BR112018004212B1

BR112018004212B1 - Sistema e método para obter um módulo volumétrico eficaz de um sistema de perfuração com pressão gerenciada

Info

Publication number: BR112018004212B1
Application number: BR112018004212-9A
Authority: BR
Inventors: Henrik MANUM; Åsmund HJULSTAD
Original assignee: Statoil Petroleum As
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2022-08-02
Also published as: WO2017039459A1; NO20180361A1; GB2541925A; CA2997175A1; AU2016316564B2; GB2541925B; AU2016316564A1; MX2018002618A; BR112018004212B8; US10590720B2; GB201515700D0; BR112018004212A2; US20180245412A1

Abstract

SISTEMA E MÉTODO PARA OBTER UM MÓDULO VOLUMÉTRICO EFICAZ DE UM SISTEMA DE PERFURAÇÃO COM PRESSÃO GERENCIADA. Trata-se de um método de obter um módulo volumétrico eficaz de um sistema de perfuração com pressão gerenciada 1, sendo que o método compreende: gerar uma onda de pressão no sistema 1; medir o intervalo de tempo para a onda de pressão se deslocar por uma distância no sistema 1 e calcular o módulo volumétrico eficaz do sistema 1 com o uso do intervalo de tempo e do comprimento.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um método de obter um módulo volumétrico eficaz de um sistema de perfuração com pressão gerenciada e a um sistema de perfuração com pressão gerenciada.

[0002] Em sistemas de perfuração com pressão gerenciada, o módulo volumétrico é usado como um parâmetro para ajustar o controle do sistema. Portanto, é desejável determinar com precisão o módulo volumétrico para melhorar a eficácia de algoritmos de controle de perfuração com pressão gerenciada.

[0003] Um método existente de calcular o módulo volumétrico de um material é fornecido no documento US 2009/0282907. Nesse método, a velocidade de ondas de pressão em um reboco é encontrada, e essa velocidade é usada para calcular o módulo volumétrico do material do reboco. O módulo volumétrico do material do reboco é usado para calcular a integridade do reboco.

[0004] A presente invenção fornece um método de obter um módulo volumétrico eficaz de um sistema de perfuração com pressão gerenciada, sendo que o método compreende: gerar uma onda de pressão no sistema; medir o intervalo de tempo para a onda de pressão se deslocar por uma distância no sistema e calcular o módulo volumétrico eficaz do sistema com o uso do intervalo de tempo e do comprimento.

[0005] Essa invenção permite que o módulo volumétrico eficaz do sistema seja calculado enquanto o sistema está online. Isso pode ser alcançado uma vez que todas as etapas podem ser realizadas quando o sistema está online. Isso não apenas reduz o tempo de inatividade do sistema, mas também pode fornecer valores mais precisos e atualizados para o módulo volumétrico eficaz do sistema. Ter um módulo volumétrico eficaz preciso e atualizado do sistema é benéfico, por exemplo, para ajustamento do sistema.

[0006] Ademais, a presente invenção calcula o módulo volumétrico eficaz, isto é, o módulo volumétrico do sistema como um todo (por exemplo, a lama de perfuração, o revestimento do sistema, o poço aberto, a coluna de perfuração, gás arrastado dentro do sistema, o tubo ascendente etc.), e não apenas do material que está sendo bombeado através do sistema de perfuração com pressão gerenciada.

[0007] Para uso no ajustamento, é o módulo volumétrico do sistema inteiro, isto é, o módulo volumétrico eficaz, que é o mais útil. O uso de ondas de pressão para calcular o módulo volumétrico do sistema quando o mesmo está online é vantajoso uma vez que o uso das ondas de pressão calcula necessária/automaticamente o módulo volumétrico eficaz característico do sistema inteiro, devido ao fato de que a propagação da onda de pressão é dependente do módulo volumétrico eficaz.

[0008] Na presente revelação, o “módulo volumétrico eficaz” pode ser considerado como um parâmetro que descreve a resposta do sistema de perfuração com pressão gerenciada como um todo quando uma onda de pressão passa através do sistema ou através do furo de poço (por exemplo, todo o sistema ou o furo de poço), por exemplo, pelo menos através do fluido de perfuração (ou lama ou fluido ou material) e do revestimento/componentes do sistema de perfuração com pressão gerenciada que contatam o fluido de perfuração (ou lama ou fluido ou material). O mesmo é um parâmetro global que descreve o efeito de todos os componentes/fluido através dos quais a onda de pressão medida passa, e que afetam a onda medida.

[0009] Qualquer componente do sistema que esteja em comunicação suficiente com o fluido de perfuração de modo que o componente afete a onda de pressão medida é de interesse durante o ajustamento.

[0010] Um módulo volumétrico de um material pode ser considerado como uma resistência do material à compressão. Isso não é o que se entende por “módulo volumétrico eficaz do sistema”. O módulo volumétrico de um material pode ser calculado medindo-se a resposta de um material quando uma onda de pressão passa através do mesmo.

[0011] É o módulo volumétrico do material, ao invés do módulo volumétrico eficaz, que é encontrado no documento US 2009/0282907. O módulo volumétrico do material do reboco apenas é encontrado no documento US 2009/0282907 a fim de calcular a integridade do reboco. O mesmo não é usado no ajustamento do sistema.

[0012] O módulo volumétrico eficaz do sistema deve ser considerado como um parâmetro que é encontrado medindo-se a resposta do sistema como um todo quando uma onda de pressão passa através do mesmo. Assim, o mesmo é encontrado da mesma forma, ou de uma forma similar, a que um módulo volumétrico do material pode ser encontrado. No entanto, diferente de um módulo volumétrico de material, não é rigoroso ou correto pensar sobre o módulo volumétrico eficaz do sistema como um todo como “a resistência do sistema à compressão”. Ao invés disso, o mesmo meramente ajuda a descrever a resposta do sistema como um todo à onda de pressão. O termo “módulo volumétrico” é usado para descrever a resposta do sistema meramente devido ao fato de que o mesmo tem as mesmas unidades que um módulo volumétrico de material, e pode ser encontrado de uma maneira similar.

