BR112017000788B1

BR112017000788B1 - Dispositivo e método de controle de rotação

Info

Publication number: BR112017000788B1
Application number: BR112017000788-6A
Authority: BR
Inventors: Christopher Allen Grace; Raymond Ronald Bullock; Joseph Michael Karigan
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2022-06-28
Also published as: WO2016028937A1; DK201700022A1; BR112017000788A2; NO20170030A1; US10240426B2; US20170159395A1

Abstract

Um dispositivo de controle de rotação (RCD) para uso na perfuração de um furo de poço inclui um corpo de RCD, um elemento de vedação e um conjunto de mancal disposto dentro do corpo de RCD e suportando um mandril interno para girar em relação ao corpo de RCD. O elemento de vedação é transportado pelo mandril interno e o conjunto de mancal inclui um mancal vedado numa câmara de fluido de mancal interna. A câmara de fluido de mancal interna inclui um fluido de mancal mantido a uma pressão maior que uma pressão de fluido de furo de poço num interior do corpo de RCD por um pistão de compensação de pressão entre o fluido de mancal contatando uma primeira extremidade do pistão e o fluido de furo de poço contatando uma segunda extremidade oposta do pistão.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Na indústria de petróleo e gás um dispositivo de controle de rotação (RCD) ou cabeça de controle de rotação (também denominada como um dispositivo de perfuração de rotação, cabeça de perfuração de rotação, desviador de fluxo de rotação, dispositivo de controle de pressão e anular de rotação) é usada para formar uma vedação contra o tubo de perfuração e isolar a região do furo de poço abaixo do RCD de tudo que está acima do RCD. Em uma plataforma de perfuração offshore o RCD pode estar localizado logo abaixo do piso da sonda, um pouco acima do chaminé do Conjunto Preventor (BOP) ou em qualquer lugar no riser. Tipicamente, o RCD usa um elemento de vedação passivo ou ativo o qual é montado em um conjunto de mancal para formar uma vedação no tubo de perfuração. A finalidade do conjunto de mancal é permitir que o elemento de vedação gire com o tubo de perfuração quando o tubo de perfuração é girado pela sonda.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[002] A FIG. 1 é um esquemático de um sistema de perfuração de exemplo com um RCD.

[003] A FIG. 2 é uma vista em meio corte transversal parcial de um RCD de exemplo que pode ser usado no sistema de perfuração de exemplo da FIG. 1.

[004] A FIG. 3 é uma vista esquemática em meio corte transversal parcial de um RCD de exemplo que pode ser usado no sistema de perfuração de exemplo da FIG. 1.

[005] A FIG. 4 é um vista esquemática em meio corte transversal de um RCD de exemplo que pode ser usado no sistema de perfuração de exemplo da FIG. 1.

[006] A FIG. 5 é uma vista em meio corte transversal parcial de um RCD de exemplo que pode ser usado no sistema de perfuração de exemplo da FIG. 1.

[007] A FIG. 6 é uma vista em meio corte transversal parcial de um RCD de exemplo que pode ser usado no sistema de perfuração de exemplo da FIG. 1.

[008] Símbolos de referência semelhantes nos vários desenhos indicam elementos semelhantes.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[009] Com referência primeiro à FIG. 1, um sistema de perfuração 100 é mostrado perfurando o poço submarino 102. Uma coluna de perfuração tubular (não mostrada) se estende para baixo a partir de uma embarcação de perfuração 104 na superfície da água 106 através de um riser tubular 108 e para um furo de poço 110 sendo perfurado pela coluna de perfuração no fundo do mar 112. O riser 108 inclui o RCD 114 intermediário à chaminé do Conjunto Preventor (BOP) 116 e à embarcação 104. O RCD 114 pode ser integral com o riser 108, montado no riser 108 ou de outra forma conectado ao riser 108. Embora mostrado na FIG. 1 como submerso, imediatamente acima ou acoplado à chaminé do conjunto preventor (BOP) 116, o RCD 114 pode ser localizado em qualquer lugar ao longo do riser 108. Por exemplo, o RCD 114 pode ser localizado acima da superfície da água 106 imediatamente abaixo do fundo da embarcação 104, logo abaixo de um anel de tensão de riser, logo acima do anel de tensão de riser ou outro local no riser 108. Em certos casos, tal como com uma sonda de perfuração sobre uma superfície da Terra, o RCD 114 está acima da superfície da Terra e imediatamente abaixo do piso da sonda de perfuração. Durante a perfuração, fluido de perfuração é circulado entre a sonda e a localização de perfuração (por exemplo, a broca de perfuração) tipicamente para baixo através da coluna de perfuração e de volta para cima através do anular entre a coluna de perfuração e a parede do furo de poço 110 e o anular entre a coluna de perfuração e o riser 108. O RCD 114 inclui um elemento de vedação que veda com a coluna de perfuração para controlar o fluxo de fluido de perfuração através do anular entre a coluna de perfuração e o riser 108. O elemento de vedação é suportado em um conjunto de mancal para permitir que o elemento de vedação gire com a coluna de perfuração em relação ao restante do riser 108. Em certos casos, o RCD 114 tem uma linha de desvio de fluido de perfuração 118 (isto é, linha de desvio) abaixo do elemento de vedação para permitir que fluido de perfuração desvie do riser 108 acima do RCD 114 e flua para outro local, tal como a embarcação de perfuração 104. Em alguns casos, a linha de desvio de fluido 118 escoa fluido de perfuração (por exemplo, fluido de retorno do furo de poço 110) para um colector de estrangulamento, por exemplo, para permitir melhor controle da pressão de fluido de perfuração, permitindo perfuração de pressão gerenciada.

