BR112017014564B1 - Conjunto e método para controlar fluxo de fluido do poço em um sistema de perfuração - Google Patents

Abstract

CONTROLE DE MÚLTIPLOS CHOKES HIDRÁULICOS NA PERFURAÇÃO COM GERENCIAMENTO DE PRESSÃO. Um conjunto é usado com uma fonte remota de energia hidráulica (120) para controlar o fluxo de fluido do poço em um sistema de perfuração. Pelo menos um choke (11OA, B) é operável para controlar o fluxo do fluido para outras porções do sistema. Pelo menos um atuador hidráulico (112A, B) disposto com o choke atua a operação do choke em resposta à energia hidráulica. Pelo menos uma válvula de controle (140A, B) disposta com o choke controla o fornecimento da energia hidráulica para o atuador e controla o retorno da energia hidráulica dele. Um acumulador (126) pode ser disposto com o choke e ser acoplado ao abastecimento a montante da válvula de controle. A válvula de controle pode se acoplar ao atuador com um par de válvulas de retenção operadas por piloto (142) dispostas em comunicação por fluido entre a válvula de controle e o atuador. Um tanque de estágios (122) e uma bomba de estágios (124) podem ser dispostos com o choke. O tanque recebe o retorno da válvula de controle, e a bomba de estágios pode bombear o retorno do tanque de estágios para a fonte.

Description

REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS CORRELATOS

[001] Este é um não provisório do Pedido Provisório U.S. 62/099,939, depositado em 5 de janeiro de 2015 que é incorporado ao presente documento a título de referência integralmente e ao qual se reivindica a prioridade.

CAMPO DA DIVULGAÇÃO

[002] A divulgação se refere a um método e aparelho para controlar múltiplos chokes hidráulicos em um sistema de perfuração com gerenciamento de pressão.

FUNDAMENTOS DA DIVULGAÇÃO

[003] Diversas técnicas de perfuração com pressão controlada são usadas para a perfuração de poços. Em geral, a perfuração com pressão controlada inclui operações de perfuração com gerenciamento de pressão (MPD), de perfuração sub-balanceada (UBD) e perfuração com ar (AD).

[004] Na técnica de Perfuração com Gerenciamento de Pressão (MPD), um sistema MPD usa um sistema fechado e pressurizável de retorno de fluido, um dispositivo de controle rotativo (RCD) e um distribuidor de choke para controlar a pressão no poço durante a perfuração. As diversas técnicas de MPD usadas na indústria permitem que operadores perfurem com sucesso em condições em que a tecnologia convencional simplesmente não funcionará, permitindo que os operadores gerenciem a pressão de um modo controlado durante a perfuração.

[005] Durante a perfuração, a broca perfura através de uma formação e os poros ficam expostos e abertos. Como resultado, os fluidos de formação (isto é, gás) podem se misturar com o fluido de perfuração. O sistema de perfuração então bombeia este gás, o fluido de perfuração e os cascalhos da formação de volta para a superficie. À medida que o gás sobe pelo furo do poço, a pressão cai, significando que mais gás proveniente da formação poderá ser capaz de entrar no poço. Se a pressão hidrostática for inferior a pressão de formação, então ainda mais gás poderá entrar no poço.

[006] A Figura IA mostra esquematicamente um sistema de perfuração de pressão controlada 10 de acordo com a técnica anterior. Conforme mostrado no presente documento, o sistema 10 é um sistema de Perfuração com Gerenciamento de Pressão (MPD) tendo um dispositivo de controle rotativo (RCD) 12 do qual se estende uma coluna de perfuração e uma broca de perfuração (não mostrada) descendo em um poço através de uma formação. 0 dispositivo de controle rotativo 12 pode incluir qualquer dispositivo de contenção adequado de pressão que mantém o poço fechado durante todo o tempo em que o poço estiver sendo perfurado. O sistema 10 também inclui bombas de fluido (não mostradas), um tubo bengala (não mostrado), um tanque de fluido (não mostrado), um separador de gás do fluido 18, e diversas linhas de fluxo (14, 16 etc.), assim como outros componentes convencionais. Além disso, o sistema MPD 10 inclui um distribuidor de choke automatizado 10 que é incorporado nos demais componentes do sistema 10.

[007] Um exemplo adequado de um sistema de perfuração 10 com um distribuidor de choke 20 é o Sistema Secure DrillingTM disponível pela Weatherford. Detalhes referentes a tal sistema são descritos na Patente U.S. No. 7,044,237, que é incorporada ao presente documento a título de referência integralmente.

[008] O distribuidor de choke automatizado 20 gerencia a pressão durante a perfuração e é incorporado no sistema 10 a jusante do dispositivo de controle rotativo 12 e a montante do separador de gás 18. 0 distribuidor 20 tem chokes 22A-B, atuadores de chokes 24A-B, um fluxímetro em massa 26, sensores de pressão, uma unidade de energia hidráulica 50 para atuar os chokes 22A-B e um controlador 40 para controlar a operação do distribuidor 20.

[009] O sistema 10 usa o dispositivo de controle rotativo 12 para manter o poço fechado às condições atmosféricas. 0 fluido que sai do poço flui através do distribuidor de choke automatizado 20, que mede o fluxo e a densidade de retorno usando o fluximetro 26 instalado em linha com os chokes 22A-B. Os componentes de software do distribuidor 20 então comparam a taxa de fluxo que entra e sai do furo, a pressão de injeção (ou pressão no tubo bengala), a contrapressão na superfície (medida a montante dos chokes de perfuração 22), a posição dos chokes 22A-B, e a densidade do fluido. Comparando-se estas variáveis, o sistema 10 identifica influxos e perdas minimos no fundo do poço em uma base em tempo real e para gerenciar a pressão no anular durante a perfuração. Todas as informações monitoradas podem ser exibidas ao operador no controlador 40.