[0013] Assim, visto de outra forma, deve ser compreendido que o módulo volumétrico eficaz do sistema não é um valor de módulo volumétrico de material. Um módulo volumétrico de material define as características (por exemplo, velocidade) de uma onda de pressão que se propaga através de um material. O módulo volumétrico eficaz de um sistema descreve as características de uma onda de pressão que se propaga através do sistema como um todo.

[0014] Assim, o módulo volumétrico eficaz do sistema inclui efeitos na propagação da onda a partir do fluido de perfuração (no espaço anular do furo de poço pelo menos) e quaisquer componentes que contatam o fluido que afetam a propagação da onda de pressão (tais como revestimento do furo de poço, o revestimento da coluna de perfuração, o poço aberto, a coluna de perfuração, gás arrastado dentro do sistema e/ou o tubo ascendente). O que os inventores constataram é que durante o ajustamento é útil saber qual é a resposta do sistema a uma onda de pressão que se propaga. Essa resposta é, naturalmente, afetada apenas pelos componentes do sistema que afetam a propagação de uma onda de pressão. Essa resposta foi denominada “o módulo volumétrico eficaz do sistema”. Portanto, o módulo volumétrico eficaz do sistema leva em consideração o efeito de todos os componentes que afetam a propagação da onda de pressão (e nenhum outro componente).

[0015] Em particular, o fluido de perfuração (por exemplo, a lama) e o revestimento do furo de poço (e, possivelmente, outros componentes no poço) que circunda o fluido podem contribuir para o módulo volumétrico eficaz do sistema, quando uma onda de pressão é produzida no sistema/fluido e medida no sistema/fluido. O fluido pode contribuir devido a seu módulo volumétrico de material. O revestimento pode contribuir uma vez que o mesmo está em contato com o fluido, assim, a onda de pressão pode passar do fluido para o revestimento, e vice-versa. A flexibilidade do revestimento pode afetar a propagação da onda, e, consequentemente, o módulo volumétrico eficaz do sistema. O módulo volumétrico de material do material do revestimento pode afetar a propagação da onda, e, consequentemente, o módulo volumétrico eficaz do sistema.

[0016] Assim, o método pode incluir o cálculo do módulo volumétrico eficaz do sistema todo. Aqui o sistema todo tem o significado de qualquer parte do sistema (por exemplo, a lama/fluido de perfuração, o revestimento do sistema, o poço aberto, a coluna de perfuração, gás arrastado dentro do sistema, o tubo ascendente etc.) que possa afetar, e possa ser afetada por uma onda de pressão que se propaga no fluido de perfuração.

[0017] Deve ser compreendido que “calcular um módulo volumétrico eficaz” se destina a cobrir qualquer cálculo equivalente, tal como calcular uma compressibilidade efetiva, sendo que a compressibilidade é meramente a recíproca do módulo volumétrico.

[0018] Os sistemas da técnica anterior determinam o módulo volumétrico de material, e, consequentemente, não fornecem as mesmas vantagens. Por exemplo, um método da técnica anterior de determinar o módulo volumétrico de material é simplesmente medir o módulo volumétrico de uma amostra do material no sistema. Isso é feito tipicamente fora do sistema de perfuração com pressão gerenciada, por exemplo, em um ambiente de laboratório. Uma vez que apenas uma amostra é usada, e uma vez que o módulo volumétrico é calculado fora do sistema de perfuração com pressão gerenciada, o módulo volumétrico de material calculado dessa maneira é menos útil do que o módulo volumétrico eficaz calculado pelo presente método.

[0019] A onda de pressão gerada pode ser de modo que a onda de pressão se propague através de fluido de perfuração em um furo de poço do sistema e componentes do sistema de perfuração com pressão gerenciada contatados pelo fluido de perfuração, tal como o revestimento do espaço anular. A onda de pressão pode se propagar através do fluido de perfuração em um espaço anular do furo de poço do sistema, e, preferencialmente, dos componentes em contato com o fluido de perfuração no espaço anular do furo de poço.

[0020] A onda de pressão pode se deslocar através de pelo menos 10%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 75%, 80% ou 90% do comprimento do furo de poço. De fato, quando a onda de pressão é refletida (consultar abaixo), a onda de pressão, enquanto se desloca através de pelo menos 10%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 75%, 80% ou 90%, pode se deslocar por uma distância (por exemplo, da fonte para o sensor) de pelo menos 20%, 40%, 50%, 60%, 80%, 100%, 120%, 140%, 150%, 160% ou 180% (respectivamente) do comprimento do furo de poço.

[0021] A onda de pressão pode ser gerada em uma fonte.

[0022] A fonte da onda de pressão pode ser externa ao sistema de perfuração com pressão gerenciada. Preferencialmente, no entanto, a fonte da onda de pressão pode ser um componente existente do sistema. Assim, nenhum hardware adicional é necessário. O componente existente pode ser uma bomba de contrapressão. O componente existente pode ser uma válvula de estrangulamento. É conhecido em certos sistemas de perfuração com pressão gerenciada da técnica anterior gerar pulsos de contrapressão em um sistema de perfuração com pressão gerenciada com o uso de uma válvula de estrangulamento, por exemplo, no artigo Verification of Pore and Fracture Pressure Margins during Managed Pressure Drilling por B. Piccolo, P. Savage, H. Pinkstone, C. Leuchtenberg, SPE/IADC, 2014. No entanto, na técnica anterior os pulsos de contrapressão são usados apenas para calcular um fator de armazenamento de furo de poço com o uso de um modelo de primeira ordem, e não para calcular o módulo volumétrico eficaz do sistema.