[0010] Como mencionado acima, dispositivos de controle de rotação (RCD) usam um elemento de vedação passivo ou ativo que é transportado por um conjunto de mancal para formar uma vedação no tubo de perfuração. O conjunto de mancal pode incluir múltiplos tipos de componentes de mancal para suportar as várias condições de carga que podem agir no RCD. Para maximizar a vida útil e o desempenho do mancal e de outros componentes de mancal do conjunto de mancal, o conjunto de mancal é preenchido com algum tipo de fluido de mancal (por exemplo, fluido lubrificante, tal como óleo hidráulico, graxa, ou outro). O fluido de mancal é retido a uma pressão que é maior do que a pressão do furo de poço (isto é, pressão do fluido de furo de poço no furo de poço) de modo a lama de perfuração e outros contaminantes não entrem no conjunto de mancal; em vez disso, o fluido do conjunto de mancal interno escapa para o furo de poço com o tempo, por exemplo, através de uma vedação dinâmica vedando do conjunto de mancal do fluido do furo de poço. Em sonda baseadas em terra ou outras sondas onde o RCD está localizado perto do piso da sonda, uma linha de controle pode ser usada que comunica pressão de fluido para o conjunto de mancal para manter pressão de mancal interna adequada. O uso de uma linha de controle externo para manter pressão de mancal em uma sonda onde o RCD está localizado longe do piso da sonda, como um navio de perfuração de DP (posicionamento dinâmico) ou unidade de perfuração semissubmersível, pode ser muito difícil e caro. Os conceitos neste documento eliminam a linha de controle e/ou localizam um sistema de compensação de pressão no ou muito perto do RCD. Assim, a pressão de mancal pode ser criada e controlada sem a necessidade de uma linha de controle ser passada do RCD para uma fonte de energia no piso da sonda.

[0011] Em alguns casos, um RCD inclui um corpo de RCD, um elemento de vedação e um conjunto de mancal disposto dentro do corpo de RCD e suportando um mandril interno para girar em relação ao corpo de RCD. O elemento de vedação é transportado pelo mandril interno e o conjunto de mancal inclui um mancal vedado em uma câmara de fluido de mancal interna, onde a câmara de fluido de mancal interna inclui um fluido de mancal mantido a uma pressão maior do que uma pressão do fluido de furo de poço em um interior do furo de poço e/ou um interior do corpo de RCD. Pelo menos uma porção do interior do corpo de RCD é exposta ao furo de poço, o que permite que o fluido de furo de poço flua para pelo menos uma porção do corpo de RCD.

[0012] A FIG. 2 é uma vista em meio corte transversal parcial de um RCD de exemplo 200 que pode ser usado no sistema de perfuração de exemplo 100 da FIG. 1. O RCD 200 inclui um corpo de RCD 202, um elemento de vedação 204 transportado por um mandril interno 206 e um conjunto de mancal 208 disposto dentro do corpo de RCD 202 e suportando o mandril interno 206 para girar em relação ao corpo de RCD 202. O corpo de RCD 202 é substancialmente cilíndrico ao longo de um eixo longitudinal A- A. O conjunto de mancal 208 inclui um alojamento geralmente cilíndrico disposto dentro do corpo de RCD 202, em que o conjunto de mancal pode apoiar em uma superfície interna do corpo de RCD 202. No RCD 200 de exemplo da FIG. 2, uma folga (por exemplo, anular) existe entre uma superfície externa do conjunto de mancal 208 e a superfície interna do corpo de RCD 202, por exemplo, para permitir um fluxo de fluido através da folga. Em alguns casos, não existe folga entre o conjunto de mancal 208 e o corpo de RCD 202 para resistir a um fluxo de fluido no corpo de RCD 202 furo acima do conjunto de mancal 208. Uma coluna de perfuração 201 é mostrada dentro do corpo de RCD 202 e em engate de vedação com o elemento de vedação 204. A coluna de perfuração 201 é cilíndrica e engata com o elemento de vedação 204. O corpo de RCD 202 pode ser integrante, montado ou de outro modo conectado a um riser, tal como um riser 108 da FIG. 1. O conjunto de mancal 208 inclui um mancal 210 vedado em uma câmara de fluido de mancal interna 212 que inclui um fluido de mancal 214 mantido a uma primeira pressão maior que uma segunda pressão de fluido de furo de poço 216 em um interior do corpo de RCD 202. O conjunto de mancal 208 inclui também uma vedação dinâmica 218 mostrada entre o alojamento do conjunto de mancal 208 e o mandril interno 206 e exposta a movimento relativo entre o conjunto de mancal 208 e o mandril interno 206. A vedação dinâmica 218 separa o fluido de mancal 214 da câmara de fluido de mancal interna 212 e o fluido de furo de poço 216 no interior do corpo de RCD 202. A vedação dinâmica 218 permite vazamento de fluido de mancal 214 através da vedação dinâmica 218, assim a manutenção do fluido de mancal 214 a uma pressão maior do que o fluido de furo de poço 216 através da vedação dinâmica 218 assegura que o fluido de furo de poço 216 não vaze para a câmara de fluido de mancal interna 212.

