BR112017008434B1

BR112017008434B1 - Método e sistema para detecção de espiralamento automatizada

Info

Publication number: BR112017008434B1
Application number: BR112017008434-1A
Authority: BR
Inventors: Christian Herbig; Hanno Reckmann; Wojciech Emmerich; Oliver Hoehn; Christian Linke; Jens-Uwe Bruns; Andreas Hohl; Hatem Queslati; Ingo Forstner
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2022-05-10
Also published as: EP3212885A1; CA2965359A1; BR112017008434A2; CA2965359C; US20180313155A1; US10036203B2; EP3212885A4; US11434694B2; WO2016069683A1; US20160123080A1; EP3212885B1

Abstract

DETECÇÃO DE ESPIRALAMENTO AUTOMATIZADA. Uma modalidade de um método de detecção e correção para espiralamento num transportador de fundo de poço inclui: empregar o transportador num furo de poço em uma formação de terra como parte de uma operação subterrânea; adquirir os dados baseados em tempo de pelo menos um sensor disposto no transportador; adquirir os dados de tempo e de profundidade, os dados de tempo e de profundidade correlacionando valores de tempo com profundidades de transportador; gerar um perfil baseado em profundidade com base nos dados baseados no tempo e nos dados de tempo e de profundidade; gerar um perfil de frequência através da transformação do perfil baseado em profundidade no domínio da frequência; detectar um evento de espiralamento com base em uma amplitude do perfil de frequência; e tomar ações corretivas com base na detecção do evento de espiralamento.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido n° U.S. 14/526805, depositado em 29 de outubro de 2014, que é incorporado neste documento por referência em sua totalidade.

FUNDAMENTOS

[0002] As formações terrestres podem ser usadas para várias finalidades, tais como produção de hidrocarbonetos, produção geotérmica e sequestro de dióxido de carbono. Esses reservatórios são tipicamente acessados perfurando furos de poço através da terra aos reservatórios.

[0003] Um furo de poço é perfurado usando uma broca que é girada através de uma coluna de perfuração. A broca pode ser rodada aplicando forças incluindo a força de rotação ou o torque para fazer girar a coluna de perfuração, o peso na coluna de perfuração e a força devido ao fluxo de fluido de perfuração interno para a coluna de perfuração. A combinação das forças da coluna de perfuração aplicadas à coluna de perfuração resulta numa taxa de penetração na formação sendo perfurada. Em alguns casos, os sistemas de direção são empregados para perfurar o furo de poço ao longo das trajetórias selecionadas, que podem incluir seções desviadas e/ou horizontais.

[0004] Devido à rotação de vários componentes da coluna de perfuração, porções da coluna de perfuração pode deformar, o que pode resultar em um efeito de espiralamento. Esse efeito de espiralamento pode resultar em condições tais como rugosidade aumentada (rugosidade ou variações no diâmetro do furo de poço), desvio da trajetória do furo de poço de uma trajetória planejada e/ou um furo de poço em espiral. Essas condições podem ter efeitos deletérios nas operações subterrâneas, por exemplo, fazendo com que o furo de poço penetre menos do que as áreas de formação ideais, ou afetando negativamente as medidas sensíveis ao distanciamento, tal como medidas de resistividade e nêutrons.

BREVE SUMÁRIO

[0005] Uma modalidade de um método de detecção e correção para espiralamento num transportador de fundo de poço inclui: empregar o transportador num furo de poço em uma formação de terra como parte de uma operação subterrânea; adquirir os dados baseados em tempo de pelo menos um sensor disposto no transportador; adquirir os dados de tempo e de profundidade, os dados de tempo e de profundidade correlacionando valores de tempo com profundidades de transportador; gerar um perfil baseado em profundidade com base nos dados baseados no tempo e nos dados de tempo e de profundidade; gerar um perfil de frequência através da transformação do perfil baseado em profundidade no domínio da frequência; detectar um evento de espiralamento com base em uma amplitude do perfil de frequência; e tomar ações corretivas com base na detecção do evento de espiralamento.

[0006] Uma modalidade de um sistema para detectar e corrigir pelo espiralamento num transportador de fundo de poço inclui: um transportador configurado a ser implantado num furo de poço em uma formação terrestre como parte de uma operação subterrânea; pelo menos um sensor disposto no transportador, pelo menos um sensor configurado para gerar dados baseados em tempo com base em medições realizadas no fundo do poço; e um processador configurado para receber os dados baseados em tempo e adquirir dados de tempo e de profundidade, os dados de tempo e de profundidade correlacionando os valores de tempo com as profundidades do transportador. O processador é configurado para realizar gerar um perfil baseado em profundidade com base nos dados baseados no tempo e nos dados de tempo e de profundidade; gerar um perfil de frequência através da transformação do perfil com base na profundidade no domínio da frequência; detectar um evento de espiralamento com base numa amplitude do perfil de frequência; e tomar medidas corretivas com base na detecção do evento de espiralamento.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0007] As descrições a seguir não devem ser consideradas como limitantes em nenhuma circunstância. Com referência às figuras anexas, elementos similares são igualmente numerados:

[0008] A FIG. 1 ilustra uma vista em corte de uma modalidade exemplificativa de uma coluna de perfuração disposta em um furo de poço que penetra a terra;

[0009] A FIG. 2 é um fluxograma ilustrando um método para detectar e estimar o espiralamento de um componente de fundo de poço;