[0023] O uso de um componente existente do sistema é particularmente vantajoso para a presente invenção, especialmente se aquele componente existente do sistema for um componente que pode ser usado para ajustar o sistema de perfuração com pressão gerenciada (tal como uma bomba de contrapressão e/ou uma válvula de estrangulamento). Os inventores descobriram que um parâmetro do sistema que é útil conhecer durante o ajustamento é o módulo volumétrico eficaz do sistema como um todo. Conforme discutido acima, o módulo volumétrico eficaz do sistema como um todo é definido como a resposta do sistema como um todo a uma onda de pressão produzida dentro do sistema. Para uso durante o ajustamento, é particularmente desejável conhecer a resposta do sistema como um todo a uma onda de pressão produzida pelo componente existente usado durante ajustamento (tal como a bomba de contrapressão e/ou a válvula de estrangulamento).

[0024] A fonte pode, preferencialmente, ser capaz de variar a pressão no sistema de modo rápido o suficiente para gerar uma onda de pressão que se desloca a montante. Por exemplo, a variação de pressão pode precisar ocorrer em uma escala de menos do que 1s para produzir uma onda de pressão adequada.

[0025] A válvula de estrangulamento é um componente preferencial para usar como a fonte da onda de pressão. Em geral, esse será o caso em que nenhuma modificação às partes físicas do sistema é exigida para usar uma válvula de estrangulamento dessa forma; em vez disso, pode haver modificações apenas ao controle do sistema. De modo vantajoso, a posição da válvula de estrangulamento pode ser mudada muito rapidamente, tal como em escalas de tempo mais curtas do que 1s.

[0026] Em uso normal, o estrangulamento é usado para controlar a pressão no sistema para ficar dentro de uma faixa desejada. O uso do estrangulamento para aumentar ou diminuir bruscamente a pressão no sistema para gerar uma onda de pressão, portanto, usualmente seria desencorajado por motivo de segurança. No entanto, se isso for feito para um tempo curto o suficiente, não há um efeito negativo ou perigoso no sistema. Ao invés disso, o resultado é que uma onda de pressão se desloca a montante. Os inventores constataram que o uso da válvula de estrangulamento dessa maneira pode ser usado para calcular o módulo volumétrico eficaz do sistema inteiro quando o sistema está em funcionamento/online. Para gerar a onda, a posição do estrangulamento pode ser mudada de uma maneira predefinida enquanto a bomba da sonda e/ou bomba de contrapressão do sistema está/estão em funcionamento. A válvula de estrangulamento pode ser aberta e/ou fechada. A mudança na posição da válvula de estrangulamento pode ser uma mudança na dimensão em que a válvula de estrangulamento está aberta. A posição da válvula de estrangulamento pode ser mudada em uma dimensão de modo a provocar uma mudança de pressão significativa no sistema. Uma mudança de pressão significativa é uma mudança de pressão que provocará uma onda que se propaga de modo registrável, por exemplo, uma mudança de pressão de 100 a 500 kPa (1 a 5 bar).

[0027] A fonte da onda de pressão pode estar em uma localização no convés de produção do sistema. Em um sistema de perfuração com pressão gerenciada, há um convés de produção em que os componentes que são usados para gerenciar a pressão do sistema (tal como estrangulamento (ou estrangulamentos), medidor (ou medidores) de fluxo e sensor (ou sensores) de pressão) são localizados. O convés de produção é, tipicamente, localizado em uma parte superior do furo de poço, preferencialmente a parte substancialmente mais alta do furo de poço, ou em uma parte superior do tubo ascendente, preferencialmente a parte substancialmente mais alta do tubo ascendente. O convés de produção pode ser conectado ao tubo ascendente ou ao furo de poço, preferencialmente ao espaço anular do furo de poço, de modo que a pressão no tubo ascendente e/ou no furo de poço possa ser controlada.

[0028] O sistema de perfuração com pressão gerenciada pode compreender um furo de poço. O sistema pode compreender um tubo ascendente. O tubo ascendente pode ser conectado ao furo de poço de modo que o material possa passar através do tubo ascendente e do furo de poço e passar entre o tubo ascendente e o furo de poço, preferencialmente o espaço anular do furo de poço.

[0029] Ter a fonte na localização no convés de produção do sistema é vantajoso uma vez que isso pode aumentar a distância pela qual a onda de pressão pode se deslocar, o que, por sua vez, pode melhorar a precisão da medição do intervalo de tempo. Ademais, uma vez que o convés de produção é conectado fluidamente ao tubo ascendente ou furo de poço, ter a fonte no convés de produção garante a propagação da onda de pressão através do tubo ascendente e/ou furo de poço. Ademais, uma vez que já existem inúmeros componentes presentes no convés de produção, o acesso ao convés de produção é relativamente simples para instalar a fonte. Ademais, um dos componentes já presentes no convés de produção pode ser usado como a fonte. Ademais, uma vez que, tipicamente, já há um sensor de pressão presente no convés de produção, esse sensor de pressão pode ser usado para medir o intervalo de tempo. Alternativamente, o medidor de fluxo já presente pode ser usado para medir o intervalo de tempo.

[0030] A distância no sistema percorrida pela onda de pressão pode ser aproximadamente o dobro do comprimento do furo de poço, ou o dobro do comprimento total do tubo ascendente e do furo de poço. Essa distância pode ser alcançada posicionando-se a fonte próxima ao topo do furo de poço ou do tubo ascendente respectivamente. A onda de pressão pode se deslocar para baixo pelo comprimento de (o tubo ascendente e) o furo de poço para o fundo do furo de poço, preferencialmente através do espaço anular do furo de poço.