[0010] Durante as operações de perfuração, o controlador 40 monitora qualquer desvio em valores e alerta os operadores sobre quaisquer problemas que possam ser causados por um influxo de fluido para dentro do poço proveniente da formação ou uma perda de perfuração para a formação. Além disso, o controlador 40 pode automaticamente detectar, controlar e circular para fora tais influxos operando-se os chokes 22A-B no distribuidor de choke 20 com a unidade de energia 50.

[0011] Por exemplo, um influxo de fluido possivel pode ser observado, quando o valor de "fluxo de saida" (medido a partir do fluximetro 26) se desvia do valor do "fluxo de entrada" (medido a partir das bombas de fluido). Quando um influxo é detectado, um alerta notifica o operador para que aplique o freio até ser confirmado que é seguro perfurar. No entanto, nenhuma alteração na taxa de bomba de fluido é necessária neste estágio.

[0012] Em uma forma de controle de auto-kick, no entanto, o controlador 40 fecha automaticamente o choke 22A-B até um grau determinado para aumentar a contrapressão na superfície no anular do poço e interromper o influxo. Em seguida, o controlador 40 circula o influxo para fora do poço, ajustando-se automaticamente a contrapressão na superfície, aumentando, deste modo, a pressão de circulação no fundo do poço e evitando um influxo secundário.

[0013] Por outro lado, pode ser observada uma perda possivel de fluido quando o valor de "fluxo de entrada" (medido a partir das bombas) for superior ao valor de "fluxo de saida" (medido pelo fluximetro 26). Etapas análogas às essas acima, mas adequadas para a perda de fluido podem então ser implementadas pelo controlador 40 para gerenciar a pressão durante a perfuração nesta situação.

[0014] Quando o sistema de perfuração com gerenciamento de pressão 10 é implementado na plataforma de perfuração^, , “’f/V I energia hidráulica é tipicamente fornecida remotamente aos chokes 22A-B do sistema 10. Conforme mostrado na Figura 1B, uma unidade de energia hidráulica 50 inclui um reservatório hidráulico 52, uma ou mais bombas hidráulicas 54, um ou mais acumuladores 56, válvulas de controle de choke hidráulico 58A-B e tubulações, conexões e válvulas necessárias. Cada choke 22A-B localizado na unidade de choke 20 tem o seu atuador 24A-B conectado por trajetos de fluxo 55A-B a uma das válvulas de controle de choke hidráulico 58A-B localizada na unidade de energia hidráulica 50.

[0015] Conforme poderá ser apreciado, os trajetos de fluxo 55A-B para a energia hidráulica usados para controlar os chokes 22A-B, podem precisar se deslocar de uma certa distância (por exemplo, 12 pés (3,66 m) ou aproximadamente). Adicionalmente, os trajetos de fluxo 55A- B podem ser acoplados a diversas curvas, não necessariamente ilustradas nesta vista esquemática. Além disso, pulsos de ondas podem tender a se originar da(s) bomba (s) 54 e se deslocar ao longo dos trajetos de fluxo 55A-B.

[0016] Além disso, quaisquer mangueiras hidráulicas usadas para os trajetos de fluxo 55A-B podem se expandir elasticamente (isto é, expandir-se em diâmetro) à medida que a pressão hidráulica aumenta. Por outro lado, as mangueiras hidráulicas usadas para os trajetos de fluxo 55A-B podem se contrair elasticamente (isto é, se contrair em diâmetro) à medida que a pressão hidráulica diminui. Quando o comprimento das mangueiras para os trajetos de grande volume de fluido pode ser contido nas mangueiras, provocando assim aumentos e reduções mensuráveis no volume do fluido hidráulico correspondente a estas alterações de pressão. Como resultado, as mangueiras para os trajetos de fluxo 55A-B podem responder efetivamente como um acumulador e podem ainda exagerar ou reduzir a capacidade de resposta dos atuadores dos chokes.

[0017] Consequentemente, a distância, as curvas, pulsos de ondas e semelhantes podem criar perdas hidráulicas friccionais e retardos que prejudicam a resposta dos chokes 22A-B durante as operações. Além disso, quando a perfuração com gerenciamento de pressão usa dois ou mais chokes 22A-B em operações simultâneas, as perdas hidráulicas no trajeto de fluxo 55A pode ser diferente das perdas hidráulicas no trajeto de fluxo 55B, dependendo da construção dos materiais ou das diferenças nas geometrias. Isto pode levar a uma resposta diferente do sistema entre os chokes 22A-B, que exige um algoritmo de controle mais complexo para o controlador 40. Um choke hidráulico 22A, por exemplo, pode tender a responder mais lentamente do que o outro choke 22B.

[0018] É reconhecido que a atuação elétrica dos chokes 22A-B pode ter tempos de resposta mais rápidos (isto é, tempos de fechamento e abertura para os chokes 22A-B) quando comparada com a atuação hidráulica. No entanto, a atuação elétrica na sonda de perfuração pode não ser desejável ou até mesmo possivel por diversos motivos, de modo que a atuação hidráulica pode ser preferida.

[0019] O que é necessário é um modo para se atenuar quaisquer diferenças de tempo que possam ocorrer quando N 1 múltiplos chokes hidráulicos estiverem operando simultaneamente, assim como para se melhorar a resposta de chokes individuais em um distribuidor de choke para um sistema de perfuração. Portanto, o objeto da presente divulgação é voltado para a superação, ou pelo menos redução dos efeitos de um ou mais dos problemas apresentados acima.