[0010] A FIG. 3 é um fluxograma que ilustra uma modalidade de um método de detecção e avaliação de espiralamento e estimação de deflexão associada;

[0011] A FIG. 4 representa os parâmetros usados numa modalidade de um método para estimar a deflexão com base nas medições de inclinação;

[0012] A FIG. 5-1 ilustra um exemplo de dados de inclinação produzidos de acordo com o método da FIG. 4, onde as informações de profundidade são adquiridas por medições de superfície;

[0013] A FIG. 5-2 ilustra espectrogramas dos dados de inclinação da FIG. 5-1;

[0014] A FIG. 5-3 ilustra os dados indicadores de espiralamento correspondentes aos dados de inclinação da FIG. 5-1;

[0015] A FIG. 6-1 ilustra outro exemplo de dados de inclinação produzidos de acordo com o método da FIG. 4, em que as informações de profundidade são estimadas no fundo do poço;

[0016] A FIG. 6-2 ilustra espectrogramas dos dados de inclinação da FIG. 6-1; e

[0017] A FIG. 6-3 ilustra os dados indicadores de espiralamento correspondentes aos dados de inclinação da FIG. 6-1.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0018] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho divulgado e do método divulgado estão apresentados neste documento a título de exemplificação, e não como limitação, com referência às Figuras.

[0019] São divulgados sistemas, aparelhos e métodos para a detecção automatizada de espiralamento durante a perfuração em uma formação de terra. O espiralamento é identificado ou detectado e pode ser avaliado para determinar se o nível de espiralamento justifica uma ação corretiva. Os métodos aqui descritos podem ser realizados em tempo real durante a perfuração ou outras operações subterrâneas ou podem ser realizados offline após a perfuração. Além disso, os métodos e os cálculos podem ser realizados na superfície e/ou no fundo de poço (por exemplo, em um conjunto de fundo de poço).

[0020] Uma modalidade de um método inclui a aquisição de dados baseados em tempo que indicam os parâmetros de uma coluna de perfuração ou outro transportador. Exemplos de tais dados baseados no tempo incluem dados direcionais tais como inclinação e azimute, e dados não direcionais tais como dados de momento de flexão. Os dados baseados no tempo podem ser adquiridos em tempo real a partir de sensores de fundo, tais como sensores de inclinação, ou adquiridos a partir de um armazenamento de dados. O método também inclui a aquisição de dados de tempo e de profundidade (também referidos como dados de profundidade-tempo ou um perfil de profundidade-tempo) indicando a profundidade em função do tempo. Um sinal ou perfil baseado em profundidade é gerado com base nos dados baseados em tempo e nos dados de profundidade-tempo e o sinal baseado em profundidade é transformado num domínio de frequência. O espiralamento pode ser identificado e/ou avaliado com base nos dados de domínio de frequência resultantes, por exemplo, identificando as frequências tendo uma amplitude ou energia relativamente elevada. O espiralamento identificado pode ser utilizado para correlacionar com eventos relacionados a espiralamento, ajuste ou controle de parâmetros de perfuração para mitigar os efeitos de espiralamento e/ou notificar um usuário ou dispositivo de processamento remoto.

[0021] Com referência à FIG. 1, uma modalidade de um sistema 10 configurado para executar operações de fundo de poço, tal como perfuração e completação. O sistema 10 inclui uma coluna de perfuração de poço 12 disposta em um furo de poço 14 numa formação de terra 16. Nesta modalidade, a coluna de furo de poço 12 é uma coluna de perfuração que inclui uma broca 18. Embora as modalidades sejam aqui descritas em conjunção com as operações de perfuração, as mesmas não são tão limitadas. Os sistemas, aparelhos e métodos aqui descritos podem ser utilizados com qualquer veículo que inclua componentes rotativos. Um "transportador", conforme descrito neste documento significa qualquer dispositivo, componente do dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou membro que possa ser utilizado para transmitir, alojar, suportar ou, de outra forma, facilitar a utilização de outro dispositivo, componente do dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou membro. Exemplos de transportadores não limitantes incluem colunas de perfuração do tipo de tubo em espiral, do tipo de tubo articulado e qualquer combinação ou porção destes. Outros exemplos incluem tubos de suporte de invólucro, wirelines, sondas wireline, sondas slickline, drop shots, subs de fundo de poço, conjunto de fundo de poço e colunas de perfuração.

[0022] Um equipamento de perfuração 20 está configurado para conduzir AS operações de perfuração, tais como girar a coluna de perfuração e a broca, por exemplo, utilizando um controlador de equipamento de perfuração ou outro dispositivo de processamento ou controle. A plataforma de perfuração e/ou o dispositivo de processamento podem desempenhar várias funções, tais como controle operacional, coleta de dados e monitoramento. Por exemplo, o equipamento de perfuração 20 controla o peso na broca, a velocidade de rotação e/ou o torque aplicado à broca 18, controla a pressão e a taxa de fluido do fluxo de perfuração que é injetado na coluna de perfuração 12 durante a perfuração e pode controlar outros parâmetros operacionais que aplicam força ou energia à coluna de perfuração 12.

[0023] O sistema 10 inclui também um ou mais dispositivos ou ferramentas de detecção para medir as propriedades ou os parâmetros da coluna de furo de poço, furo de poço, operação e/ou formação. Uma ferramenta exemplar 22 inclui sensores 24 tais como um acelerômetro, um sensor de gravidade, um sensor de momento de flexão e/ou um sensor de campo magnético para medir inclinação e orientação azimutal. A broca 18 e a ferramenta 22 podem estar dispostas, por exemplo, num conjunto de fundo de poço (BHA) 26 disposto na coluna de perfuração. Podem ser incluídos outros componentes tais como um estabilizador 28, escariadores, um motor de fundo e/ou componentes de direção.