[0013] O RCD de exemplo 200 inclui um pistão de compensação de pressão 220 para manter a primeira pressão do fluido de mancal 214 maior do que a segunda pressão do fluido de furo de poço 216. O pistão 220 é mostrado no RCD de exemplo 200 como um pistão anular que veda com o conjunto de mancal 208 (isto é, alojamento do conjunto de mancal) e o mandril interno 206. O RCD 200 cria e controla pressão de mancal interna sem o uso de linhas de controle externas, por exemplo, conectando o conjunto de mancal de RCD 208 a um piso de sonda usando o pistão anular de compensação de pressão 220 integrante do conjunto de mancal 208. No RCD 200 de exemplo da FIG. 2, o pistão 220 está disposto entre a câmara de fluido de mancal interna 212 e uma câmara de fluido de furo de poço 226, onde a câmara de fluido de furo de poço 226 está em comunicação de fluido com o fluido de furo de poço 216 via uma ou mais aberturas 228. O pistão anular 220 está alojado em um alojamento de pistão que é construído no projeto (por exemplo, integrante) do conjunto de mancal 208, de modo que o fluido de mancal 214 seja exposto a uma primeira extremidade 222 do pistão 220 e o fluido de furo de poço 216 na câmara de fluido de furo de poço 226 é exposto a uma segunda extremidade oposta 224 do pistão anular 220. Os orifícios 228 podem ser aberturas cilíndricas usinados no alojamento do conjunto de mancal 208 para permitir que fluido de furo de poço 216 passe para a câmara de fluido de furo de poço 226 adjacente à segunda extremidade 224 do pistão 220 no conjunto de mancal 208. Quando o fluido de furo de poço 216 entra na câmara de fluido de furo de poço 226, a pressão no poço é comunicada ao pistão anular 220 no conjunto de mancal 208, a qual por sua vez é comunicada ao fluido de mancal 214 na câmara de fluido de mancal interna 212. Isto pode resultar na pressão de mancal interna sendo igual à pressão de furo de poço.

[0014] No RCD 200 de exemplo da FIG. 2, uma mola mecânica 230 age no pistão 220 para desviar o pistão 220 para pressurizar o fluido de mancal 214 para a primeira pressão maior do que a segunda pressão do fluido de furo de poço 216. A mola 230 pode ser adicionada à segunda extremidade oposta 224 do pistão anular 220 (isto é, o lado do fluido de furo de poço 216 do pistão anular 220) de modo que a mola 230 aplique uma força contra o pistão anular 220 que é comunicada ao fluido de mancal 214 na câmara de fluido de mancal interna 212. Em alguns casos, ao adicionar a força de mola ao pistão anular 220, a pressão do fluido de mancal 214 dentro da câmara de fluido de mancal interna 212 será maior do que a pressão do fluido de furo de poço 216 por uma quantidade igual à força da mola 230 dividida pela a área do pistão anular 220. Ao selecionar a mola adequada, um diferencial de pressão desejado pode ser criado dentro do conjunto de mancal 208. Ao criar a pressão diferencial desejada no conjunto de mancal 208, a vida útil da vedação dinâmica 218 pode ser maximizada e contaminantes podem ser impedidos de entrar no conjunto de mancal 208 (por exemplo, de entrar na câmara de fluido de mancal interna 212). Em alguns casos, o RCD 200 é disposto de modo que a mola mecânica 230 produza uma pressão diferencial através do pistão 220 que é independente da pressão do fluido de furo de poço 216 e baseada unicamente na rigidez da mola 230. Em certos casos, a força da mola mecânica 230 agindo no pistão 220 poderia ser aditiva à pressão do furo de poço agindo no pistão 220 e/ou subtrativa de a pressão de fluido de mancal agindo no pistão 220. No RCD 200 de exemplo da FIG. 2, a mola 230 é uma mola de compressão disposta na câmara de fluido de furo de poço 226 e agindo na segunda extremidade 224 do pistão 220. Em alguns casos, a mola 230 inclui uma mola de tensão que age para puxar a primeira extremidade 222 do pistão 220.

[0015] No RCD 200 de exemplo da FIG. 2, o diâmetro interno do pistão anular 220 inclui vedações 232 que vedam contra o mandril interno de rotação 206, enquanto o diâmetro externo do pistão anular 220 inclui vedações 234 que vedam contra o alojamento de mancal externo estacionário. O conjunto de mancal 208 se estende por um comprimento longitudinal ao longo de um eixo central A-A do RCD 200 além de um comprimento necessário para alojar o mancal 210 para acomodar a câmara de fluido de mancal interna 212. Por exemplo, o conjunto de mancal 208 fornece comprimento suficiente da câmara de fluido de mancal interna 212 de modo que fluido de mancal 214 lentamente ao longo do tempo seja vazado para fora do mancal 210 e/ou vazado para fora da vedação dinâmica 218 e para o furo de poço e o pistão anular 220 translada ao longo do comprimento da câmara de fluido de mancal interna 212 pelo menos em parte em resposta ao vazamento do fluido de mancal 214. Quando o conjunto de mancal 208 é implantado primeiro no RCD 200, a câmara de fluido de mancal interna 212 está cheia do fluido de mancal 214 com uma câmara de fluido de furo de poço muito pequena 226 localizada no lado de fluido de poço (isto é, a segunda extremidade 224) do pistão anular 220. À medida que o tempo passa e o fluido de mancal interno 214 vaza para do conjunto de mancal 208, o pistão anular 220 se desloca em direção à extremidade oposta de seu curso (por exemplo, em direção à câmara de fluido de mancal interna 212) até a câmara de fluido de mancal interna 212 ser menor e a câmara de fluido de furo de poço 226 no lado de fluido de poço do pistão anular ficar maior.

[0016] Em alguns casos, o pistão anular 220 pode ser usado em lugar de uma única câmara de óleo ou múltiplas câmaras de óleo, semelhante a um cilindro hidráulico e pistão convencionais. Embora o RCD 200 de exemplo na FIG. 2 mostre um único pistão anular 220, em certos casos, o RCD 200 pode incluir múltiplos pistões e/ou múltiplos cilindros no espaço anular dentro do RCD 200 ou em torno do exterior do corpo de RCD 202. Como os cilindros são configurados, aberturas internas, mangueiras externas ou outros dispositivos de comunicação de fluido podem comunicar o fluido de furo de poço e fluido de mancal para suas respectivas câmaras.