SUMÁRIO DA DIVULGAÇÃO

[0020] De acordo com a presente divulgação, um conjunto é usado com energia hidráulica remota para controlar o fluxo de fluido do poço em um sistema de perfuração. O conjunto inclui pelo menos um choke, pelo menos um atuador hidráulico e pelo menos uma válvula de controle. O, pelo menos um, choke é operável para controlar o fluxo do fluido do poço para outras porções do sistema de perfuração. O, pelo menos um, atuador hidráulico é disposto com o, pelo menos um, choke e atua a operação do pelo menos um choke em resposta à energia hidráulica. A, pelo menos uma, válvula de controle é disposta com o, pelo menos um, choke. A, pelo menos uma, válvula de controle controla o abastecimento da energia hidráulica remota ao, pelo menos um, atuador hidráulico e controle o retorno da energia hidráulica remota proveniente do, pelo menos um, atuador hidráulico.

[0021] Um módulo acumulador (skid) ou um distribuidor pode ter o, pelo menos um, choke, o, pelo menos um, atuador hidráulico e a, pelo menos uma, válvula de controle dispostos sobre ele. Além disso, uma carcaça pode ter a, pelo menos uma, válvula de controle e pode estar conectada ao atuador hidráulico. Pelo menos um acumulador pode ser disposto com o, pelo menos um, choke e pode ser acoplado ao abastecimento a montante da, pelo menos uma, válvula de controle.

[0022] A, pelo menos uma, válvula de controle pode se acoplar ao atuador hidráulico com um par de válvulas de retenção operadas por piloto dispostas em comunicação por fluido entre a, pelo menos uma, válvula de controle e o atuador hidráulico. Adicionalmente, um tanque de estágios pode ser disposto com o, pelo menos um, choke e pode receber o retorno da energia hidráulica remota da, pelo menos uma, válvula de controle. Neste caso, uma bomba em comunicação por fluido com o tanque de estágios pode ser operável para bombear o retorno proveniente do tanque de estágios.

[0023] A, pelo menos uma, válvula de controle pode ser eletricamente operável entre um primeiro estado sem fluxo, um segundo estado de fluxo em paralelo e um terceiro estado de fluxo cruzado entre o abastecimento e o retorno com o, pelo menos um, atuador hidráulico. Finalmente, um controlador pode controlar a operação da, pelo menos uma, válvula de controle.

[0024] Conforme observado acima, o conjunto pode ter pelo menos um choke, pelo menos um atuador hidráulico, e pelo menos uma válvula de controle. Em diversas modalidades, o conjunto pode ter pelo menos dois (por exemplo, dois ou mais) chokes. Pelo menos dois atuadores hidráulicos podem ser dispostos respectivamente com os, pelo menos dois, chokes para atuar a operação dos respectivos chokes em resposta à energia hidráulica. Pelo menos duas válvulas de controle podem ser dispostas respectivamente com os, pelo menos dois, chokes. As, pelo vi>A / menos duas, válvulas de controle podem controlar o abastecimento da energia hidráulica remota respectivamente ao, pelo menos dois, atuadores hidráulicos e podem controlar o retorno da energia hidráulica remota respectivamente dos, pelo menos dois, atuadores hidráulicos.

[0025] Neste arranjo, uma primeira junção disposta com os, pelo menos dois, chokes pode dividir uma linha de abastecimento comum do abastecimento para, pelo menos dois, trechos de abastecimento conectados respectivamente às, pelo menos duas, válvulas de controle. Além disso, uma segunda junção disposta com os, pelo menos dois, chokes pode combinar pelo menos dois trechos de retorno conectados respectivamente das, pelo menos duas, válvulas de controle a uma linha de retorno comum do retorno.

[0026] O conjunto pode incluir ainda uma fonte da energia hidráulica remota tendo uma linha de abastecimento e uma linha de retorno. O pelo menos um choke, o pelo menos um atuador hidráulico, e a pelo menos uma válvula de controle, podem ser dispostos afastados da fonte da energia hidráulica remota. Um primeiro skid pode ter a fonte, por exemplo, ao passo que um segundo skid pode ter o pelo menos um choke, o pelo menos um atuador hidráulico, e a pelo menos uma válvula de controle dispostos sobre ele.

[0027] A fonte pode incluir um reservatório e uma bomba. O reservatório é acoplado à linha de retorno, e a bomba é acoplada ao reservatório e à linha de abastecimento e é operável para fornecer a energia hidráulica por meio da linha de abastecimento. A fonte pode também ter um acumulador acumulando o abastecimento da energia hidráulica remota.

[0028] De acordo com a presente divulgação, um método é usado com uma fonte remota de energia hidráulica para controlar o fluxo de fluido do poço em um sistema de perfuração. O método envolve a disposição de pelo menos um atuador hidráulico e pelo menos uma válvula de controle com pelo menos um choke e o controle do fluxo do fluido do poço para outras porções do sistema de perfuração, operando-se o pelo menos um choke com o pelo menos um atuador hidráulico. O atuador hidráulico é operado no método com a energia hidráulica pelo controle, com a pelo menos uma válvula de controle, abastecimento da energia hidráulica proveniente da fonte remota para pelo menos um atuador hidráulico, e controlar, com a pelo menos uma válvula de controle, retorno da energia hidráulica à fonte remota a partir do pelo menos um atuador hidráulico.

[0029] A disposição do pelo menos um atuador hidráulico e da pelo menos uma válvula de controle com o pelo menos um choke, pode envolver a disposição dos mesmos em conjunto sobre um skid. O método pode ainda incluir a disposição de pelo menos um acumulador com o pelo menos um choke e a acumulação do abastecimento da energia hidráulica a montante da pelo menos uma válvula de controle.

[0030] O método pode ainda incluir a disposição de um par de válvulas de retenção operadas por piloto em comunicação por fluido entre a, pelo menos uma, válvula de controle e o atuador hidráulico, e o controle do abastecimento e do retorno com o par de válvulas de retenção operadas por piloto. 0 método pode ainda incluir o recebimento do retorno da energia hidráulica proveniente da pelo menos uma válvula de controle em um tanque de estágios disposto com o pelo menos um choke e o bombeamento do retorno do tanque de estágios à fonte remota com uma bomba disposta com o pelo menos um choke.