[0024] Qualquer número de ferramentas ou dispositivos de detecção pode ser disposto com a coluna de perfuração. Por exemplo, podem ser incluídos sensores para medir as propriedades físicas associadas à perfuração do furo, tais como vibração (tal como vibração axial, vibração lateral e/ou vibração de torção), movimento de broca anormal (tal como turbilhão de broca e/ou deslizamento), detecção de gás no furo e pressão de furo. Podem ser incluídos dispositivos de medida de litologia ou de formação, tais como um detector de radiação, uma ferramenta de nêutrons, uma ferramenta de resistividade, uma ferramenta de amostragem e outras.

[0025] Os componentes eletrônicos de fundo de poço 30 podem ser acoplados aos sensores e configurados para operar os sensores de fundo de poço 24, processar dados de medição de sensor obtidos no poço e/ou agir como uma interface com telemetria para comunicar dados ou comandos entre os sensores de fundo e uma unidade de processamento de superfície 32 na superfície. As modalidades não limitativas da telemetria incluem pulso de lama e tubo de perfuração com fio. A operação de sensor de fundo de poço e as operações de processamento de dados, incluindo os métodos de detecção e avaliação de espiralamento aqui descritos, podem ser realizadas pelos componentes eletrônicos de fundo de poço 30, a unidade de processamento de superfície 32 ou por uma combinação destes. Os sensores de fundo de poço 24 podem ser operados continuamente à medida que o furo é perfurado ou a uma profundidade selecionada discretamente no furo. Os parâmetros de perfuração de superfície podem ser detectados por um sensor de parâmetro de perfuração de superfície 34. As modalidades não limitativas dos parâmetros de perfuração de superfície detectados pelo sensor 34 incluem a profundidade (distância à broca), o peso na broca, o torque aplicado à coluna de perfuração, a velocidade de rotação, a taxa de fluxo de fluido de perfuração, pressão de furo e o gás de furo. Conforme aqui descrito, a "profundidade" refere-se a uma distância ao longo do furo, por exemplo, a distância de um local de superfície ao longo do furo para um local de furo. A profundidade pode representar a profundidade vertical no caso de um furo vertical (ou porção vertical), e/ou pode representar um comprimento ao longo de uma porção não vertical (por exemplo, desviada, horizontal) do furo.

[0026] Um dispositivo de processamento, tal como a unidade de processamento de superfície, é configurado para determinar automaticamente a espiralamento de furos em tempo real (ou offline) na superfície ou em uma localização de fundo de poço. Numa modalidade, a deflexão da trajetória de furo relativamente a uma trajetória planejada ou desejada, é derivada ou estimada a partir do espiralamento de furo determinado. O dispositivo de processamento adquire dados direcionais (por exemplo, dados de inclinação) e dados de profundidade-tempo. Esses dados podem ser adquiridos a partir de sensores de fundo de poço (por exemplo, sensores 24), sensores de superfície (por exemplo, o sensor de parâmetro de perfuração de superfície 34), ou uma combinação destes.

[0027] Os métodos aqui descritos para a detecção e avaliação de espiralamento são baseados no reconhecimento de que o espiralamento cria um componente oscilante de inclinação, azimute, momento de flexão ou outros sinais direcionais ou não direcionais, que em alguns casos podem ser geralmente sinusoidais. Em contraste, os sinais gerados por uma coluna de perfuração não espiralante apresentam uma inclinação constante ou uma mudança relativamente constante na inclinação.

[0028] Consequentemente, uma modalidade de um método inclui a aquisição de dados de medição de inclinação ou outros dados de medição baseados em tempo a partir de sensores de fundo de poço (por exemplo, gravidade e/ou sensores de momento de flexão) e também a aquisição de informação de profundidade-tempo. Os sensores de fundo de poço numa modalidade estão dispostos em ou perto de uma broca, conjunto de perfuração, BHA e/ou a distâncias selecionadas a partir da broca. As informações da profundidade-tempo são derivadas estimando-se a profundidade em vários momentos durante a operação de perfuração, que pode ser estimada ou medida na superfície e/ou no fundo do poço. Os dados baseados no tempo e os dados de profundidade-tempo são combinados para gerar um sinal com base na profundidade (por exemplo, um sinal de inclinação com base na profundidade ou conjunto de dados), indicando a inclinação em função da profundidade. O sinal baseado em profundidade é transformado num domínio de frequência para identificar quaisquer oscilações associadas ao espiralamento. O espectro ou o perfil de frequência resultante pode ser analisado para determinar se o espiralamento está ou ocorreu. Por exemplo, se o teor de energia do espectro de frequência resultante for geralmente uniformemente distribuído, poderá ser determinado que espiralamento significativo está ocorrendo ou não ocorreu. No entanto, se o conteúdo de energia for concentrado em frequências específicas ou números de onda (a amplitude do espectro em frequências específicas é significativamente maior do que outras), pode-se determinar que o espiralamento está ocorrendo ou ocorreu. Note-se que os dados resultantes da transformação no domínio da frequência, tal como um espectro de frequência ou espectrograma, podem ser geralmente referidos como um perfil de frequência.

