sensor para controlar a operação de perfuração), o controle orientado por serviço é detalhado no presente documento, com uma discussão específica de serviços de perfuração. As modalidades dos sistemas e métodos descritos no presente documento se referem ao fornecimento de um serviço de perfuração mediante o controle de intervenientes para concluir as tarefas (de fundo de poço e superfície) envolvidas na realização do objetivo. As tarefas exemplificativas incluem obter uma medição de sensor ou ajustar uma trajetória de perfuração.

[00012] A Figura 1 é uma vista em corte transversal de um sistema de fundo de poço de acordo com uma modalidade da invenção. O sistema e disposição mostrados na Figura 1 são um exemplo para ilustrar o ambiente de fundo de poço. Embora o sistema possa operar em qualquer ambiente de subsuperfície, a Figura 1 mostra ferramentas de fundo de poço 10 dispostas em furo de poço 2 que penetra a terra 3. As ferramentas de fundo de poço 10 são dispostas no furo de poço 2 em uma extremidade distal de um transportador 5, conforme mostrado na Figura 1, ou em comunicação com o furo de poço 2, conforme mostrado na Figura 2. As ferramentas de fundo de poço 10 podem incluir ferramentas de medição 11 e circuito eletrônico de fundo de poço 9 configurado para realizar um ou mais tipos de medições em uma modalidade conhecida como perfilagem durante a perfuração (LWD - Logging-While-Drilling) ou medição durante a perfuração (MWD - Measu rement-While-Drilling). De acordo com a modalidade de LWD/MWD, o transportador 5 é uma coluna de perfuração que inclui uma composição de fundo (BHA) 13. A BHA 13 é uma parte da plataforma de perfuração 8 que inclui comandos, estabilizadores, retificadores e similares, e a broca de perfuração 7. As medições podem incluir medições relacionadas à operação da coluna de perfuração, por exemplo. Uma plataforma de perfuração 8 é configurada para conduzir operações de perfuração, como girar a coluna de perfuração e, assim, a broca de perfuração 7. A plataforma de perfuração 8 também bombeia fluido de perfuração através da coluna de perfuração a fim de lubrificar a broca de perfuração 7 e descarregar cascalhos a partir do furo de poço 2. As informações e/ou dados brutos processados pelo circuito eletrônico de fundo de poço 9 podem ser monitorados por telemetria até a superfície para o processamento ou exibição adicional por meio de um sistema de computação 12. Os sinais de controle de perfuração podem ser gerados pelo sistema de computação 12 e transportados no fundo de poço ou podem ser gerados dentro do circuito eletrônico de fundo de poço 9 ou por meio de uma combinação dos dois, de acordo com as modalidades da invenção. O circuito eletrônico de fundo de poço 9 e o sistema de computação 12 podem incluir, cada um, um ou mais processadores e um ou mais dispositivos de memória. Nas modalidades alternativas, os recursos de computação, como o circuito eletrônico de fundo de poço 9, sensores e outras ferramentas podem estar situados ao longo do transportador 5 em vez de estarem situados na BHA 13, por exemplo. O furo de poço 2 pode ser vertical conforme mostrado.

[00013] A Figura 2 é uma vista em corte transversal de um sistema de fundo de poço de acordo com uma modalidade da invenção. A Figura 2 ilustra duas alternativas exemplificativas da Figura 1. Em uma modalidade chamada de perfuração direcional, o furo de poço 2 pode não ser vertical, mas, em vez disso, pode se estender em uma forma- ção 4 em um ângulo, conforme mostrado, ou uma combinação de ângulos para formar uma trajetória de poço. Além disso, uma vez que as operações de perfuração são concluídas, o transportador 5 pode ser, por exemplo, um cabo de aço blindado em uma modalidade conhecida como perfilagem de cabo de aço. A modalidade mostrada na Figura 2 pode envolver algumas dentre as mesmas ferramentas de fundo de poço 10 mostradas na Figura 1, bem como ferramentas adicionais. Algumas ferramentas de fundo de poço 10 exemplificativas incluem ferramentas de ressonância magnética nuclear (RMN), ferramentas de medição de vibração, dispositivos de medição de resistividade de formação, grades de Bragg em fibra (FBGs - fiber Bragg gratings) usadas em conjunto com uma fonte de luz (por exemplo, laser), ferramentas de pré-leitura acústica e sensores sísmicos.