[0031] No método, a disposição do pelo menos um atuador hidráulico e da pelo menos uma válvula de controle com o pelo menos um choke, pode envolver o alojamento da pelo menos uma válvula de controle ao atuador hidráulico. Além disso, o controle com a pelo menos uma válvula de controle pode incluir operação de forma elétrica da pelo menos uma válvula de controle entre um primeiro estado sem fluxo, um segundo estado de fluxo em paralelo e um terceiro estado de fluxo cruzado entre o abastecimento e o retorno com o pelo menos um atuador hidráulico.

[0032] 0 sumário acima não é destinado a resumir cada modalidade potencial ou cada aspecto da presente divulgação.

DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS

[0033] A Figura IA ilustra diagramaticamente um sistema de perfuração com gerenciamento de pressão tendo um distribuidor de choke de acordo com a técnica anterior.

[0034] A Figura 1B ilustra esquematicamente características do distribuidor de choke da técnica anterior.

[0035] A Figura 2A ilustra esquematicamente um arranjo de uma unidade de energia hidráulica e um distribuidor de choke de acordo com a presente divulgação.

[0036] A Figura 2B ilustra esquematicamente um outro arranjo de uma unidade de energia hidráulica e de um distribuidor de choke de acordo com a presente divulgação.

[0037] As Figuras 3 a 5 ilustram esquematicamente arranjos adicionais de unidades de energia hidráulica e de distribuidores de chokes de acordo com a presente divulgação.

[0038] A Figura 6 ilustra esquematicamente um choke tendo um arranjo integrado de uma válvula de controle, válvulas de retenção operadas por piloto e de um atuador hidráulico.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA DIVULGAÇÃO

[0039] Os sistemas e métodos divulgados no presente documento podem ser usados para controlar um ou mais chokes hidráulicos em um sistema de perfuração com gerenciamento de pressão. Embora discutido neste contexto, as instruções da presente divulgação podem se aplicar igualmente a outros tipos de sistemas de perfuração de pressão controlada, tais como a outros sistemas de MPD (Perfuração de Capa de Fluido Pressurizada, Perfuração com Controle do Fluxo de Retorno, Perfuração com Duplo Gradiente, etc.), assim como a sistemas de Perfuração Sub-balanceados (UBD), conforme será apreciado pelos versados na técnica que tenham o beneficio da presente divulgação.

[0040] Conforme mostrado em um arranjo da Figura 2A, uma unidade de energia hidráulica 120 inclui um reservatório hidráulico 122, uma ou mais bombas hidráulicas 124 e tubulações, conexões e válvulas necessárias. Estes componentes podem ser alojados em conjunto em um skid ou distribuidor. Uma linha de abastecimento 125A proveniente das bombas 124 comunica a energia hidráulica à unidade de choke 100 posicionada a alguma distância afastada da unidade de energia 120. De um modo análogo retorno 125B proveniente da unidade de controle 100 retorna a hidráulica ao reservatório 122. Cada choke 110A-B é atuado por um atuador hidráulico 112A-B controlado por uma das válvulas de controle de choke hidráulico 140A-B localizadas com o choke 110A-B. As válvulas de controle independentes 140A-B são usadas para atenuar as diferenças nos chokes 110A-B e fornecer um controle de feedback independente dos chokes 110A-B. As válvulas de retenção atuadas por piloto 142 podem estar dispostas entre as válvulas de controle 140A-B e os atuadores de chokes 112A- B, conforme mostrado na Figura 6. Estes componentes da unidade de choke 100 podem ser alojados em conjunto em um skid ou distribuidor.

[0041] A válvula de controle 140A-B tipicamente tem três configurações, tal como uma configuração fechada fechando tanto a linha de abastecimento quanto a de retorno 125A-B, uma configuração aberta permitindo o fluxo em paralelo através das linhas 125A-b, e uma configuração cruzada que comuta a direção de fluxo entre as linhas 125A- B. As válvulas de controle 140A-B podem ser operadas por válvulas solenoides ou semelhantes com sinais de controle provenientes das linhas de controle A e B do controlador 40, conforme observado no presente documento. Por sua vez, a energia hidráulica dirigida pela válvula de controle 140A-B opera os atuadores hidráulicos respectivos 112A-B para os chokes 110A-B.

[0042] A linha de abastecimento 125A comunica energia hidráulica da unidade de energia 120 a um divisor de abastecimento 127A, que divide a comunicação em trechos de abastecimento paralelos 129A conectados às válvulas de controle 140A-B. Por outro lado, trechos de retorno paralelos 129B se conectam a partir das válvulas de controle 140A-B a um divisor de retorno 127B, que combina a comunicação à linha de retorno 125B.

[0043] Com a configuração divulgada, os comprimentos da comunicação hidráulica entre os atuadores de chokes 112A-B e a válvula de controle de choke hidráulica correspondente 140A-B, são significativamente reduzidos ou eliminados. Conforme observado acima, quaisquer mangueiras hidráulicas usadas para os trajetos de fluxo podem se expandir elasticamente (isto é, se expandir em diâmetro) à medida que a pressão hidráulica aumenta e podem se contrair elasticamente (isto, se contrair em diâmetro) à medida que a pressão hidráulica diminui. Como resultado, podem ocorrer aumentos e reduções mensuráveis no volume de fluido hidráulico devidos às alterações de pressões e podem exagerar ou reduzir a capacidade de resposta dos atuadores de chokes. Neste caso, no entanto, as válvulas de controle de chokes 140A-B estão localizadas na proximidade dos atuadores 112A-b, de modo que não são mais usadas mangueiras hidráulicas longas, nem grandes volumes de fluido hidráulico entre as válvulas de controle 140A-B e os atuadores de chokes 112A-B. Como um todo, esta configuração da Figura 2A pode melhorar a resposta dos chokes.