[0017] O pistão 220 no RCD 200 de exemplo pode assumir uma variedade de formas e pode operar em uma série de posições e configurações. Em alguns casos, o pistão anular 220 pode incluir um flange saliente, anel, coluna e/ou outra protuberância se estendendo de uma ou ambas a primeira extremidade 222 e a segunda extremidade 224 que interagem com uma força de desvio, por exemplo, para suplementar ou substituir a força de mola da mola 230. Por exemplo, a FIG. 3 é uma vista esquemática em meio corte transversal parcial de um RCD 300 de exemplo que pode ser usado no sistema de perfuração de exemplo 100 da FIG. 1. O RCD 300 de exemplo é como o RCD de exemplo 200 da FIG. 2, exceto o pistão 220' do RCD de exemplo 300 inclui um primeiro elemento de pistão anular 302 se estendendo da primeira extremidade 222' do pistão 220' e um segundo elemento de pistão anular 304 se estendendo da segunda extremidade oposta 224' do pistão 220'. O primeiro elemento de pistão anular 302 se estende para uma primeira câmara 306 e o segundo elemento de pistão anular 304 se estende para uma segunda câmara 308 adjacente à câmara de fluido de furo de poço 226'. A primeira câmara 306 inclui fluido pressurizado a uma primeira pressão (P1) e a segunda câmara 308 inclui fluido pressurizado a uma segunda pressão (P2) para criar um diferencial de pressão através do pistão 220' que age para desviar o pistão 220' na pressurização do fluido de mancal 214 para uma pressão maior que o fluido de furo de poço 216. Em outras palavras, o RCD 300 inclui gás comprimido ou fluido na primeira câmara 306 e na segunda câmara 308 como um substituto para a mola mecânica 230 no RCD 200 de exemplo da FIG. 2. Em certos casos, o RCD 300 pode também incluir uma mola mecânica (como a mola mecânica 230 da FIG. 2) para desviar o pistão. No RCD 300 de exemplo da FIG. 3, os fluidos pressurizados na primeira e na segunda câmaras 306 e 308 exercem uma força líquida agindo no mesmo lado do pistão anular 220' como o fluido de furo de poço 216. O fluido de furo de poço 216 comunica a pressão de furo de poço através do pistão anular 220' e faz a pressão do fluido de mancal 214 igualar (substancialmente ou exatamente) a pressão do fluido de furo de poço 216. A pressão diferencial nos fluidos na primeira câmara 306 e na segunda câmara 308 fornece uma força adicional que faz a pressão de fluido de mancal 214 ser maior que a pressão de fluido de furo de poço 216. No RCD 300 de exemplo da FIG. 3, as câmaras anulares adicionais (por exemplo, a primeira câmara 306 e a segunda câmara 308) são mostradas em cada extremidade do pistão anular principal 220', onde o primeiro elemento de pistão anular 302 e o segundo elemento de pistão anular 304 se estendem da primeira extremidade 222' e da segunda extremidade 224', respectivamente, do pistão 220'. O primeiro elemento de pistão anular 302 e o segundo elemento de pistão anular 304 essencialmente formam um pistão anular secundário que é capaz de transladar para frente e para trás, em paralelo e em uníssono com o pistão 220', entre a primeira câmara 306 e a segunda câmara 308. A segunda câmara 308 é adjacente lado do furo de poço (por exemplo, a segunda extremidade 224') do pistão principal 220' e o fluido na segunda câmara vedada 308 pode ser carregado até uma pressão (P2) que é maior que uma carga (P1) na primeira câmara 306 adjacente ao lado de mancal (por exemplo, primeira extremidade 222') do pistão principal 220'. Em alguns casos, esta diferença na pressão entre P1 e P2 resulta em uma pressão de fluido de mancal 214 que é maior que a pressão de fluido de furo de poço 216.

[0018] O RCD 300 de exemplo mostra a câmara de fluido de furo de poço 226' com orifícios 228' conectando a câmara de fluido de furo de poço 226' ao fluido de furo de poço 216 no furo de poço e uma câmara de fluido de mancal interna secundária 310 com um orifício de fluido de mancal 312 para comunicar fluido de mancal 216 para a câmara de fluido de mancal interna secundária 310 (por exemplo, da câmara de fluido de mancal interna 212 da FIG. 2). No entanto, a orientação da câmara de fluido de furo de poço 310 e/ou a câmara de fluido de mancal interna secundária 310 pode variar. Por exemplo, a câmara de fluido de mancal interna secundária 310 pode ser excluída de modo que, por exemplo, a câmara de fluido de mancal interna comunique diretamente com o pistão 220'.

[0019] No RCD 300 de exemplo da FIG. 3, o primeiro elemento de pistão anular 302 e o segundo elemento de pistão anular 304 estão posicionados em torno de uma periferia radialmente externa do pistão 220'. No entanto, o tamanho, a forma e a localização do primeiro elemento de pistão anular 302 e do segundo elemento de pistão anular 304 pode ser diferente, por exemplo, com base em diferentes arranjos e modalidades do RCD. Em certos casos, o pistão 220' exclui o primeiro elemento de pistão anular 302 e/ou o fluido P1 carregado de modo que o pistão 220' é desviado pelo fluido P2 carregado na segunda extremidade do pistão 220' sem desvio na primeira extremidade do pistão 220'. Em alguns casos, o pistão anular secundário pode ser usado em lugar de uma única câmara de óleo ou múltiplas câmaras de óleo, semelhante a um cilindro hidráulico e pistão convencionais. Embora o RCD 300 de exemplo na FIG. 3 mostre um único pistão anular 220' com um único pistão anular secundário, em certos casos, o RCD 300 pode incluir múltiplos pistões anulares secundários e/ou múltiplos cilindros no espaço anular dentro do RCD 300 ou em torno do exterior do corpo de RCD. Como os cilindros são configurados, aberturas internas, mangueiras externas e/ou outros dispositivos de comunicação de fluido podem comunicar o fluido de furo de poço e fluido de mancal para suas respectivas câmaras.