[0031] A onda de pressão pode ser refletida. A reflexão pode ocorrer em uma localização de reflexão. A reflexão pode ocorrer em um tempo durante o intervalo de tempo. A reflexão pode, portanto, ocorrer em um tempo entre o início e o fim do intervalo de tempo. A reflexão pode ocorrer em qualquer localização no sistema em que a impedância muda. A reflexão pode ocorrer no fundo do furo de poço. A reflexão pode ocorrer onde a geometria do sistema muda, por exemplo, quando muda entre o tubo ascendente e o furo de poço, ou na localização em que o diâmetro do tubo ascendente ou do furo de poço muda (o que pode ser onde revestimentos de diâmetro diferente se encontram), ou onde o corte transversal do sistema muda (tal como o corte transversal do tubo ascendente ou do furo de poço). O fundo do furo de poço pode ser a localização preferencial de reflexão uma vez que isso proporciona a distância e intervalo de tempo mais longos. No entanto, outras reflexões podem ser preferenciais uma vez que haverá menos atenuação da onda de pressão sobre distâncias mais curtas.

[0032] As reflexões também podem ocorrer onde o fluido no sistema muda, por exemplo, a densidade muda.

[0033] Mais do que uma reflexão pode ser usada. Isso pode ajudar a fornecer uma estimativa mais precisa do módulo volumétrico.

[0034] Uma localização de reflexão é a localização no sistema na qual a onda de pressão é refletida.

[0035] A localização de reflexão da onda de pressão refletida medida precisaria ser conhecida, para que a distância total percorrida pela onda de pressão no intervalo de tempo seja conhecida. A profundidade da reflexão pode ser encontrada devido ao fato de que as localizações de mudança de geometria, as mudanças de fluido e/ou o fundo do furo de poço são tipicamente conhecidos. No caso em que há múltiplas reflexões, ou múltiplas localizações possíveis a partir das quais a onda de pressão refletida poderia ter refletido, pode ser necessário determinar a localização de reflexão da/de cada onda de pressão refletida. Isso pode ser alcançado tendo-se o conhecimento de profundidades de reflexão possíveis, e tendo-se o conhecimento de valores de módulo volumétrico antecipados aproximados. A profundidade de reflexão (e, consequentemente a distância pela qual a onda de pressão se desloca) e o módulo volumétrico correspondente podem ser calculados com o uso do dito conhecimento de profundidades de reflexão possíveis e valores de módulo volumétrico antecipados. Esse cálculo pode ser iterativo.

[0036] Adicional ou alternativamente, a profundidade da localização de reflexão da primeira e/ou última chegada da onda de pressão refletida medida pode ser correlacionada à localização de reflexão possível mais próxima e/ou mais distante respectivamente. As reflexões remanescentes podem, então, ser correlacionadas às localizações de reflexão remanescentes correlacionando-se a próxima e/ou anterior onda de pressão refletida com as respectivas localizações de reflexão próxima e/ou anterior possíveis.

[0037] A onda de pressão pode se deslocar através do material no sistema em uma direção a montante. Quando a onda de pressão alcança uma localização de reflexão, por exemplo, o fundo do furo de poço, a mesma pode ser refletida. A onda de pressão refletida pode, então, se deslocar para cima o comprimento do furo de poço, preferencialmente através do espaço anular do furo de poço, e/ou pode se deslocar para cima através do tubo ascendente. A onda de pressão refletida, e, possivelmente, a onda de pressão gerada, podem ser medidas próximas ao topo do furo de poço ou do tubo ascendente, por exemplo, no convés de produção.

[0038] Assim, a onda de pressão pode se deslocar a partir da fonte, para baixo no tubo ascendente e/ou furo de poço para uma localização de reflexão em que a mesma é refletida de volta para cima no furo de poço e/ou o tubo ascendente. Ter o deslocamento da onda de pressão dessa forma fornece um intervalo de tempo mais longo, o que pode melhorar a precisão da medição. Ademais, isso permite de modo eficaz que a onda de pressão se desloque através do sistema duas vezes, uma vez a montante e uma vez a jusante. Isso pode melhorar a precisão do módulo volumétrico eficaz encontrado com o uso desse método, uma vez que o mesmo é o módulo volumétrico eficaz do sistema inteiro que é de conhecimento particularmente útil.

[0039] A onda de pressão pode se deslocar através do sistema. A onda de pressão pode se deslocar através do furo de poço, preferencialmente no espaço anular do furo de poço. A onda de pressão pode se deslocar através do tubo ascendente. A onda de pressão pode se deslocar através do furo de poço e do tubo ascendente.

[0040] O termo “onda de pressão” destina-se a ser qualquer variação de pressão que se propaga. A mesma pode ser, mas não precisa ser, periódica ou cíclica. A onda de pressão pode assumir formas diferentes, tal como uma onda de impulso (por exemplo, uma função delta), uma onda em degrau, uma onda semi-senoidal, uma onda senoidal completa, um pulso de pressão. Uma onda de pressão na forma de uma onda sonora pode ser usada, com a fonte, consequentemente, sendo uma fonte de um som adequado.

[0041] O intervalo de tempo pode ser o tempo gasto para a onda de pressão passar da fonte para a localização de reflexão e de volta para um sensor. O sensor pode ser um sensor de pressão ou um medidor de fluxo. Esses componentes podem já ser parte do sistema de perfuração com pressão gerenciada, o que significa que vantajosamente nenhuma modificação é exigida para permitir a medição do intervalo de tempo. O sensor de pressão da válvula de estrangulamento pode ser usado.

[0042] O intervalo de tempo pode ser o tempo gasto para a onda de pressão passar do sensor de pressão para a localização de reflexão e de volta para o sensor.

[0043] O intervalo de tempo pode ser a diferença de tempo entre a fonte gerar a onda e o sensor detectar a onda, preferencialmente a onda refletida.

[0044] O intervalo de tempo pode ser a diferença de tempo entre um primeiro sensor detectar a onda, preferencialmente a onda direta (não refletida), e um segundo sensor detectar a onda, preferencialmente a onda refletida.

[0045] O intervalo de tempo pode ser o tempo diferença entre o sensor detectar a onda, preferencialmente a onda direta (não refletida), e o mesmo sensor detectar a onda refletida.