[0029] Numa modalidade, o espectro de frequência é analisado ou avaliado para identificar espiralamento em localizações especificas ao longo de uma coluna de perfuração, coluna de furo de poço ou outro transportador. Por exemplo, uma ou mais localizações ao longo da coluna de perfuração são selecionadas, cada localização tendo uma distância de uma broca. Locais exemplares incluem locais de componentes tais como unidades de direção ou estabilizadores. Para cada localização, é identificado um comprimento de onda e a frequência ou número de onda correspondente. O espiralamento é identificado em um local selecionado se a amplitude ou energia no número de onda correspondente exceder um limite ou limiar. Se o espiralamento exceder o limiar, o método pode incluir a tomada de medidas corretivas, por exemplo, gerando um alerta ou notificação e/ou modificando parâmetros operacionais.

[0030] As informações de espiralamento derivadas podem ser usadas para correlacionar fenômenos ou incidentes relacionados a espiralamento de furo. Tais fenômenos ou incidentes incluem, por exemplo, problemas de construção, elevado momento de flexão resultante da deflexão devido a espiralamento de furo e problemas de sensor, especialmente para sensores que são sensíveis a distâncias variáveis entre sensores e uma parede de furo. As informações também podem ser usadas para reagir a ocorrência de incidentes de espiralamento de furos e para mitigar tais incidentes. Isso pode ser feito, por exemplo, fornecendo as informações coletadas a um perfurador direcional ou a outra pessoa de campo responsável. Além disso, no caso de um sistema de perfuração totalmente automatizado, as informações podem ser encaminhadas e utilizadas num sistema de controle para tomar medidas imediatas e assim eliminar o espiralamento.

[0031] A FIG. 2 ilustra uma modalidade de um método 40 de realização de uma operação de fundo de poço, tal como uma operação de perfuração, e identificação e estimativa de espiralamento exibida por uma coluna de perfuração ou outro transportador. O método 40 inclui um ou mais estágios 41-45. Embora o método 40 seja descrito em conjunto com a coluna de perfuração e o sistema 10 da FIG. 1, o método 40 não está limitado ao uso com essas modalidades. Numa modalidade, o método 40 inclui a execução de todas as fases 41-45 na ordem descrita. Contudo, podem ser omitidos determinados estágios, ou a ordem dos estágios alterada.

[0032] No primeiro estágio 41, uma perfuração ou outra operação de fundo de poço é realizada, em que uma coluna de perfuração ou outro transportador é avançado através de uma formação de terra. Um controlador ou processador, tal como um controlador de plataforma ou a unidade de processamento de superfície 32, está configurado para controlar vários parâmetros da operação de perfuração, tais como taxa/pressão de fluxo de fluido de perfuração, taxa de rotação, propriedades de fluido, peso na broca e outros.

[0033] Na segunda fase 42, as informações de fundo de poço são coletadas utilizando uma ou mais ferramentas de fundo de poço, por exemplo, ferramentas de LWD. Os dados baseados no tempo são coletados usando uma ou mais ferramentas de medição. Por exemplo, uma ferramenta de medição inclui sensores de momento de flexão ou gravidade que medem a inclinação. Outros exemplos de medições incluem medições direcionais tais como medições de azimute que podem ser realizadas utilizando um sensor de azimute magnético.

[0034] No terceiro estágio 43, os dados baseados em tempo, tais como dados de inclinação, são registados e analisados em conjunto com dados de profundidade-tempo para gerar dados baseados em profundidade. Os dados baseados na profundidade, numa modalidade, são gerados combinando os dados baseados em tempo com um perfil de profundidade-tempo.

[0035] Adquirir os dados baseados no tempo e os dados de profundidade-tempo pode ser realizado de várias maneiras. Numa modalidade, os dados de inclinação (por exemplo, um perfil de inclinação baseado em tempo) são adquiridos diretamente em tempo real a partir de medições de sensores no fundo do poço. Por exemplo, os dados de inclinação são adquiridos como um perfil de inclinação baseado no tempo a partir de um ou mais sensores de inclinação de fundo. As informações de profundidade-tempo podem ser obtidas no fundo de poço e/ou na superfície.

[0036] Se o método for executado por um processador, as informações de profundidade de tempo podem ser derivadas das informações de fundo de poço, como medições feitas por uma ferramenta de MWD. Por exemplo, a profundidade pode ser estimada no fundo do poço, identificando os pontos de cada conexão, medindo o tempo entre o fluxo de saída e de entrada ou as mudanças de RPM. As medições de profundidade também podem ser realizadas na superfície, por exemplo, medindo os comprimentos dos segmentos do tubo e do tubo à medida que são implantados. Tais medições podem ser analisadas na superfície e transmitidas para o fundo do poço, por exemplo, através de telemetria por tubo com fio e/ou pulso de lama.

[0037] Se o método for executado na superfície, o perfil de profundidade de tempo é adquirido com base em medições de superfície e os dados baseados no tempo podem ser adquiridos tomando dados armazenados em uma base de dados, ou adquirindo os dados de fundo de poço. Por exemplo, a inclinação ou outros dados baseados no tempo são comunicados à superfície por um canal de comunicação (por exemplo, telemetria de pulso de lama) ou dados de alta velocidade em tempo real (por exemplo, tubo com fio).