[0020] A FIG. 4 é um vista esquemática em meio corte transversal de outro RCD de exemplo 400 que pode ser usado no sistema de perfuração de exemplo 100 da FIG. 1. O RCD 400 é como o RCD 200 de exemplo da FIG. 2, exceto que o RCD 400 de exemplo opcionalmente exclui a mola mecânica 230 da FIG. 2, e o pistão 220" inclui uma área diferencial entre a primeira extremidade 222" e a segunda extremidade oposta 224" do pistão 220". O pistão 220" é mostrado no RCD 400 de exemplo como um pistão anular que veda com o conjunto de mancal 208 (isto é, alojamento de conjunto de mancal) e o mandril interno 206. A primeira extremidade 222" do pistão 220" tem uma área de superfície menor do que uma área de superfície da segunda extremidade oposta 224" do pistão 220" para criar uma pressão diferencial positiva através do pistão 220". O mandril interno 206 inclui um ressalto 402 que leva em conta a primeira extremidade menor 222" do pistão 220", em comparação com a segunda extremidade maior 224" do pistão 220". O ressalto 402 forma uma câmara 404 entre o pistão 220" e o mandril interno 206. Em alguns casos, a câmara 404 pode incluir um fluido pressurizado, pode abrir para uma fonte de fluido pressurizado (por exemplo, acumulador), ou pode estar vazia. No RCD 400 de exemplo da FIG. 4, a primeira extremidade 222" do pistão 220" toca uma superfície interna do alojamento do conjunto de mancal. No entanto, em certos casos, a primeira extremidade 222" pode tocar uma superfície externa do mandril interno 206 e o alojamento do conjunto de mancal pode incluir um ressalto para levar em conta a primeira extremidade menor 222" em comparação com a segunda extremidade maior 224". No RCD 400 de exemplo da FIG. 4, a área do pistão anular 220" no lado do fluido de mancal interno (isto é, a primeira extremidade 222") será menor do que a área do pistão anular 220" no lado do fluido de poço (isto é, a segunda extremidade oposta 224"), o que resultará na pressão de fluido de mancal interna 214 sendo maior que a pressão de fluido de furo de poço 216. Por exemplo, uma vez que a pressão é igual a uma força vezes uma área e a força agindo no pistão anular 220" deve ser igual em ambos os lados, uma mudança na pressão pode ser criada que é proporcional à razão das áreas dos dois lados (por exemplo, primeira extremidade 222" e a segunda extremidade 224") do pistão anular 220". Em alguns casos, a área do pistão anular diferencial 220" cria uma pressão diferencial que varia em magnitude com a pressão do furo de poço e a pressão do fluido de mancal interna 214 forma uma razão com a pressão do fluido de furo de poço interna 216 que é o inverso da razão da área da primeira extremidade 222" e da segunda extremidade 224" do pistão anular 220". No RCD 400 de exemplo da FIG. 4, o pistão anular 220" é integrante do conjunto de mancal 208 e forma uma vedação entre o diâmetro interno do pistão anular 220" e o mandril interno de rotação 206 e também forma uma vedação entre o diâmetro externo do pistão anular 220" e o diâmetro interno do alojamento 208 do conjunto de mancal. Em certos casos, o pistão anular 220" da FIG. 4 pode usado em lugar do conjunto de mancal 208 da FIG. 2, com algumas modificações menores no alojamento do conjunto de mancal 208 e na geometria do mandril interno 206.

[0021] A FIG. 4 mostra o pistão 220" com uma área diferencial entre os dois lados do pistão 220". Em alguns casos, o pistão 220" pode incluir características adicionais ou diferentes. Por exemplo, a geometria do pistão 220" pode incluir um lado de haste de um lado de pistão semelhante a um cilindro hidráulico convencional. Neste exemplo, a extremidade de haste do pistão está disposta no lado de fluido de mancal da câmara e pode reduzir a área atuado pelo fluido de mancal, de modo que a pressão de furo de poço seja amplificada. Em certos casos, o pistão anular 220'' pode ser usado em lugar de uma única câmara de óleo ou múltiplas câmaras de óleo, semelhante a um cilindro hidráulico e pistão convencionais. Por exemplo, em vez de um único pistão anular, pode ser desejável dispor uma série de cilindros no espaço anular dentro do RCD ou em torno do exterior do corpo de RCD. Entretanto, os cilindros são configurados, ou com aberturas internas ou com mangueiras externas, por exemplo, podem comunicar o fluido de furo de poço e fluido de mancal para suas respectivas câmaras.