[00014] A Figura 3 é um diagrama de blocos de um sistema de controle de supervisão exemplificativo 300 para fornecer um serviço, de acordo com as modalidades da invenção. O serviço pode ser mencionado de forma intercambiável como um processo ou controle de processo. O serviço fornecido pelo sistema de controle de supervisão 300 pode ser a realização de uma ação (por exemplo, perfuração direcional, conforme discutido abaixo). O serviço fornecido pelo sistema de controle de supervisão 300 através das diversas tarefas pode ser, em vez disso, o fornecimento de informações. As informações podem ser usadas para determinar, por exemplo, objetivos subsequentes, as tarefas necessárias para alcançar os objetivos, prioridades de tarefa ou se uma tarefa ou procedimento planejado anteriormente é possível sob as condições existentes. O sistema de controle de supervisão 300 pode ser parte do circuito eletrônico de fundo de poço 9, do sistema de computação 12, ou uma combinação dos dois, e pode ser, alternativamente, um sistema independente e pode se comunicar com o circuito eletrônico de fundo de poço 9 e o sistema de computação 12. O sis- tema de controle de supervisão 300 inclui uma interface de entrada 310, um ou mais processadores 320, um ou mais dispositivos de memória 330 e uma interface de saída 340. O sistema de controle de supervisão 300 recebe informações sobre o serviço solicitado, bem como as entradas (por exemplo, a partir das ferramentas de fundo de poço 10, a partir de sensores de superfície, a partir de entrada de usuário) na interface de entrada 310. Parte ou toda a entrada pode ser armazenada no dispositivo de armazenamento 330. De acordo com uma modalidade, em que a execução de serviço é baseada em regra, o processador 320 pode acessar o dispositivo de armazenamento 330 para determinar as tarefas que correspondem ao serviço solicitado e entradas (repositório de serviços 430 discutido com referência à Figura 4). A determinação das tarefas exigidas para um certo processo pode ter como base, adicional ou alternativamente, um dado ou uma combinação de dados (por exemplo, a partir das ferramentas de fundo de poço 10) obtidos em tempo real, dados de planejamento e engenharia e informações sobre as melhores práticas. Isto é, as tarefas podem ser adicionadas ou modificadas dinamicamente com base nas condições em tempo real e em informações armazenadas referentes à melhor resposta ou mitigação para uma condição particular.

[00015] Por exemplo, o serviço solicitado pode ser a perfuração direcional com referência às formações que são perfuradas, conhecida como direcionamento geológico. Este serviço está associado a um objetivo de perfuração com uma trajetória que otimiza a colocação dentro de um reservatório ou zona geológica de interesse. O serviço pode ser fornecido em um dentre os vários modos, incluindo: controle autônomo, semiautônomo ou consultivo e manual ou de monitoramento. No modo autônomo, o sistema de controle de supervisão 300 lê os sensores direcionais e de avaliação de formação que estão situados dentro da coluna de perfuração e sobre a superfície, processa os dados e controla os in- tervenientes (ferramentas e pessoal) necessários para fornecer o serviço (executar o controle de processo) e alcançar o objetivo. No modo consultivo ou semiautônomo, o sistema de controle de supervisão 300 pode fornecer instruções ou informações (por exemplo, instruções passo a passo) para um operador que gerencia o todo das ferramentas e tarefas. No modo manual, o sistema de controle de supervisão 300 fornece informações para um operador (por exemplo, em um visor) e o operador controla a conclusão das tarefas para fornecer o serviço. No caso exemplificativo do serviço de direcionamento geológico, um modo autônomo é presumido para propósitos de ilustração. O sistema de controle de supervisão 300 determina as tarefas exigidas pelo processo. Por exemplo, o fornecimento do serviço de direcionamento geológico exige o controle de várias tarefas da plataforma de perfuração 8. Essas tarefas incluem a angulação da BHA 13 para alcançar a trajetória prede- finida, por exemplo. Quando (tal como é muitas vezes o caso) um pro-cesso está associado a mais de uma tarefa, as tarefas dentro do processo precisam ser priorizadas. Isso é especialmente necessário devido ao fato de que muitas tarefas usam os mesmos intervenientes (por exemplo, ferramentas, atividades, aplicações, pessoal) para realizar a tarefa. As ferramentas (componentes) que agem como intervenientes na realização de tarefas podem ser mencionadas como artefatos. As etapas dentro de uma tarefa podem ser mencionadas como procedimentos, e as regras que definem uma condição para iniciar um procedimento de uma tarefa para realizar um processo (serviço) podem ser mencionadas como gatilhos. Essa nomenclatura exemplificativa é usada para propósitos explicativos e não se destina a limitar de forma alguma as modalidades descritas no presente documento.