[0046] O intervalo de tempo pode ser a diferença de tempo entre um primeiro sensor detectar a onda, preferencialmente a onda direta (não refletida), e um segundo sensor detectar a onda, preferencialmente a onda direta (não refletida), em uma localização diferente para o primeiro sensor, preferencialmente, a montante do primeiro sensor.

[0047] O intervalo de tempo pode ser calculado entre chegadas de porções correspondentes da onda de pressão. Por exemplo, o intervalo de tempo pode ser medido de pico a pico, ou entre chegadas iniciais.

[0048] O sensor pode estar localizado próximo à fonte. O sensor pode estar localizado a montante da fonte. O sensor pode estar localizado entre a fonte e o furo de poço. O sensor pode estar localizado no convés de produção. O segundo sensor (quando presente) pode estar localizado a montante do sensor, preferencialmente, no tubo ascendente ou no furo de poço.

[0049] O sensor pode ser um sensor de pressão existente do convés de produção. Um convés de produção típico em um sistema de perfuração com pressão gerenciada já compreende um sensor de pressão a montante da válvula de estrangulamento que é usado para monitorar a pressão do sistema. Esse sensor de pressão existente pode ser usado. Uma vantagem do presente método é que nenhum hardware adicional precisar ser adicionado a um sistema de perfuração com pressão gerenciada existente a fim de realizar o método.

[0050] O sensor pode ser um medidor de fluxo existente do convés de produção. Um típico convés de produção em um sistema de perfuração com pressão gerenciada já compreende um medidor de fluxo usado para monitorar o fluxo de material do sistema. Esse medidor de fluxo existente pode ser usado. Uma vantagem do presente método é que nenhum hardware adicional precisar ser adicionado a um sistema de perfuração com pressão gerenciada existente a fim de realizar o método.

[0051] O método pode compreender calcular a velocidade de som no sistema com o uso do intervalo de tempo e do comprimento e calcular o módulo volumétrico eficaz do sistema com o uso da velocidade de som calculada no sistema.

[0052] A velocidade de som pode ser calculada com o uso da fórmula, c =

Isso pode preferencialmente ser,, c=

, em que o tempo inicial é o tempo em que a fonte gera a onda de pressão ou o tempo que a onda de pressão passa o (primeiro) sensor, e o tempo final é o tempo em que a onda de pressão (refletida) passa o (segundo) sensor.

[0053] O módulo volumétrico eficaz βpode ser calculado a partir do intervalo de tempo At, do /comprimento e da densidade do sistema pcom o uso da fórmula, oβ =

a partir da velocidade de som no sistema c e da densidade do sistema pcom o uso da fórmula,

.

[0054] A densidade do sistema pode ser a densidade do material usado no sistema de perfuração com pressão gerenciada para controlar a pressão. O material pode compreender lama e/ou cascalhos. O material pode passar através do espaço anular do furo de poço e/ou do tubo ascendente e/ou do convés de produção. O material pode ser um fluido. O material pode estar presente entre a fonte e a localização de reflexão.

[0055] A densidade pode ser a densidade aparente.

[0056] O método pode compreender encontrar a densidade do sistema p. Essa pode ser conhecido para uma localização ou sistema particular, ou pode ser calculada e/ou monitorada com o uso de um medidor densidade ou um medidor de fluxo, tal como um medidor de fluxo de massa, tal como um medidor coriolis. A densidade também pode ser derivada a partir de leituras de pressão no tubo ascendente e/ou no furo de poço. A densidade pode ser medida no convés de produção. Um convés de produção típico em um sistema de perfuração com pressão gerenciada já compreende um sensor de densidade, por exemplo, um medidor de fluxo. Esse sensor existente pode ser usado. O medidor de fluxo pode ser o mesmo medidor de fluxo usado para medir a onda de pressão. Uma vantagem do presente método é que nenhum hardware adicional precisar ser adicionado a um sistema de perfuração com pressão gerenciada existente a fim de realizar o método.

[0057] Em outro aspecto, a invenção fornece um método de ajustar um sistema de perfuração com pressão gerenciada, que compreende: o uso do módulo volumétrico eficaz do sistema de perfuração com pressão gerenciada obtido por qualquer um dos recursos do método discutidos acima durante o ajustamento do sistema de perfuração com pressão gerenciada. Esse método também pode compreender obter o módulo volumétrico eficaz, preferencialmente realizando-se qualquer um dos recursos do método discutidos acima. O sistema de perfuração com pressão gerenciada pode ser ajustado, pelo menos parcialmente, com o uso do componente existente do sistema de perfuração com pressão gerenciada que é usado para gerar a onda de pressão.

[0058] Em outro aspecto, a invenção fornece um método de obter um módulo volumétrico eficaz de um sistema de perfuração com pressão gerenciada, sendo que o método compreende: obter um primeiro módulo volumétrico eficaz; medir o módulo volumétrico de material do fluido de perfuração no sistema de perfuração com pressão gerenciada; calcular a porção do primeiro módulo volumétrico eficaz que não se origina a partir do módulo volumétrico de material do fluido de perfuração; mudar o fluido de perfuração no sistema de perfuração com pressão gerenciada, em que o módulo volumétrico de material do fluido de perfuração novo é conhecido ou medido; e calcular um segundo módulo volumétrico eficaz do sistema de perfuração com pressão gerenciada com o uso da porção do primeiro módulo volumétrico eficaz que não se origina a partir do módulo volumétrico de material do fluido de perfuração original e do módulo volumétrico de material do fluido de perfuração novo. O primeiro módulo volumétrico eficaz pode ser obtido com o uso de qualquer um dos métodos discutidos acima. Pode ser desejável que o fluido (por exemplo, fluido de perfuração, tal como lama) em um sistema de perfuração com pressão gerenciada seja mudado. O método desse aspecto, permite que o módulo volumétrico eficaz do sistema de perfuração com pressão gerenciada com o novo fluido seja encontrado sem a necessidade de realizar o método inteiro do primeiro aspecto novamente.