[0044] Adicionalmente, a montagem de cada válvula de controle de choke hidráulico 140A-B pode ser arranjada de modo tal, que os comprimentos das linhas hidráulicas 129A-B depois dos divisores 127A-B às válvulas de controle 140A-B, possam ser correspondentes e o número de conexões entre os divisores 127A-B e cada choke 110A-B possam ser iguais. (Em geral, as linhas hidráulicas 125A-B da unidade de energia 120 aos divisores 127A-B não precisam ter necessariamente um comprimento correspondente e semelhante, embora elas pudessem).

[0045] Mais especificamente, tendo as válvulas de controle 140A-B localizadas diretamente adjacentes a cada atuador de choke 112A-B, permite que uma linha de abastecimento principal 125A e trechos de abastecimento correspondentes 129A, depois do divisor de abastecimento 127A, sejam usados para operar ambos os chokes 110A-B. A única linha de abastecimento hidráulico 125A se divide com o divisor de abastecimento ou junção 127A nos, ou próximo das locações dos, chokes 140A-B, para os trechos de abastecimento correspondentes 129A, de modo que as perdas hidráulicas de cada choke 110A-B podem ser relativamente iguais. Este arranjo de divisão dos trechos de retorno 129B, divisores de retorno 127B e a única linha de retorno 125B, pode também ser usado para os retornos hidráulicos dos chokes 110A-B à unidade de energia 120. O arranjo de linhas 125A-B, divisores 127A-B, e trechos de divisão 129A- B deste modo, pode tornar quaisquer perdas hidráulicas potenciais entre cada choke 110A-B e a energia hidráulica relativamente iguais.

[0046] Como a unidade de choke 100 pode usar uma linha hidráulica comum 125A proveniente da unidade de energia 120, um ou mais acumuladores 126 podem estar localizados com os chokes 110A-B, em vez de estarem localizados na unidade de energia 120. Com os acumuladores 126 localizados deste modo, o tempo de resposta hidráulica para o conjunto A de dois ou mais chokes 110A-B, pode ser reduzido. Usando-se o(s) acumulador(es) 126, pode também ser minimizado o tempo de resposta se a unidade de choke 100 usar um único choke 110.

[0047] Conforme observado acima, pulsos de ondas originando-se de uma bomba podem afetar de modo adverso o desempenho dos chokes. No presente arranjo com as válvulas de controle 140A-B (e opcionalmente o(s) acumulador(es) 126) posicionadas afastados da uma ou mais bombas 124, qualquer pulso de onda potencial gerado pelas bombas 124 pode ser atenuado, o que pode melhorar a resposta do choke. Na verdade, um amortecedor (não mostrado) , tal como um êmbolo orientado, poderia ser acrescentado a jusante da uma ou mais bombas 124. Adicionalmente, o tipo especifico da bomba 124 usado pode reduzir ainda mais quaisquer pulsos potenciais.

[0048] Além disso, a linha de abastecimento comum 125A, que pode empregar tubulação maior ou mais rigida para fornecer fluido hidráulico na proximidade dos chokes 110A- B, antes de se dividir no divisor 127, para abastecer as válvulas de controle duplas 140A-B e os atuadores de choke 112A-B, pode reduzir os efeitos da oscilação da tubulação no sistema hidráulico. De modo análogo, tendo linhas de comunicação mais curtas depois do acumulador 126, pode reduzir o volume total de fluido hidráulico entre o acumulador 126 e os atuadores de chokes 112A-B, proporcionando assim resposta mais rápida.

[0049] Conforme mostrado na Figura 2A, um acumulador 126 pode se acoplar tanto ao retorno como ao abastecimento. A conexão do acumulador 126 ao retorno pode permitir a drenagem do acumulador 126 e pode não ser necessária?^ , Alternativamente, o uso de dois acumuladores 126, uma para cada um dos trechos divididos 129A-B, pode ajudar a melhorar os tempos de resposta dos chokes através do encurtamento da distância entre a energia armazenada e os atuadores hidráulicos 112A-B. Tendo dois acumuladores menores 126 em comparação com um único maior, pode também permitir diferentes exigências de espaço no skid ou no distribuidor para a unidade de choke 100. Se for necessária uma intervenção humana para o desvio dos chokes 110A-B, esta pode ser facilitada tendo-se o acumulador 126 próximo aos chokes 110A-B, uma vez que o acumulador 126 precisa ser isolado antes do desvio manual do choke 110A-B.

[0050] Em algumas características adicionais, podem ser usados componentes mais leves no solenoide da válvula de controle 140 para melhorar a sua resposta. Podem ser usadas desconexões rápidas para os diversos acoplamentos e conexões no sistema hidráulico. Se a desconexão rápida afetar a resposta do choke, isto poderia ser atenuado deslocando-se a desconexão rápida para imediatamente a montante dos atuadores 112A-B. Para reparo ou manutenção, cada atuador 112A-B e choke 110A-B, pode ser integrado como uma unidade. Isto faz sentido do ponto de vista da montagem, uma vez que diferentes combinações de choke- atuador não são tipicamente usadas.

[0051] Conforme observado acima, a Figura 2A mostra um arranjo em que a unidade de energia hidráulica 120 pode ser implementada como um skid ou distribuidor que se acopla pelas linhas 125A-B à unidade de choke 100, implementada como um outro skid ou distribuidor tendo chokes duplos os demais componentes. Outros arranjos possíveis. Por exemplo, um skid tendo uma unidade energia hidráulica 120 pode operar um único choke 110, pode ser alojado em um outro skid.