[00016] A Figura 4 é um fluxograma funcional de um sistema de controle de supervisão exemplificativo 300 de acordo com uma modalidade da invenção. O sistema de controle de supervisão 300 realiza uma série de funções, conforme mostrado, para preparar e iniciar a entrega de um serviço. Os artefatos (ferramentas que estão entre os intervenientes usados para fornecer o serviço) precisam ser descritos de uma forma que os mesmos possam ser mencionados para concluir procedimentos. Dessa forma, com base na descrição de artefatos (403), um repositório de ontologia de artefato 410 é criado para chamar um certo artefato com seus dados e comandos em tempo de execução. Uma função para definir procedimentos e gatilhos (405) é usada para criar um repositório de procedimentos 420. Os gatilhos exemplificativos incluem um evento, profundidade ou tempo especificado. Um evento pode ser previsto (por exemplo, a entrada em um reservatório ou encontro de uma desconformidade de formação) ou imprevisto (por exemplo, vibração ou encontro de um formato de furo de poço). Esses procedimentos usam os artefatos descritos no repositório de ontologia de artefato 410. Uma função para definir serviços e tarefas associadas (407) é usada para gerar um repositório de serviço 430. Cada serviço e tarefas associadas invocam procedimentos e o controle correspondente de intervenientes (incluindo artefatos), conforme discutido abaixo.

[00017] Quando uma solicitação de serviço é recebida (433), o repositório de serviços 430 é usado (por exemplo, por meio de consulta) para determinar as tarefas associadas e os procedimentos que constituem as tarefas necessárias para realizar o serviço são determinados (435). Esses procedimentos e os gatilhos associados no repositório de procedimentos 420 são usados (por exemplo, por meio de consulta) para controlar artefatos e outros intervenientes (437). Os procedimentos invocados em 435 podem ser executados automaticamente (em uma sequência definida), executados condicionalmente (por exemplo, com base em uma árvore de decisão) ou executados com base em alguma outra estratégia. Com base nos procedimentos consultados no repositório de procedimentos 420, o repositório de ontologia de artefa- to 410 pode ser acessado para controlar um ou mais artefatos corres-pondentes. Alternativa ou adicionalmente, se outros intervenientes (não artefato) estiverem envolvidos na realização dos procedimentos, o pessoal pode ser dotado de instruções passo a passo (isto é, a interface de saída 340 inclui um visor ou transmissão) ou um aplicativo pode ser processado (439). Os dados obtidos a partir de atuadores, sensores ou ferramentas de superfície ou fundo de poço distribuídos ao longo da coluna de perfuração 10, dados de engenharia ou planejamento, e melhores práticas podem ser usados na tomada de decisão quando os procedimentos são executados condicionalmente (435) ou usados no controle de artefatos (437), ou usados em ambos.