[0022] A FIG. 5 é uma vista esquemática em meio corte transversal parcial de um RCD 500 de exemplo que pode ser usado no sistema de perfuração de exemplo 100 da FIG. 1. O RCD 500 de exemplo é como o RCD de exemplo 200 da FIG. 2, exceto que o pistão 220"' do RCD de exemplo 500 não é parte integrante do conjunto de mancal 208'. O RCD 500 inclui um alojamento de pistão separado 502 separado do (por exemplo, abaixo ou furo abaixo do mesmo) conjunto de mancal 208'. O alojamento de pistão 502 aloja o pistão 220"'. O alojamento de pistão 502 inclui uma câmara de fluido de mancal secundária 504 em comunicação de fluido com a câmara de fluido de mancal interna 212 através de um orifício de fluido de mancal 506. O orifício de fluido de mancal 506 permite que fluido de mancal 214 flua entre a câmara de fluido de mancal interna 212 e a câmara de fluido de mancal secundária 504, de modo que a pressão do fluido de mancal 214 seja conferida à primeira extremidade 222"' do pistão 220"'. O alojamento de pistão 502 também inclui a câmara de fluido de furo de poço 226"' em comunicação de fluido com o fluido de furo de poço 216 via os um ou mais orifícios 228. A pressão do fluido de furo de poço 216 é transmitida na segunda extremidade oposta 224"' do pistão 220"'. A câmara de fluido de furo de poço 226"' inclui também a mola mecânica 230 para desviar o pistão 220"' para pressurizar o fluido de mancal 214 até uma pressão maior que a pressão do fluido de furo de poço 216 na câmara de fluido de furo de poço 226"'. A FIG. 5 mostra o RCD 500 de exemplo com o alojamento de pistão 502 separado do conjunto de mancal 208'. Em alguns casos, o pistão anular 220"' pode estar localizado em um alojamento de pistão que está montado na parte superior, na parte inferior, ou em ambos os lados do conjunto de mancal 208' (por exemplo, em vez de ser integrante do conjunto de mancal 208'). Em certos casos, uma extremidade do alojamento de pistão 502 inclui orifícios (por exemplo, orifícios 228) que expõem a câmara de fluido de furo de poço 226"' e um lado do pistão anular 220"' à pressão de fluido de poço e de furo de poço, enquanto na outra extremidade do alojamento de pistão 502 estão orifícios (por exemplo, orifício de fluido de mancal 506) que expõem a câmara de fluido de mancal secundária 504 e o outro lado do pistão anular 220"' ao fluido de mancal interno do conjunto de mancal 208'. O diâmetro interno do pistão anular 220"' veda contra uma parede estacionária interna 508 do alojamento de pistão 502 e o diâmetro externo do pistão anular 220"' veda contra uma parede estacionária externa 510 do alojamento de pistão 502. O pistão anular 220"' e o alojamento de pistão 502 podem ser de forma cilíndrica com um centro oco para permitir que uma coluna de perfuração atravesse. Em alguns casos, o alojamento de pistão 502 é dimensionado com base nas necessidades de uma tarefa particular. Por exemplo, nos casos em que são esperadas pressões de furo de poço baixas, um operador pode escolher usar um alojamento de pistão menor (isto é, câmara de pistão) enquanto em casos em que são esperadas pressões de furo de poço altas, um operador pode escolher usar um conjunto de alojamento de pistão maior (por exemplo, câmara de pistão) para permitir quantidades maiores de vazamento de fluido de mancal interno. Semelhante ao RCD 200 de exemplo da FIG. 2, o RCD 300 de exemplo da FIG. 3, e o RCD de exemplo 400 da FIG. 4, uma mola mecânica, câmaras carregadas de gás e/ou um pistão com área diferencial poderiam ser usados para fornecer uma pressão diferencial positiva dentro do conjunto de mancal 208' para assegurar que fluido de poço e outra contaminação não entrem no conjunto de mancal 208' .

[0023] A FIG. 6 é uma vista em meio corte transversal parcial de um RCD 600 de exemplo que pode ser usado no sistema de perfuração de exemplo da FIG. 1. O RCD 600 de exemplo é como o RCD 500 de exemplo da FIG. 5, exceto que o RCD 600 de exemplo exclui um pistão e alojamento de pistão, mas inclui duas câmaras de pressão vedadas 602 com orifícios de fluxo 604 fluidamente comunicando as câmaras de pressão vedadas 602 com a câmara de fluido de mancal interna 212. O RCD 600 inclui vedações 606 em torno dos orifícios de fluxo 604 (por exemplo, entre o corpo de RCD 202 e o conjunto de mancal 208') para vedar os orifícios de fluxo 604 do fluido de furo de poço 216 no interior do corpo de RCD 202. As câmaras de pressão vedadas 602 estão dispostas mais perto do corpo de RCD 202 que uma superfície superior do furo de poço. Por exemplo, a FIG. 6 mostra as câmaras de pressão vedadas 602 montadas em um exterior do corpo de RCD 202 adjacente ao conjunto de mancal 208'. Em alguns casos, as câmaras de pressão vedadas 602 são um banco de acumuladores fixados no exterior do corpo de RCD ou algum outro local muito perto do corpo de RCD como uma fonte de energia para pressão de mancal internas. Um banco de acumuladores pode apoiar no corpo de RCD 202 e ser carregado até uma pressão desejada. Quando o conjunto de mancal 208' é assentado no corpo de RCD 202, os orifícios de fluxo 604 podem ser energizados para comunicar a pressão nas garrafas do acumulador ao fluido de mancal 214 no conjunto de mancal 208'. Em alguns casos, um circuito hidráulico com um controle proporcional pode ser incorporado no RCD 600 de modo que a pressão sendo distribuída para o conjunto de mancal 208' das câmaras de pressão vedadas 602 (por exemplo, acumuladores) seja sempre maior que a pressão do furo de poço. O circuito hidráulico teria a capacidade de monitorar a pressão de furo de poço e ajustar a pressão de mancal, de modo que ela mantenha uma quantidade desejada de pressão maior que a pressão de furo de poço.

[0024] Em vista a discussão acima, certos aspectos englobam um dispositivo de controle de rotação (RCD) para uso na perfuração de um furo de poço. O RCD inclui um corpo de RCD, um elemento de vedação e um conjunto de mancal disposto dentro do corpo de RCD e suportando um mandril interno para girar em relação ao corpo de RCD. O elemento de vedação é transportado pelo mandril interno e o conjunto de mancal inclui um mancal vedado em uma câmara de fluido de mancal interna. A câmara de fluido de mancal interna inclui um fluido de mancal mantido a uma primeira pressão maior que uma segunda pressão de fluido de furo de poço em um interior do corpo de RCD por um pistão de compensação de pressão entre o fluido de mancal contatando uma primeira extremidade do pistão e o fluido de furo de poço contatando uma segunda extremidade oposta do pistão.