[0059] Em outro aspecto a invenção fornece um sistema de perfuração com pressão gerenciada que compreende um ou mais sensores configurados para medir o intervalo de tempo para uma onda de pressão se deslocar por uma distância no sistema; e um processador configurado para calcular um módulo volumétrico eficaz do sistema com o uso do intervalo de tempo e do comprimento.

[0060] O processador pode ser configurado para calcular a velocidade de som no sistema com o uso do intervalo de tempo e do comprimento e para calcular o módulo volumétrico eficaz do sistema com o uso da velocidade de som calculada no sistema.

[0061] A fonte da onda de pressão pode ser um componente existente do sistema. Assim, nenhum hardware adicional é necessário. O componente existente pode ser uma bomba de contrapressão. O componente existente pode ser uma válvula de estrangulamento.

[0062] O sistema pode compreender um furo de poço e/ou um tubo ascendente. O furo de poço pode compreender um espaço anular do furo de poço. O tubo ascendente pode ser fixado ao furo de poço. O tubo ascendente e o furo de poço podem ser conectados de modo que o material possa passar entre o tubo ascendente e o furo de poço, preferencialmente no espaço anular do furo de poço.

[0063] Uma coluna de perfuração pode estar localizada dentro do furo de poço e/ou do tubo ascendente. A coluna de perfuração pode estar localizada dentro do furo de poço no interior do espaço anular do furo de poço. O espaço anular do furo de poço e/ou o tubo ascendente podem fornecer um trajeto para material, tal como lama/cascalhos, a ser transportado para longe da localização de perfuração, tipicamente no fundo do furo de poço.

[0064] O sistema pode compreender um convés de produção. Um convés de produção é uma parte existente de um sistema de perfuração com pressão gerenciada. Um convés de produção fica tipicamente localizado em uma parte superior do furo de poço ou do tubo ascendente, preferencialmente a parte substancialmente mais alta do furo de poço ou do tubo ascendente. O convés de produção pode ser uma linha que compreende componentes que são usados para gerenciar a pressão do sistema (tal como estrangulamento (ou estrangulamentos), medidor (ou medidores) de fluxo, bomba (ou bombas) de contrapressão e sensor (ou sensores) de pressão). A fonte pode estar em uma localização no convés de produção do sistema. O convés de produção pode ser conectado ao furo de poço ou ao tubo ascendente de modo que a pressão no furo de poço e/ou no tubo ascendente possa ser controlada.

[0065] O sensor (ou sensores) pode estar localizado próximo à fonte. O sensor (ou sensores) pode estar localizado a montante da fonte. O sensor (ou sensores) pode estar localizado entre a fonte e o furo de poço ou tubo ascendente. O sensor (ou sensores) pode estar localizado no convés de produção.

[0066] O sensor pode ser um sensor de pressão existente do convés de produção. Um convés de produção típico em um sistema de perfuração com pressão gerenciada já compreende um sensor de pressão a montante da válvula de estrangulamento que é usado para monitorar a pressão do sistema. Esse sensor de pressão existente pode ser usado. Vantajosamente, nenhum hardware adicional precisar ser adicionado a um sistema de perfuração com pressão gerenciada existente.

[0067] O sensor pode ser um medidor de fluxo existente do convés de produção. Um típico convés de produção em um sistema de perfuração com pressão gerenciada já compreende um medidor de fluxo usado para monitorar o fluxo de material do sistema. Esse medidor de fluxo existente pode ser usado. Novamente, isso fornece a vantagem de que nenhum hardware adicional precisar ser adicionado a um sistema de perfuração com pressão gerenciada existente.

[0068] O sistema pode compreender um sensor de densidade p para medir a densidade do material. A densidade p pode ser calculada e/ou monitorada com o uso de um medidor de fluxo, tal como um medidor de fluxo de massa, tal como um medidor coriolis. O medidor de fluxo pode ser o mesmo medidor de fluxo usado para medir onda de pressão. O sensor de densidade p pode estar localizado no convés de produção. Um convés de produção típico em um sistema de perfuração com pressão gerenciada já compreende um sensor de densidade, por exemplo, um medidor de fluxo. Esse sensor existente pode ser usado, novamente fornecendo a vantagem de que nenhum hardware adicional precisar ser adicionado a um sistema de perfuração com pressão gerenciada existente.

[0069] O sensor (ou sensores) pode ser conectado ao processador. A fonte pode ser conectada ao processador. O processador pode ser configurado para realizar qualquer um dos métodos discutidos acima. O processador pode ser conectado à fonte. O processador pode ser conectado a, ou pode ser parte de, um controlador. O controlador pode ser configurado para atuar a fonte, por exemplo, abrir/fechar a válvula de estrangulamento, para gerar a onda de pressão.

[0070] O sistema pode compreender um acionador, tal como um motor, conectado à válvula de estrangulamento para acionar a válvula de estrangulamento.

[0071] A válvula de estrangulamento pode ser uma primeira válvula de estrangulamento. O sistema pode compreender uma segunda válvula de estrangulamento em paralelo à primeira válvula de estrangulamento. A segunda válvula de estrangulamento pode fornecer redundância para o sistema. Pode haver três, quatro ou cinco válvulas do estrangulamento em paralelo.

[0072] O sistema pode ser configurado de modo que o sensor (ou sensores) possa ser usado para medir o intervalo de tempo independentemente de qual estrangulamento é usado.

[0073] Alternativamente, cada válvula de estrangulamento pode ter sensor respectivo (ou sensores) para medir o intervalo de tempo quando apenas seu estrangulamento respectivo é usado para gerar a onda de pressão. O sensor (ou sensores) de cada válvula de estrangulamento pode ser conectado a controladores respectivos ou ao mesmo controlador. O controlador (ou controladores) pode ser configurado para realizar qualquer um dos métodos discutidos acima.