[0038] Na quarta fase 44, um processador analisa os dados de inclinação com base na profundidade (ou outros dados baseados na profundidade) para determinar se o espiralamento está ocorrendo a uma ou mais profundidades ou intervalos de profundidade. Numa modalidade, os dados baseados na profundidade são transformados num domínio de frequência por uma transformada de Fourier ou uma transformada rápida de Fourier (FFT). Podem considerar-se as amplitudes ou os valores de energia relativamente elevados a frequências ou números de onda específicos para indicar o espiralamento. Além disso, podem ser selecionadas as frequências específicas ou as faixas de frequências que correspondam a locais selecionados ao longo da coluna de perfuração. As amplitudes ou energias a uma frequência selecionada que excedem um limiar selecionado são indicadas como um evento de espiralamento que ocorre no local associado. Numa modalidade, a deflexão a partir da linha central do furo no local associado é estimada com base nos dados de inclinação.

[0039] No quinto estágio 45, uma ação corretiva é tomada em resposta à detecção de espiralamento e/ou em resposta à detecção de espiralamento tendo pelo menos uma gravidade selecionada. Exemplos de ações corretivas incluem notificar um usuário ou processador, alterar um ou mais parâmetros operacionais, interromper a operação, etc.

[0040] A FIG. 3 é um fluxograma de um método exemplar 50 para realização de detecção e avaliação de espiralamento em tempo real e/ou offline. O método 50 pode ser realizado num local de superfície ou processador, num local de fundo de poço ou numa combinação de ambos. No bloco 51, os dados baseados em tempo são adquiridos, por exemplo, por um sensor ou ferramenta de fundo de poço. Numa modalidade, os dados baseados em tempo incluem dados direcionais tais como dados de inclinação. Outros dados baseados em tempo podem incluir o momento de flexão de poço e/ou as medições azimutais. No bloco 52, os dados de medição podem ser filtrados, por exemplo, para reduzir o ruído. No bloco 53, é adquirido um perfil de profundidade de tempo. O perfil de tempo-profundidade pode ser adquirido usando medidas ou técnicas de estimativa de superfície e/ou poço.

[0041] No bloco 54, depois dos dados com base em tempo e o perfil de profundidade-tempo serem adquiridos, os mesmos são combinados para gerar um sinal de inclinação com base na profundidade. No bloco 55, o componente de DC do sinal de inclinação é removido. Isso pode ser feito, por exemplo, filtrando todo o sinal com um filtro passa-alto. Essa filtragem pode ou não necessitar ser executada. Por exemplo, essa filtragem não é necessária se o espiralamento devido a motores de poço ou geradores estiver sendo estimado.

[0042] No bloco 56, o sinal livre derivado de componente de DC é processado para transformar o sinal baseado em profundidade num domínio de frequência. Por exemplo, o sinal é processado com uma transformação rápida de Fourier (FFT) ou um espectrograma (múltiplos FFTs com tamanho de janela fixo).

[0043] No bloco 57, é calculado um indicador de espiralamento. A partir de FFT ou espectrograma, podem ser analisados os números de onda correspondentes aos comprimentos de onda de interesse. Os números de onda nesse exemplo são recíprocos do comprimento de onda. Os comprimentos de onda de interesse são, por exemplo, a distância ao longo do furo de poço entre uma broca, BHA ou outro local de referência e um local de interesse na coluna de perfuração. Os locais exemplificativos são locais nos quais componentes de fundo de poço (por exemplo, estabilizadores) podem entrar em contato com a parede de furo. Por exemplo, são escolhidos números de onda que correspondem à distância entre uma broca e o primeiro e/ou segundo contato de parede de furo de poço acima da broca, respectivamente. Se houver uma acumulação de energia ao redor do número de interesse, isso é um indicador para o espiralamento de furo.

[0044] Numa modalidade, o espiralamento de orifício num número de onda e local correspondente de interesse é indicado se a energia em torno do número de onda de interesse for comparada à energia no resto do sinal baseado em frequência transformado. Se a energia exceder um limite predefinido, o espiralamento de furos será indicado. No bloco 58, o indicador de espiralamento é apresentado a um usuário ou processador (por exemplo, unidade de processamento ou controlador), por exemplo, exibindo ou visualizando o indicador de espiralamento. No bloco 59, as ações corretivas podem ser aplicadas ou propostas. Tais ações corretivas podem incluir informar um perfurador ou passar os dados para um sistema automatizado que pode lidar com o evento de espiralamento.

[0045] Ainda com referência à FIG. 3, numa modalidade, o sinal de inclinação filtrado pode ser utilizado para estimar a deflexão a partir da linha central do furo ou da linha central de uma seção em espiral do furo (bloco 60). No bloco 61, a deflexão estimada pode ser usada para verificar a influência de espiralamento no momento de flexão e determinar se o momento de flexão no local de interesse é excedido. As informações de deflexão podem ser apresentadas com o indicador de espiralamento a um usuário/perfurador ou dispositivo de controle de modo que a ação apropriada possa ser realizada.

[0046] A FIG. 4 ilustra aspectos da estimativa da deflexão de espiralamento descrita acima. A quantidade ou a magnitude da deflexão associada aos eventos de espiralamento identificados pode ser estimada com base nos dados de inclinação baseados na profundidade. Por exemplo, a deflexão em uma profundidade n+1 (def (n+1)) é estimada com base na seguinte equação: def (n+1) = def (n) + (MD(n+1) - MD(n)) * tan(α(n)), onde MD(n) é a profundidade de medição em uma localização n e MD(n+ 1) é a profundidade de medição em um segundo local (por exemplo, mais adiante do furo da superfície). α(n) é a inclinação da profundidade n, e def (n) é a deflexão na profundidade n. A deflexão pode ser considerada zero, por exemplo, em locais próximos à superfície, ou pode ser um valor igual à deflexão calculada baseada na equação acima em uma profundidade anterior.