[0052] Como mostrado em um outro arranjo da Figura a unidade de energia hidráulica 120 inclui o reservatório hidráulico 122, a uma ou mais bombas hidráulicas 124, o acumulador 126, e as tubulações, conexões e válvulas necessárias. Estes componentes podem ser alojados em conjunto em um skid ou um distribuidor. As primeiras linhas de abastecimento e retorno 123A provenientes das bombas 124 comunicam a energia hidráulica e o retorno entre a unidade de energia 120 e a unidade de choke 100, posicionada a alguma distância da unidade de energia 120. De um modo análogo, segundas linhas de abastecimento e retorno 123B comunicam a energia hidráulica e o retorno entre a unidade de energia 120 e a unidade de choke 100.

[0053] Cada choke 110A-B é atuado por seu atuador hidráulico 112A-B controlado por uma das válvulas de controle de choke hidráulico 140A-B localizadas com o choke 110A-B. Conforme já observado, as válvulas de controle 140A-B localizadas são usadas para atenuar diferenças nos chokes 110A-B e proporcionam um controle independente por feedback dos chokes 110A-B. As válvulas de retenção atuadas por piloto 142 podem ser dispostas entre as válvulas de controle 140A-B e os atuadores de chokes 112A-B. Estes componentes da unidade de choke 100 podem ser alojados em conjunto em um skid ou distribuidor.

[0054] As Figuras 3 a 5 ilustram esquematicamente um arranjo adicional das unidades de energia hidráulica 120 e unidades de choke 100, de acordo com a presente divulgação. Na Figura 3, a unidade de energia hidráulica 120 inclui um tanque ou reservatório 122, uma bomba 124 e um acumulador 126. Estes componentes são implementados em um skid ou distribuidor para a unidade 120 e se conectam por linhas de abastecimento e retorno 125A-B à unidade de choke 100, que podem ser alojadas em um skid ou distribuidor separado.

[0055] Conforme mostrado no presente documento, a unidade de choke 100 inclui um choke 110, um atuador hidráulico 112, e uma válvula de controle 140. Válvulas de retenção operadas por piloto 142 podem ser usadas entre a válvula de controle 140 e o atuador de choque 112. Este arranjo dispõe a comutação hidráulica da energia hidráulica proveniente da unidade de energia 120 no, próximo do, ou sob o choke 110 da unidade de choke 100, o que pode trazer uma série de benefícios, conforme divulgado no presente documento.

[0056] A Figura 4 mostra um arranjo semelhante ao da Figura 3, exceto pela unidade de choke 100 incluir o acumulador 126 no seu skid na proximidade do choke 110. Conforme observado no presente documento, o acumulador 126 na linha de abastecimento 125a, pode ter uma série de benefícios decorrentes da sua grande proximidade ao choke 110.

[0057] A contrapressão na linha de retorno hidráulica 125B a jusante do choke 110, pode ser uma outra consideração em resposta de choke. O tanque de retorno 122 pode ser deslocado para uma maior proximidade ao choke 110 para reduzir a contrapressão. Alternativamente, um segundo tanque pode ser acrescentado ao retorno para ajudar a lidar com a contrapressão. A Figura 5 mostra, por exemplo, um arranjo adicional em que componentes (por exemplo, válvula de controle 140, atuador 112, choke 110, acumulador 126, etc) são dispostos na unidade de choke 100. Neste caso, a unidade de choque 100 inclui ainda uma bomba auxiliar 150 e um tanque de estágios 152 no retorno da válvula de controle 140. À medida que hidráulica de alta pressão é comunicada ao choke 110 por meio de linha de abastecimento de alta pressão 125A para atuar o choke 110 com o atuador 112, a hidráulica despendida proveniente da válvula de controle 140 se desloca ao longo do retorno de baixa pressão ao tanque de estágios 152, que pode estar exposto à pressão atmosférica. Isto produz um diferencial de pressão vantajoso na proximidade da válvula de controle 140, de modo que a sua operação pode ser mais rápida e assim pode ser melhorada a resposta do choke.

[0058] O fluido despendido no tanque de coleta 152 pode então ser bombeado pela bomba auxiliar 150 para o tanque reservatório 122 na unidade de energia hidráulica 120, por meio da linha de retorno 125B. Conforme mostrado na Figura 5, o tanque de estágios 152 pode incluir um sensor de nivel 154. Quando o fluido atinge um determinado nivel no tanque de estágios 152, a bomba auxiliar 150 pode bombear o fluido de volta ao tanque principal da unidade 122. Como a distância ao longo da linha de retorno 125B pode ser bastante grande (por exemplo, 12 pés (3,66 m) ou aproximadamente) , o uso da bomba auxiliar 150 e do tanque de coleta 152 pode facilitar o deslocamento do fluido expelido de volta ao tanque reservatório 122 reduzindo-se a fricção na linha e qualquer contrapressão potencial que o fluido expelido poderia de outra forma deparar-se.

[0059] Conforme pode ser observado, a adição do tanque de estágios 152 como na Figura 5 imediatamente a jusante do choke 110, pode melhorar uma resposta lenta do choke. O fluido hidráulico proveniente do atuador de choke 112 pode ser despejado diretamente à pressão atmosférica no tanque de estágios 152 para então ser bombeado de volta pela bomba auxiliar 150. Isto pode eliminar a linha de retorno prolongada e fechada tipicamente usada no fluido de retorno expelido à unidade de energia hidráulica 120.

[0060] Conforme detalhado acima, uma resposta lenta do choke pode ser causada pela contrapressão tanto no abastecimento como no retorno da energia hidráulica. Como nos diversos arranjos divulgados acima, a interação dos componentes hidráulicos na proximidade do choke 110 e do seu atuador 112, pode melhorar a resposta lenta do choke e melhorar a operação. Levando-se isso em conta, alguns destes componentes hidráulicos podem ser fixados ao choke 110 e ao seu atuador 112, integrados a eles ou de um outro modo qualquer fazer parte deles.