[00018] A Figura 5 é um fluxograma de processo de um método para fornecer um serviço no fundo de poço, de acordo com as modalidades da invenção. Embora o serviço possa ser fornecido no fundo de poço, os intervenientes e sensores tanto de superfície como de fundo de poço podem ser usados nos processos executados para fornecer o serviço. A construção do repositório de ontologia de artefato 410, no bloco 510, a construção do repositório de procedimentos 420, no bloco 520 e a construção do repositório de serviços 430, no bloco 530, são realizadas conforme discutido acima com referência à Figura 4. Quando uma solicitação de serviço é enviada (bloco 550), o sistema de controle de supervisão 300 usa várias fontes de informações antes de emitir comandos para processos de tarefas que correspondem ao serviço solicitado. Os comandos podem ser uma ou uma combinação de informações ou instruções para um operador humano ou instruções para controlar ferra-mentas ou aplicações com base no modo de operação (manual, semi- autônoma, autônoma). O sistema de controle de supervisão 300 acessa o repositório de serviços 430 para determinar (por exemplo, consultar) as tarefas associadas ao serviço. O sistema de controle de supervisão 300, então, acessa o repositório de procedimentos 420 para determinar (por exemplo, consultar) os gatilhos e outras informações associadas aos procedimentos que correspondem às tarefas associadas ao serviço solicitado. O repositório de ontologia de artefato 410 indica para o sistema de controle de supervisão 300 como um comando particular direcionado para um certo artefato pode precisar ser estruturado. As informações adicionais podem, então, ser usadas pelo sistema de controle de supervisão 300 para modificar ou adicionar aos comandos que resultam das informações de repositório (por exemplo, um gatilho de um procedimento pode ser modificado com base nas informações adicionais). Entre as informações que podem afetar os comandos estão os dados de sensor a partir de sensores (por exemplo, ferramentas 10) no fundo de poço ou na superfície com base na recepção de dados medidos no bloco 570. As melhores práticas e dados de engenharia ou planejamento podem também ser acessados em 560. As informações podem ser usadas em uma árvore de decisão executada pelo processador 320 do sistema de controle de supervisão 300, por exemplo, e podem afetar a seleção dos procedimentos que são finalmente executados ou dos gatilhos para aqueles procedimentos. O monitoramento e registro no bloco 580 inclui o sistema de controle de supervisão 300 monitorar o progresso de um processo que foi iniciado para determinar quais modificações, se houver, podem ser necessárias em comandos subsequentes. O monitoramento e registro permitem que o sistema de controle de supervisão 300 modifique as tarefas e procedimentos no repositório de serviços 430 e repositório de procedimentos 420 com base em retroalimentação do mundo real.

[00019] Embora uma ou mais modalidades tenham sido mostradas e descritas, modificações e substituições podem ser feitas sem sair do espírito e do escopo da invenção. Consequentemente, deve ficar entendido que a presente invenção foi descrita a título de ilustrações e sem caráter de limitação.

Claims

1. Sistema (300) para fornecer um controle de processo de perfuração, em que o sistema é caracterizado pelo fato de que: um processador (320) é configurado para identificar duas ou mais tarefas associadas ao processo e um ou mais procedimentos associados a cada uma dentre as duas ou mais tarefas; e uma interface de saída (340) é configurada para emitir comandos para concluir o um ou mais procedimentos associados a cada uma das as duas ou mais tarefas com base em uma ocorrência de uma ou mais condições de gatilho correspondentes, sendo que os comandos são direcionados para intervenientes que concluem o um ou mais procedimentos, sendo que os intervenientes incluem uma ferramenta de fundo de poço, uma ferramenta de superfície ou um operador humano, em que as uma ou mais condições de gatilho incluem um encontro de um formato de furo de poço, e em que o processador (320) é configurado ainda para priorizar duas ou mais das duas ou mais tarefas que envolvam o mesmo interveniente entre os intervenientes (437).

2. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador (320) é configurado para identificar o um ou mais procedimentos associados a cada uma dentre as duas ou mais tarefas com base em uma tabela de consulta.

3. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, uma interface de entrada configurada (310) para receber dados de sensor, em que o processador (320) é configurado para identificar o um ou mais procedimentos associados a pelo menos uma dentre as duas ou mais tarefas com base nos dados de sensor.

4. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, um dispositivo de armazenamento (330) configurado para armazenar informações as- sociadas às melhores práticas, em que o processador (320) é configurado para identificar o um ou mais procedimentos associados a pelo menos uma dentre as duas ou mais tarefas com base nas informações.

5. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, quando os intervenientes incluem o operador humano, os comandos incluem instruções passo a passo emitidas para um visor.

6. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, em um modo autônomo, os comandos direcionados para os intervenientes são processados automaticamente.

7. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, em um modo manual, os comandos direcionados para os intervenientes são emitidos como informações para um operador.

8. Sistema (300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, em um modo semiautônomo, os comandos direcionados para os intervenientes são emitidos como instruções para um operador.