[0025] Certos aspectos englobam um método incluindo receber uma pressão de um fluido de furo de poço em um furo de poço em um sistema de mancal de um dispositivo de controle de rotação (RCD). O RCD inclui um corpo de RCD, um elemento de vedação e um conjunto de mancal disposto dentro do corpo de RCD e suportando um mandril interno para girar em relação ao corpo de RCD, em que o elemento de vedação é transportado pelo mandril interno e o conjunto de mancal inclui um mancal vedado em uma câmara de fluido de mancal interna. O método inclui manter uma pressão do fluido de mancal dentro da câmara de fluido de mancal interna maior que uma pressão do fluido de furo de poço em um interior do corpo de RCD.

[0026] Certos aspectos englobam um dispositivo de controle de rotação (RCD) para uso na perfuração de um furo de poço, o RCD incluindo um corpo de RCD, um elemento de vedação e um conjunto de mancal disposto dentro do corpo de RCD e suportando um mandril interno para girar em relação ao corpo de RCD. O elemento de vedação é transportado pelo mandril interno e o conjunto de mancal inclui um mancal vedado em uma câmara de fluido de mancal interna. A câmara de fluido de mancal interna inclui um fluido de mancal mantido a uma primeira pressão maior do que uma segunda pressão de fluido de furo de poço em um interior do corpo de RCD por fluido em uma câmara de pressão vedada em comunicação de fluido com a câmara de fluido de mancal interna.

[0027] Os aspectos acima podem incluir alguma, nenhuma ou todas as seguintes características.

[0028] O pistão pode ser disposto entre a câmara de fluido de mancal interna e uma câmara de fluido de furo de poço em comunicação de fluido com o fluido de furo de poço, o pistão desviado para pressurizar o fluido de mancal na câmara de fluido de mancal interna até a primeira pressão maior do que a segunda pressão do fluido de furo de poço. A câmara de fluido de furo de poço pode incluir um orifício de fluxo para o interior do corpo de RCD para permitir que fluido de furo de poço flua para a câmara de fluido de furo de poço. O pistão pode ser alojado em um alojamento de pistão integrante do conjunto de mancal. O pistão pode ser alojado em um alojamento de pistão separado do conjunto de mancal. O RCD pode incluir um orifício de fluxo conectando o fluido de mancal na câmara de fluido de mancal interna a uma câmara no alojamento de pistão em torno da primeira extremidade do pistão para permitir que fluido de mancal flua em torno da primeira extremidade do pistão. O RCD pode incluir uma mola agindo no pistão para desviar o pistão para pressurizar o fluido de mancal até a primeira pressão maior do que a segunda pressão do fluido de furo de poço. A mola pode incluir uma mola de compressão para empurrar contra a segunda extremidade oposta do pistão. A mola pode incluir uma mola de tensão agindo para puxar a primeira extremidade do pistão. O pistão pode incluir um elemento de pistão anular se estendendo para uma câmara anular vedada incluindo um fluido a uma terceira pressão, o fluido na terceira pressão configurada para desviar o pistão para pressurizar o fluido de mancal até a primeira pressão maior do que a segunda pressão do fluido de furo de poço. O elemento de pistão anular disposto na câmara anular vedada contata o fluido à terceira pressão em uma terceira extremidade do elemento de pistão anular e contata com um fluido a uma quarta pressão em uma quarta extremidade oposta do elemento de pistão anular, a terceira pressão sendo maior do que a quarta pressão. Uma primeira área de superfície da primeira extremidade do pistão contatando o fluido de mancal é maior do que uma segunda área de superfície da segunda extremidade oposta do pistão contatando o fluido de furo de poço. O dispositivo de controle de rotação pode ser livre de linhas de controle exteriores ao dispositivo de controle de rotação para manter o fluido de mancal à primeira pressão. A câmara de pressão vedada pode incluir um acumulador incluindo o fluido de mancal. A câmara de pressão vedada pode ser disposta mais perto do corpo de RCD que uma superfície superior do furo de poço. O RCD pode incluir um pistão de compensação de pressão entre o fluido de mancal contatando uma primeira extremidade do pistão e o fluido de furo de poço contatando uma segunda extremidade oposta do pistão e a manutenção de uma pressão dentro da câmara de fluido de mancal interna maior do que uma pressão do fluido de furo de poço em um interior do corpo de RCD pode incluir pressurizar o fluido de mancal na câmara de fluido de mancal interna com o pistão até uma primeira pressão maior do que uma segunda pressão do fluido de furo de poço. A pressurização do fluido de mancal no fluido de mancal interno com o pistão pode incluir desviar o pistão com pelo menos um de uma mola agindo no pistão, um fluido em uma câmara de pressão vedada agindo no pistão, ou uma área diferencial entre a primeira extremidade e a segunda extremidade oposta do pistão. A manutenção de uma pressão dentro da câmara de fluido de mancal interna maior que uma pressão do fluido de furo de poço em um interior do corpo de RCD pode incluir pressurizar o fluido de mancal na câmara de fluido de mancal interna com fluido de mancal em uma câmara de pressão vedada em comunicação de fluido com a câmara de fluido de mancal interna, em que a câmara de pressão vedada está disposta mais perto do corpo de RCD do que uma superfície superior do furo de poço.

[0029] Uma série de modalidades foi descrita. No entanto, será entendido que várias modificações podem ser feitas. Por conseguinte, outras modalidades estão dentro do escopo das seguintes reivindicações.