[0061] A Figura 6 mostra, por exemplo, um arranjo de uma válvula de controle 140, um atuador hidráulico 112 e um choke 110 para a unidade de choke 100. A linha de abastecimento 125A e a linha de retorno 125B se acoplam por conexões 162 a um adaptador ou carcaça 160. Conforme mostrado, a carcaça 160 pode conter a válvula de controle 140 e os seus componentes relativos, tais como as válvulas de retenção atuadas por piloto 142 e solenoide (não mostrado) . Como antes, a linha de abastecimento 125A pode incluir um acumulador 126 que é montado na unidade de choke 100 na proximidade do choke 110. A linha de retorno 125B pode se acoplar ao tanque de coleta 152 e à bomba auxiliar 150 como antes à hidráulica de retorno despendida proveniente do choke 110.

[0062] Em geral, a carcaça 160 pode ser fixada a, ou incorporada no atuador hidráulico 112 para o choke 110. Por exemplo, a carcaça 160 pode ser vedada em comunicação com aberturas hidráulicas 114 do atuador hidráulico 112 usando gaxetas, vedações etc. Deste modo, a carcaça 160 pode ser usada para retroajustar ou se integrar a um atuador de choke existente e pode ser configurada para assim proceder em uma série de modos.

[0063] Em alguns arranjos, por exemplo, o atuador hidráulico 112 para cada choke 110, pode ser um atuador de engrenagem sem fim. 0 fluido de alta pressão comunicado da válvula de controle 140 para uma primeira abertura 114A, pode girar a engrenagem sem fim na proximidade do choke 110, enquanto o fluido de baixa pressão é expelido de uma segunda abertura 114B. Por outro lado, o fluido de alta pressão comunicado da válvula de controle 140 para a segunda abertura 114B, pode girar a engrenagem sem fim para abrir o choke 110, enquanto o fluido de baixa pressão é expelido da primeira abertura 114A. Entrementes, a válvula de controle 140 dirige o fluido de alta pressão da linha de abastecimento 125A e retorna o fluido de baixa pressão à linha de retorno 125B.

[0064] A descrição acima da modalidade preferida e de outras não é destinada a limitar ou a restringir o escopo ou a aplicabilidade das idéias inventivas concebidos pelos requerentes. Deve ser apreciado, com o beneficio da acordo com qualquer modalidade ou aspecto do objeto divulgado podem ser utilizadas, tanto isoladamente como em combinação com qualquer outra característica descrita, em qualquer outra modalidade ou aspecto do objeto divulgado.

[0065] Em troca da divulgação das idéias inventivas contidas no presente documento, os requerentes desejam obter todos os direitos de patente facultados pelas reivindicações anexas. Portanto, pretende-se que as reivindicações anexas incluam todas as modificações e alterações na medida em que elas incidam no escopo das reivindicações que seguem ou dos seus equivalentes.

Claims (29)

1. Conjunto usado com energia hidráulica remota comunicado entre primeiro e segundo locais remotos para controlar fluxo de fluido do poço em um sistema de perfuração, o primeiro local remoto separado por uma distância do segundo local remoto, o conjunto caracterizado por compreender: pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) disposto no primeiro local remoto e operável para controlar o fluxo do fluido do poço para outras porções do sistema de perfuração; pelo menos um atuador hidráulico (112A-B) disposto com o pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) no primeiro local remoto e tendo primeira e segunda portas hidráulicas, pelo menos um atuador hidráulico (112A-B) atuando a operação do pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) em resposta à energia hidráulica remota comunicada com as primeira e segunda portas hidráulicas; e pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) disposta com o pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) no primeiro local remoto, a pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) tendo pelo menos dois estados conectando um fornecimento e um retorno da energia hidráulica remota para as primeira e segunda portas hidráulicas, pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) em um primeiro do pelo menos dois estados para abrir o pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) controlando o fornecimento da energia hidráulica remota à primeira porta hidráulica do pelo menos um atuador hidráulico (112A-B) e controlando o retorno da energia hidráulica remota da segunda porta hidráulica do pelo menos um atuador hidráulico (112A-B) para o segundo local remoto, pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) em um segundo do pelo menos dois estados para fechar o pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) cruzando o fornecimento e o retorno com relação a primeira e segunda portas hidráulicas.

2. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um skid que tem o pelo menos um choke (22A-B, 110A-B), pelo menos um atuador hidráulico (112A-B), e pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) dispostas nele.

3. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda pelo menos um acumulador disposto com o pelo menos um choke (22A-B, 110A- B) no primeiro local remoto e acoplado ao abastecimento a montante da pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B).

4. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) se acopla ao pelo menos um atuador hidráulico (112A-B) com um par de válvulas de retenção operadas por piloto dispostas em comunicação por fluido entre pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) e as primeira e segunda portas hidráulicas do pelo menos um atuador hidráulico (112A-B).

5. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda uma carcaça tendo a pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) e sendo conectada as primeira e segunda portas hidráulicas do pelo menos um atuador hidráulico (112A-B).

6. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um tanque de estágios (152) disposto com o pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) no primeiro local remoto e que recebe o retorno da energia hidráulica remota da pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B).

7. Conjunto, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender uma bomba de estágios em comunicação por fluido com o tanque de estágios e sendo operável para bombear o retorno proveniente do tanque de estágios (152).

8. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) é eletricamente operável entre pelo menos dois estados.

9. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um controlador que controla pelo menos a operação da pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B).

10. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um choke (22A- B, 110A-B) compreende dois ou mais chokes operáveis para controlar o fluxo do fluido do poço para as demais porções do sistema de perfuração; em que o pelo menos um atuador hidráulico (112A-B) compreende dois ou mais atuadores hidráulicos dispostos respectivamente com os dois ou mais chokes no primeiro local remoto e atuar a operação dos respectivos chokes em resposta à energia hidráulica remota; e em que a pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A- B) compreende duas ou mais válvulas de controle dispostas respectivamente com os dois ou mais chokes no primeiro local remoto, as duas ou mais válvulas de controle controlando o abastecimento da energia hidráulica remota respectivamente aos dois ou mais atuadores hidráulicos e controlando o retorno da energia hidráulica remota respectivamente dos dois ou mais atuadores hidráulicos.