[0047] As FIGS. 5 e 6 mostram dados medidos e processados exemplificados de acordo com os métodos aqui descritos. As FIGS. 51, 5-2 e 5-3 (referidos coletivamente como a FIG. 5) mostram dados de inclinação com base na profundidade 70 antes da filtragem e da transformação de frequência, os dados de inclinação 72 após a filtragem e dados de inclinação 74 após filtragem e transformação de frequência conforme discutido acima. Os dados de inclinação nesse exemplo foram derivados com base em dados de pulso de lama em tempo real gerados no fundo de poço. Os dados mostrados na FIG. 5 foram gerados usando um perfil de profundidade de tempo adquirido a partir de medições de superfície.

[0048] O conjunto de dados 70 é o sinal de inclinação bruta, que foi derivado com base na combinação de dados de inclinação com base no tempo com dados de profundidade de tempo. O conjunto de dados 72 é o sinal bruto filtrado para remover o componente DC e o conjunto 74 é a transformada de Fourier rápida do conjunto de dados 72. Os espectrogramas 80, 82 e 84 são espectrogramas dos dados de inclinação baseados na profundidade filtrada. Os espectrogramas diferem pelo tamanho de janela de profundidade usada; o espectrograma 80 tem o maior tamanho de janela, o espectrograma 82 tem um tamanho de janela menor e o espectrograma 84 tem o menor tamanho de janela. As funções de probabilidade 90, 92 e 94 são os gráficos de indicadores correspondentes que mostram a probabilidade de espiralamento. As funções 90, 92 e 94 correspondem aos espectrogramas 80, 82 e 84, respectivamente.

[0049] As funções de probabilidade 90, 92 e 94 (também referidas como indicadores) mostram os dados com um comprimento de onda ou intervalo de frequência predefinido (por exemplo, um número de onda de interesse) em relação aos dados completos. Em caso de espiralamento perfeito, um indicador mostrará um valor de 1 (um), caso contrário, o indicador terá um valor entre 0 e 1. Foi selecionado um limiar de 0,5 para esses exemplos para indicar se ocorrer espiralamento ou não.

[0050] As funções de probabilidade são mostradas como uma linha relativa a um limiar, que neste exemplo é 50% da probabilidade total. As funções de probabilidade são para um número de onda ou comprimento de onda de interesse, que corresponde a uma distância ao longo da coluna da broca. Neste exemplo, o número de onda de interesse corresponde a uma distância da broca de cerca de 0,9 m. Conforme ilustrado na FIG. 5, os dados 74, que foram gerados de acordo com os métodos aqui descritos, mostram um pico claro em torno do número de onda de interesse. Além disso, as funções de probabilidade 90, 92 e 94 representam a energia no número de onda de interesse em relação à coluna inteira (ou a sua porção correspondente à janela de profundidade selecionada). A função de probabilidade 94 mostra claramente espiralamento no número de onda de interesse a uma profundidade entre 5200 e 5300 m, uma vez que a função a essa profundidade excede o limiar.

[0051] A FIG. 5 demonstra o impacto na seleção de tamanho de janela de profundidade na geração de uma função de probabilidade ou de um indicador de espiralamento. Por exemplo, o espectrograma 84 (com o menor tamanho de janela) mostra dois eventos de espiralamento em aproximadamente 5200 metros e 5300 metros. Esses eventos podem ser vistos como áreas escuras perto da região que representa o número de onda 1. Usando o menor tamanho de janela, esses eventos podem ser claramente vistos como picos no indicador 94 (note o segundo pico entre 5250 e 5300 metros). Os indicadores 90 e 92 mostram o efeito do aumento do tamanho da janela. À medida que o tamanho da janela aumenta, a resolução na direção da profundidade fica pior enquanto a resolução na direção do número de onda aumenta. Como resultado, o segundo pico é menos visível (tem um valor de probabilidade mais baixo) no indicador 92 e é praticamente não identificável no indicador 90. Isso mostra que o tamanho de janela correto deve ser usado para gerar um indicador preciso. Por um lado, é necessário um grande tamanho de janela para determinar o espiralamento com números de onda muito baixos, mas como resultado, os eventos espirais locais que ocorrem com números de onda altos podem ser perdidos. Assim, para detectar eventos de espiralamento mais localizados, um tamanho de janela menor deve ser selecionado.