Claims

1. Dispositivo de controle de rotação (RCD) (200) para uso na perfuração de um furo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende: um corpo de RCD (202); um elemento de vedação (204); e um conjunto de mancal (208) disposto dentro do corpo de RCD (202) e suportando um mandril interno (206) para girar em relação ao corpo de RCD (202), o elemento de vedação (204) transportado pelo mandril interno (206), o conjunto de mancal (208) compreendendo um mancal (210) vedado numa câmara de fluido de mancal interna (212), a câmara de fluido de mancal interna (212) compreendendo um fluido de mancal (214) mantido a uma primeira pressão maior do que uma segunda pressão de fluido de furo de poço (216) em um interior do corpo de RCD (202) por um pistão de compensação de pressão (220) entre o fluido de mancal (214) contatando uma primeira extremidade do pistão (220) e o fluido de furo de poço (216) contatando uma segunda extremidade do pistão (220) oposta à primeira extremidade do pistão (220), em que o pistão (220) é disposto entre a câmara de fluido de mancal interna (212) e uma câmara de fluido de furo de poço (226) em comunicação de fluido com o fluido de furo de poço (216), o pistão (220) desviado para pressurizar o fluido de mancal (214) na câmara de fluido de mancal interna (212) até a primeira pressão maior do que a segunda pressão do fluido de furo de poço (216).

2. Dispositivo de controle de rotação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara de fluido de furo de poço (226) compreende um orifício de fluxo para o interior do corpo de RCD (202) para permitir que fluido de furo de poço (216) flua para a câmara de fluido de furo de poço (226).

3. Dispositivo de controle de rotação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pistão (220) é alojado em um alojamento de pistão integrante do conjunto de mancal (208).

4. Dispositivo de controle de rotação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pistão (220) é alojado em um alojamento de pistão separado do conjunto de mancal (208).

5. Dispositivo de controle de rotação de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende um orifício de fluxo conectando o fluido de mancal na câmara de fluido de mancal interna (212) a uma câmara no alojamento de pistão em torno da primeira extremidade do pistão (220) para permitir que fluido de mancal flua em torno da primeira extremidade do pistão (220).

6. Dispositivo de controle de rotação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende uma mola (230) agindo no pistão (220) para desviar o pistão (220) para pressurizar o fluido de mancal (214) até a primeira pressão maior do que a segunda pressão do fluido de furo de poço (216).

7. Dispositivo de controle de rotação de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a mola (230) compreende uma mola de compressão para empurrar contra a segunda extremidade oposta do pistão (220).

8. Dispositivo de controle de rotação de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a mola (230) compreende uma mola de tensão para puxar na primeira extremidade do pistão (220).

9. Dispositivo de controle de rotação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pistão (220) compreende ainda um elemento de pistão anular se estendendo para uma câmara anular vedada compreendendo um fluido a uma terceira pressão, o fluido na terceira pressão configurada para desviar o pistão (220) para pressurizar o fluido de mancal (214) até a primeira pressão maior do que a segunda pressão do fluido de furo de poço (216).

10. Dispositivo de controle de rotação de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o elemento de pistão anular disposto na câmara anular vedada contata o fluido à terceira pressão numa terceira extremidade do elemento de pistão anular e contata com um fluido a uma quarta pressão numa quarta extremidade oposta do elemento de pistão anular, a terceira pressão sendo maior do que a quarta pressão.

11. Dispositivo de controle de rotação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma primeira área de superfície da primeira extremidade do pistão (220) contatando o fluido de mancal (214) é maior do que uma segunda área de superfície da segunda extremidade oposta do pistão (220) contatando o fluido de furo de poço (216).

12. Dispositivo de controle de rotação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle de rotação é livre de linhas de controle exteriores ao dispositivo de controle de rotação para manter o fluido de mancal (214) à primeira pressão.

13. Método de controle de rotação, caracterizado pelo fato de que compreende: receber uma pressão de um fluido de furo de poço (216) em um furo de poço em um sistema de mancal de um dispositivo de controle de rotação (RCD) (200), o dispositivo de controle de rotação (200) compreendendo um corpo de RCD (202), um elemento de vedação (204), e um conjunto de mancal (208) disposto dentro do corpo de RCD (202) e suportando um mandril interno (206) para girar em relação ao corpo de RCD (202), o elemento de vedação (204) transportado pelo mandril interno (206), o conjunto de mancal (208) compreendendo um mancal (210) vedado em uma câmara de fluido de mancal interna (212); e manter uma pressão do fluido de mancal (214) em uma primeira pressão dentro da câmara de fluido de mancal interna (212) maior que uma segunda pressão do fluido de furo de poço (216) em um interior do corpo de RCD (202), através de um pistão de compensação de pressão (220) entre o fluido de mancal (214) contatando uma primeira extremidade do pistão (220) e o fluido de furo de poço (216) contatando uma segunda extremidade do pistão (220) oposta à primeira extremidade do pistão, em que o pistão (220) é disposto entre a câmara de fluido de mancal interna (212) e uma câmara de fluido de furo de poço (226) em comunicação de fluido com o fluido de furo de poço (216), o pistão (220) desviado para pressurizar o fluido de mancal (214) na câmara de fluido de mancal interna (212) para primeira pressão maior do que a segunda pressão do fluido de furo de poço (216).

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a pressurização do fluido de mancal (214) no fluido de mancal interno com o pistão (220) compreende desviar o pistão (220) com pelo menos um de uma mola (230) agindo no pistão (220), um fluido numa câmara de pressão vedada agindo no pistão (220), ou uma área diferencial entre a primeira extremidade e a segunda extremidade oposta do pistão (220).

15. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a manutenção de uma pressão dentro da câmara de fluido de mancal interna (212) maior que uma pressão do fluido de furo de poço (216) em um interior do corpo de RCD (202) compreende pressurizar o fluido de mancal (214) na câmara de fluido de mancal interna (212) com fluido de mancal (214) em uma câmara de pressão vedada em comunicação de fluido com a câmara de fluido de mancal interna (212), e em que a câmara de pressão vedada está disposta mais perto do corpo de RCD (202) do que uma superfície superior do furo de poço.