[0074] O sistema também pode compreender uma pluralidade de sensores, de modo a fornecer redundância para o sistema.

[0075] Uma modalidade preferencial será descrita agora, apenas a título de exemplo, em referência à Figura anexa, a qual mostra uma vista esquemática de um sistema de perfuração com pressão gerenciada.

[0076] O sistema 1 compreende um furo de poço 2. O furo de poço 2 compreende um furo interno 3 e um espaço anular externo 4. A extremidade a montante do furo interno 3 é conectada a uma bomba da sonda 5. A extremidade a jusante do furo interno 3 termina próxima ao fundo do furo de poço 2. A bomba da sonda 5 é alimentada com material, tal como lama, a partir de um tanque e bombeia o material para o fundo do furo de poço 2 através do furo interno 3. A extremidade a montante do espaço anular 4 fica localizada no fundo do furo de poço 2. Assim, em uso, material, tal como lama e cascalhos, entra no fundo do espaço anular 4 e flui para cima através do espaço anular 4. O fluxo para cima do material ocorre devido à pressão no fundo do espaço anular 4 ser maior do que a pressão no topo do espaço anular 4. No topo do espaço anular 4 há uma vedação 6 que veda entre o furo interno 3 e o espaço anular 4 para impedir que o material saia do espaço anular 4 onde o furo interno 3 entra no espaço anular 4. O espaço anular 4 pode ser formado entre um revestimento externo e o revestimento do furo interno 3 que passa através do revestimento externo.

[0077] Próximo ao topo do furo de poço 2 e do espaço anular 4 há um convés de produção 10. O convés de produção 10 é conectado ao espaço anular 4 de modo que o material possa fluir entre a parte superior do espaço anular 4 e o convés de produção 10. O convés de produção compreende um sensor de pressão 11, uma válvula de estrangulamento 12 e um medidor de fluxo 13 conectados juntos com linhas que permitem o fluxo de material através das mesmas. O sensor de pressão 11 fica localizado entre o espaço anular 4 e a válvula de estrangulamento 12 e a válvula de estrangulamento 12 fica localizado entre o medidor de fluxo 13 e o sensor de pressão 11. Em uso, o sensor de pressão 11 fica a montante da válvula de estrangulamento 12 que, por sua vez, fica a montante do medidor de fluxo 13 e os mesmos são conectados com linhas em série. O material sai do espaço anular 4 próximo ao topo do espaço anular 4 no convés de produção 10, passa pelo sensor de pressão 11, passa através da válvula de estrangulamento 12 (caso a mesma esteja aberta) e, então, passa através do medidor de fluxo 13. O material que sai do medidor de fluxo 13 pode ser descartado, ou pode ser armazenado no s tanques (não mostrados).

[0078] O convés de produção 10 também compreende uma bomba de contrapressão 14. Uma linha que sai da bomba de contrapressão 14 é conectada à linha entre o sensor de pressão 11 e a válvula de estrangulamento 12. A bomba de contrapressão 14 é alimentada com material, tal como lama, a partir de um tanque e, quando em uso, bombeia o material para a linha a montante da válvula de estrangulamento 12.

[0079] É muito importante controlar a pressão no furo de poço 2, e, em particular, no espaço anular do furo de poço 4, de modo a manter a pressão correta no fundo do furo de poço 2. Caso a pressão seja muito baixa isso pode levar a um influxo de hidrocarbonetos no poço durante a perfuração ou colapso do furo de poço. Caso a pressão seja muito alta isso pode levar à fratura do furo de poço 2, por exemplo, os revestimentos podem fraturar. A pressão é controlada com o uso da bomba da sonda 5 e da válvula de estrangulamento 12 em combinação. Como pode ser avaliado, a válvula de estrangulamento 12 pode fornece uma contrapressão variável dentro do furo de poço 2. Ademais, quando a bomba da sonda 5 está desligada ou trabalhando em capacidade baixa, a bomba de contrapressão 14 pode ser usada para fornecer contrapressão para o furo de poço 2. O fluxo de material no sistema é mostrado nas setas da Figura 1. O sensor de pressão 11 e o medidor de fluxo 13 são tipicamente usados para monitorar o sistema. Por exemplo, o sensor de pressão 11 é usado para detectar se a pressão do material no sistema é aceitável.

[0080] Um método proposto para obter um módulo volumétrico eficaz de um sistema de perfuração com pressão gerenciada utiliza os componentes existentes do sistema de perfuração com pressão gerenciada para esse propósito adicional diferente. O sensor de pressão 11, a válvula de estrangulamento 12 e o sensor de fluxo 13 são conectados a um processador (não mostrado). O processador é configurado para medir a pressão com o uso do sensor de pressão 11. O processador pode ser parte de um controlador configurado para controlar a abertura/fechamento da válvula de estrangulamento 12 e para medir a taxa de fluxo com o uso do sensor de fluxo 13.

[0081] Em primeiro lugar, o controlador abre e/ou fecha a válvula de estrangulamento 12 por uma escala de tempo curta, tal como menos do que 1 s. Uma vez que o material a montante da válvula de estrangulamento 12 é pressurizado, essa abertura e/ou fechamento da válvula de estrangulamento 12 produz uma onda de pressão que se propaga a montante. A onda de pressão também pode se propagar a jusante, mas isso não tem relevância para o presente método. A onda de pressão, portanto, passa através do material na linha entre a válvula de estrangulamento 12 e através do material no espaço anular 4 até que a onda de pressão alcance o fundo do furo de poço 2.

[0082] Em segundo lugar, conforme a onda de pressão a partir da válvula de estrangulamento 12 passa do sensor de pressão 11, o sensor de pressão detecta a onda de pressão e o processador mede a hora da chegada da onda de pressão.

[0083] Uma vez que a onda de pressão alcança o fundo do furo de poço 2, a mesma é refletida de volta para cima através do material no espaço anular 4. Uma vez que a onda de pressão refletida alcança o convés de produção 10 a mesma se propaga através da linha que conecta o espaço anular à válvula de estrangulamento 12.