[0052] As FIGS. 6-1, 6-2 e 6-3 (referidos coletivamente como a FIG. 6) mostram dados exemplificativos adquiridos juntamente com os dados de profundidade derivados de pontos de ligação de seguimento na coluna de perfuração. Os dados brutos (conjunto de dados 100), dados filtrados (conjunto de dados 102) e dados de domínio de frequência (conjunto de dados 104) são gerados utilizando os mesmos dados de inclinação com base no tempo que os usados na FIG. 5. No entanto, neste exemplo, o perfil de tempo-profundidade é tomado exclusivamente usando medições ou estimativas de profundidade de fundo de poço. As informações de profundidade neste exemplo são baseadas em conexões entre porções da coluna de perfuração que foram realizadas. Uma vez que o ponto de partida de fundo de poço pode não ser conhecido, os valores de profundidade na FIG. 6 são valores de profundidade relativos que começam em zero. Os espectrogramas 110, 112 e 114 são gerados utilizando janelas de profundidade sucessivamente menores. As funções de probabilidade 120, 122 e 124 neste exemplo representam janelas sucessivamente menores, correspondem a uma distância de cerca de 0,9 m da broca e são comparadas com um limiar de energia de 50%. O conjunto de dados 104 filtrado e transformado mostra um pico claro em torno do número de onda de interesse e as funções de probabilidade 102, 122 e 124 mostram claramente espiralamento no número de onda de interesse a uma profundidade próxima de 300 m, com uma maior precisão à medida que a janela fica menor. A FIG. 6 demonstra que, mesmo nos casos em que o perfil de profundidade é estimado com base apenas em estimativas de fundo de poço, a espiralamento pode ser efetivamente detectada, o que mostra que os métodos aqui descritos também funcionariam em tempo real.

[0053] As modalidades aqui descritas têm inúmeras vantagens, incluindo permitir a detecção automática em tempo real de espiralamento, de modo que as condições de espiralamento possam ser rapidamente identificadas e endereçadas. As modalidades fornecem também a estimativa da magnitude da deflexão associada ao espiralamento, que permite aos perfuradores ou outros utilizadores fixar limiares em que o espiralamento é considerado como afetar significativamente a trajetória de perfuração ou outras condições operacionais. Por exemplo, as deflexões de um ou dois milímetros podem ser significativas e podem comprometer a qualidade de outras medições realizadas no fundo do poço. Um perfurador pode definir o limite para ser alertado para espiralamento dessa magnitude. Além disso, para ferramentas ou condições em que o espiralamento tem menos efeito, o perfurador pode definir o limiar mais alto.

[0054] Em apoio aos ensinamentos aqui apresentados, podem ser utilizados vários componentes de análise, incluindo um sistema digital e/ou um sistema analógico. Por exemplo, a eletrônica de fundo de poço 30, a unidade de processamento de superfície 32, os sensores de fundo de poço 24, um controlador de sonda de perfuração ou sensores de parâmetros de perfuração de superfície podem incluir sistemas digitais e/ou analógicos. O sistema pode ter componentes como processador, meio de armazenamento, memória, entrada, saída, ligação de comunicação (com fio, sem fio, pulso de lama, óptico ou outro), interfaces de usuário, programas de software, processadores de sinais (digitais ou analógicos) e outros componentes (tais como resistências, condensadores, indutores e outros) para fornecer a operação e análises do aparelho e métodos aqui revelados de qualquer uma das várias maneiras bem apreciadas na técnica. Considera-se que esses ensinamentos podem ser, mas não necessariamente, implementados em conjunto com um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas num meio legível por computador não transitório, incluindo memória (ROMs, RAMs), óptica (CD-ROMs) ou magnética (discos, discos rígidos) ou qualquer outro tipo que, quando executadas, fazem com que um computador implemente o método da presente invenção. Essas instruções podem prever o funcionamento do equipamento, controle, coleta e análise de dados e outras funções consideradas relevantes por um projetista de sistemas, proprietário, usuário ou outro pessoal, além das funções descritas nesta divulgação.

[0055] Além disso, outros componentes podem ser incluídos e solicitados para fornecer aspectos dos ensinamentos apresentados aqui. Por exemplo, uma fonte de alimentação (por exemplo, pelo menos um de um gerador, uma fonte remota e uma bateria), componente de resfriamento, componente de aquecimento, imã, eletroímã, sensor, eletrodo, transmissor, receptor, transceptor, antena, controlador, unidade óptica, uma unidade elétrica ou uma unidade eletromecânica podem ser incluídas no suporte dos vários aspectos aqui discutidos ou em suporte de outras funções além dessa divulgação.

[0056] Os diagramas de fluxo ilustrados aqui são apenas exemplos. Pode haver muitas variações em relação a esses diagramas ou etapas (ou operações) descritas neste documento sem que haja desvio do espírito da invenção. Por exemplo, as etapas podem ser executadas em uma ordem diferente ou as etapas podem ser adicionadas, excluídas ou modificadas. Todas estas variações são consideradas uma parte da invenção reivindicada.

[0057] Os elementos das modalidades foram introduzidos com os artigos "um" ou "uma". Os artigos pretendem significar que existem um ou mais dos elementos. Os termos "incluindo" e "tendo" estão destinados a ser inclusivos, de modo que possam existir elementos adicionais que não os elementos listados. A conjunção "ou" quando usada com uma lista de pelo menos dois termos pretende significar qualquer termo ou combinação de termos. O termo "configurado" refere-se a uma limitação estrutural de um aparelho que permite ao aparelho executar a tarefa ou função para a qual o aparelho está configurado.

[0058] Embora uma ou mais modalidades sejam ilustradas e descritas, modificações e substituições podem ser feitas sem se afastar do espírito e do escopo da invenção. Por conseguinte, deve ser entendido que a presente invenção foi descrita por meio de ilustrações e não de limitação.

[0059] Será reconhecido que os vários componentes ou tecnologias podem fornecer certas funcionalidades ou características necessárias ou benéficas. Por conseguinte, essas funções e características que podem ser necessárias em apoio das reivindicações anexas e suas variações, são reconhecidas como sendo inerentemente incluídas como uma parte dos ensinamentos aqui e uma parte do invento descrito.