11. Conjunto, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender uma primeira junção disposta com os dois ou mais chokes no primeiro local remoto e dividindo uma linha de abastecimento comum do abastecimento em dois ou mais trechos de abastecimento conectados respectivamente às duas ou mais válvulas de controle.

12. Conjunto, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender uma segunda junção disposta com os dois ou mais chokes no primeiro local remoto e combinando dois ou mais trechos de retorno conectados respectivamente a partir das duas ou mais válvulas de controle para uma linha de retorno comum do retorno.

13. Conjunto, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender ainda pelo menos um acumulador disposto com os dois ou mais chokes no primeiro local remoto e acoplado ao abastecimento a montante das duas ou mais válvulas de controle.

14. Conjunto, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as duas ou mais válvulas de controle se acoplam ao respectivo atuador hidráulico (112A- B) com um par de válvulas de retenção operadas por piloto dispostas em comunicação por fluido entre cada válvula de controle (58A-B, 140A-B) e o atuador hidráulico (112A-B) respectivo.

15. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda uma fonte da energia hidráulica remota disposta no segundo local remoto e tendo uma linha de abastecimento para o fornecimento e uma linha de retorno para o retorno, em que o pelo menos um choke (22A-B, 110A-B), o pelo menos um atuador hidráulico (112A- B) e pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) estão dispostos, no primeiro local remoto, afastados da fonte da energia hidráulica remota.

16. Conjunto, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a fonte compreende: um reservatório acoplado à linha de retorno; e uma bomba de fonte acoplada ao reservatório e à linha de abastecimento, a bomba de fonte operável para fornecer a energia hidráulica através da linha de abastecimento.

17. Conjunto, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender ainda um tanque de estágios (152) disposto com pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) no primeiro local remoto e recebendo o retorno da energia hidráulica remota da pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B).

18. Conjunto, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender ainda uma bomba de estágios em comunicação por fluido com o tanque de estágios (152) e sendo operável para bombear o retorno proveniente do tanque de estágios (152) para a fonte.

19. Conjunto, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a fonte compreende um acumulador que acumula o abastecimento da energia hidráulica remota.

20. Conjunto, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender um primeiro skid disposto no segundo local remoto e tendo a fonte; e um segundo skid disposto no primeiro local remoto e tendo o pelo menos um choke (22A-B, 110A-B), pelo menos um atuador hidráulico (112A-B) e pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A- B) dispostos nele.

21. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) tem um terceiro de pelo menos dois estados de fechamento da comunicação fluida de fornecimento e retorno com as primeira e segunda portas.

22. Método usado com uma fonte remota de energia hidráulica comunicado entre os primeiro e segundo locais remotos para controlar fluxo de fluido do poço em um sistema de perfuração, o primeiro local remoto separado por uma distância do segundo local remoto, o método caracterizado por compreender: dispor pelo menos um atuador hidráulico (112A-B) e pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) com pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) disposto no primeiro local remoto, pelo menos um atuador hidráulico (112A-B) tendo primeira e segunda portas hidráulicas e atuando a operação do pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) em resposta à energia hidráulica remota comunicada com as primeira e segunda portas hidráulicas; controlar o fluxo do fluido de poço para outras porções do sistema de perfuração por operação do pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) com o pelo menos um atuador hidráulico (112A-B), e operar o pelo menos um atuador hidráulico (112A-B) com a energia hidráulica comunicada entre os primeiro e segundo locais remotos por controlar, com a pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) disposta no primeiro local remoto em um primeiro de pelo menos dois estados para abrir o pelo menos um choke (22A-B, 110A-B), um abastecimento da energia hidráulica da fonte remota para a primeira porta hidráulica do pelo menos um atuador hidráulico (112A-B), e controlar um retorno da energia hidráulica à fonte remota de pelo menos um atuador hidráulico (112A-B); e controlar, com a pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) em um segundo de pelo menos dois estados para fechar pelo menos um choke (22A-B, 110A-B), o abastecimento da energia hidráulica da fonte remota para a segunda porta hidráulica do pelo menos um atuador hidráulico (112A-B), e controlar o retorno da energia hidráulica para a fonte remota do pelo menos um atuador.

23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a disposição do pelo menos um atuador hidráulico (112A-B) e da pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) com o pelo menos um choke (22A- B, 110A-B) compreende a disposição deles em conjunto em um skid no primeiro local remoto.

24. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por compreender ainda: dispor pelo menos um acumulador com o pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) no primeiro local remoto; e acumular o abastecimento de energia hidráulica a montante da pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B).

25. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por compreender ainda: dispor um par de válvulas de retenção operadas por piloto em comunicação por fluido entre a pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) e o pelo menos um atuador hidráulico (112A-B); e controlar o abastecimento e o retorno com o par de válvulas de retenção operadas por piloto.

26. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a disposição do pelo menos um atuador hidráulico (112A-B) e da pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) com o pelo menos um choke (22A- B, 110A-B) no primeiro local remoto compreende alojar a pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) no atuador hidráulico (112A-B).

27. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por compreender ainda receber o retorno da energia hidráulica da pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) em um tanque de estágios (152) disposto com o pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) no primeiro local remoto.

28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por compreender ainda o bombeamento do retorno do tanque de estágios (152) à fonte remota com uma bomba disposta com o pelo menos um choke (22A-B, 110A-B) no primeiro local remoto.

29. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por controlar com a pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) compreende operação de forma elétrica da pelo menos uma válvula de controle (58A-B, 140A-B) entre um primeiro estado sem fluxo, um segundo estado de fluxo em paralelo, e um terceiro estado de fluxo cruzado ente o abastecimento e retorno com pelo menos um atuador hidráulico (112A-B).

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