[0084] Em terceiro lugar, conforme a onda de pressão refletida passa o sensor de pressão 11, o sensor de pressão detecta a onda de pressão refletida e o processador mede a hora da chegada da onda de pressão refletida.

[0085] Em quarto lugar, o processador calcula o intervalo de tempo entre a chegada da onda de pressão gerada e a chegada da onda de pressão refletida.

[0086] Em quinto lugar, o processador calcula a velocidade de som no sistema. Isso é feito com o uso da distância entre o sensor de pressão e o fundo do furo de poço (que é conhecida) e o intervalo de tempo, por exemplo, dividindo-se duas vezes a distância pelo intervalo de tempo ou dividindo-se a distância pela metade do intervalo de tempo.

[0087] Em sexto lugar, com o uso da velocidade de som no sistema, o módulo volumétrico é calculado com o uso de

.

[0088] Alternativamente, o processador pode calcular o módulo volumétrico diretamente a partir da distância entre o sensor de pressão e o fundo do furo de poço

e do intervalo de tempo Δt)e da densidade pcom o uso da fórmula

Claims

1. Método de obter um módulo volumétrico eficaz de um sistema de perfuração com pressão gerenciada, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: gerar uma onda de pressão no sistema; medir o intervalo de tempo para a onda de pressão se deslocar por uma distância no sistema e calcular o módulo volumétrico eficaz do sistema com o uso do intervalo de tempo e o comprimento.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a onda de pressão gerada é para que a onda de pressão se propague através do fluido de perfuração em um furo de poço do sistema e componentes do sistema de perfuração com pressão gerenciada sejam contatados pelo fluido de perfuração.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a onda de pressão se desloca através de pelo menos 25%, 50% ou 75% do comprimento do furo de poço.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1,2 ou 3, caracterizado pelo fato de que compreende calcular a velocidade de som no sistema com o uso do intervalo de tempo e do comprimento e calcular o módulo volumétrico eficaz do sistema com o uso da velocidade de som calculada no sistema.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a onda de pressão é gerada com o uso de um componente existente do sistema.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o componente existente é uma válvula de estrangulamento, preferencialmente, em que o componente existente é um que pode ser usado durante o ajustamento do sistema de perfuração com pressão gerenciada.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a onda de pressão é gerada em uma localização no convés de produção do sistema.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a distância no sistema percorrida pela onda de pressão é aproximadamente o dobro do comprimento da distância entre o convés de produção e o fundo do furo de poço.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a onda de pressão se desloca a partir da localização em que a mesma é gerada para uma localização de reflexão em que a mesma é refletida.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a localização de reflexão é o fundo de um furo de poço.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a onda de pressão se desloca através de um furo de poço e/ou através de um tubo ascendente.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o intervalo de tempo é o tempo gasto para a onda de pressão passar de um sensor de pressão para uma localização de reflexão e de volta para o sensor de pressão.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o módulo volumétrico eficaz β é calculado a partir do intervalo de tempo Δt, do comprimento l e da densidade p do sistema com o uso da fórmula,

, ou a partir da velocidade de som no sistema ce da densidade p do sistema com o uso da fórmula

, em que a velocidade de som no sistema

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende encontrar a densidade do sistema p.

15. Método de ajustar um sistema de perfuração com pressão gerenciada caracterizado pelo fato de que compreende: usar o módulo volumétrico eficaz do sistema de perfuração com pressão gerenciada obtido pelo método de qualquer reivindicação anterior durante o ajustamento do sistema de perfuração com pressão gerenciada.

16. Método de obter um módulo volumétrico eficaz de um sistema de perfuração com pressão gerenciada, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: obter um primeiro módulo volumétrico eficaz; medir o módulo volumétrico de material do fluido de perfuração no sistema de perfuração com pressão gerenciada; calcular a porção do primeiro módulo volumétrico eficaz que não se origina do módulo volumétrico de material do fluido de perfuração; mudar o fluido de perfuração no sistema de perfuração com pressão gerenciada, em que o módulo volumétrico de material do novo fluido de perfuração é conhecido ou medido; e calcular um segundo módulo volumétrico eficaz do sistema de perfuração com pressão gerenciada com o uso da porção do primeiro módulo volumétrico eficaz que não se origina do módulo volumétrico de material do fluido de perfuração original e o módulo volumétrico de material do novo fluido de perfuração.

17. Sistema de perfuração com pressão gerenciada caracterizado pelo fato de que compreende um ou mais sensores configurados para medir o intervalo de tempo para uma onda de pressão se deslocar por uma distância no sistema; e um processador configurado para obter um módulo volumétrico eficaz do sistema com o uso do intervalo de tempo e do comprimento.

18. Sistema de perfuração com pressão gerenciada, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para calcular a velocidade de som no sistema com o uso do intervalo de tempo e do comprimento e para calcular o módulo volumétrico eficaz do sistema com o uso da velocidade de som calculada no sistema.

19. Sistema de perfuração com pressão gerenciada, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que compreende uma fonte configurada para gerar a onda de pressão no sistema.

20. Sistema de perfuração com pressão gerenciada, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a fonte da onda de pressão é um componente existente do sistema.

21. Sistema de perfuração com pressão gerenciada, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o componente existente é uma válvula de estrangulamento.

22. Sistema de perfuração com pressão gerenciada, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 20, caracterizado pelo fato de que o um ou mais sensores estão localizados próximos à fonte.

23. Sistema de perfuração com pressão gerenciada, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 22, caracterizado pelo fato de que o um ou mais sensores é/são um sensor (ou sensores) de pressão existente do sistema.

24. Sistema de perfuração com pressão gerenciada, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 23, caracterizado pelo fato de que o processador é configurado para realizar qualquer um dos métodos, conforme definido nas reivindicações 1 a 16.