[0060] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a modalidades exemplares, será compreendido que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos das mesmas sem que se distancie do âmbito da invenção. Além disso, muitas modificações serão apreciadas para adaptar um instrumento, situação ou material específico aos ensinamentos da invenção sem se desviar de seu escopo essencial. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada a modalidade particular divulgada como o melhor modo previsto para a realização desta invenção, mas que a invenção irá incluir todas as modalidades abrangidas pelo âmbito das reivindicações acrescentadas.

Claims

1. Método (40) de detecção e correção para espiralamento num transportador de fundo de poço, caracterizado pelo fato de que o método (40) compreende: empregar o transportador num furo de poço (14) em uma formação de terra (16) como parte de uma operação subterrânea; adquirir os dados baseados em tempo de pelo menos um sensor disposto no transportador; adquirir de dados de tempo e de profundidade, os dados de tempo e de profundidade correlacionando os valores de tempo com profundidades do transportador; gerar um perfil baseado em profundidade com base nos dados baseados em tempo e nos dados de tempo e de profundidade; gerar um perfil de frequência através da transformação do perfil com base na profundidade no domínio de frequência; analisar o perfil de frequência para detectar um evento de espiralamento em um local específico ao longo de uma coluna de poço, identificando um comprimento de onda e uma frequência correspondente em um ou mais locais selecionados ao longo da coluna de poço, em que o espiralamento é detectado no local específico quando uma amplitude no correspondente a frequência excede um limite; e tomar ações corretivas com base na detecção do evento de espiralamento no local específico ao longo da coluna do poço.

2. Método (40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a geração do perfil de frequência inclui a seleção de uma frequência a partir do perfil que está associado a um local no transportador.

3. Método (40), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o transportador é uma coluna de perfuração (12) e a operação subterrânea é uma operação de perfuração e a detecção do evento de espiralamento inclui a avaliação de uma amplitude da frequência selecionada, a frequência selecionada correspondente a uma distância de uma broca.

4. Método (40), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a distância é uma distância entre a broca (18) e um componente que entra em contato com um furo de poço (14) durante a perfuração.

5. Método (40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda correlacionar a amplitude com um valor energético, comparar o valor energético com um limite baseado em uma energia total do perfil de frequência e tomar a ação corretiva com base no valor energético que excede o limite.

6. Método (40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ação corretiva é selecionada a partir de pelo menos um dentre alertar um usuário e alterar um parâmetro operacional.

7. Método (40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a detecção do evento de espiralamento é realizada em tempo real durante a operação subterrânea.

8. Método (40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados baseados em tempo serem selecionados a partir de, pelo menos, um dentre dados direcionais e dados de momento de flexão.

9. Método (40), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda estimar uma deflexão associada ao espiralamento detectado com base nos dados baseados em tempo.

10. Método (40), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreender ainda a aplicação de um filtro ao perfil com base na profundidade antes de gerar o perfil de frequência.

11. Sistema (10) para detecção e correção para espiralamento num transportador de fundo de poço, caracterizado pelo fato de que o método (40) compreende: um transportador configurado para ser empregado em um furo de poço (14) em uma formação de terra (16) como parte de uma operação subterrânea; pelo menos um sensor disposto no transportador, o pelo menos um sensor configurado para gerar dados baseados em tempo com base em medições realizadas no fundo do poço; e um processador configurado para receber os dados baseados em tempo e adquirir dados de tempo e de profundidade, os dados de tempo e de profundidade correlacionando os valores de tempo com profundidades do transportador, o processador configurado para executar: gerar um perfil baseado em profundidade com base nos dados baseados em tempo e nos dados de tempo e de profundidade; gerar um perfil de frequência através da transformação do perfil com base na profundidade no domínio de frequência; analisar o perfil de frequência para detectar um evento de espiralamento em um local específico ao longo de uma coluna de poço, identificando um comprimento de onda e uma frequência correspondente em um ou mais locais selecionados ao longo da coluna de poço, em que o espiralamento é detectado no local específico quando uma amplitude no correspondente a frequência excede um limite; e tomar ações corretivas com base na detecção do evento de espiralamento no local específico ao longo da coluna do poço.

12. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a geração do perfil de frequência inclui a seleção de uma frequência a partir do perfil que está associado a um local no transportador.

13. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o transportador é uma coluna de perfuração (12) e a operação subterrânea é uma operação de perfuração e a detecção do evento de espiralamento inclui a avaliação de uma amplitude da frequência selecionada, a frequência selecionada correspondente a uma distância de uma broca.

14. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a distância é uma distância entre a broca (18) e um componente que entra em contato com um furo de poço (14) durante a perfuração.

15. Sistema (10), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o processador é adicionalmente configurado para realizar: correlacionar a amplitude com um valor energético, comparar o valor energético com um limite baseado em uma energia total do perfil de frequência e tomar a ação corretiva com base no valor energético que excede o limite.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a ação corretiva é selecionada a partir de pelo menos uma dentre alertar um usuário e alterar um parâmetro operacional.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para detectar o evento de espiralamento em tempo real durante a operação subterrânea.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os dados baseados no tempo são selecionados a partir de pelo menos um de dados direcionais e dados de momento fletor.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o processador é ainda configurado para estimar um desvio associado ao espiralamento detectado com base nos dados baseados no tempo.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o processador é ainda configurado para aplicar um filtro ao perfil baseado em profundidade antes de gerar o perfil de frequência.