BR112018067905B1 - Dispositivo e conjunto de ferramentas para a perfuração de uma formação de fundo de poço e método para operação de um conjunto de ferramentas - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo (1) para a perfuração de uma formação de fundo de poço (22), e o dito dispositivo (1) compreende: - um gerador de onda de choque acústica induzida eletronicamente (2a, 2b, 2c); e - um membro de focalização de onda de choque acústica (4a, 4b, 4c, 4d), sendo que o dito dispositivo (1) é adaptado para focalizar as ondas que de choque acústicas geradas (S) em uma área (F) de um poço não revestido (44) a fim de desintegrar a formação de fundo de poço (22) dentro da dita área; e - em que o dispositivo (1) é adaptado para gerar uma pluralidade de ondas de choque acústicas focalizadas consecutivas a fim de escavar gradualmente um túnel de perfuração (40), ou de melhorar um túnel de perfuração já existente (40), que se estende do dito poço não revestido (44) para a dita formação (22). Também é referido um conjunto de ferramentas (10) que compreende um ou mais dispositivos (1) de acordo com a invenção, bem como um método de operação do conjunto de ferramentas (10).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo para a perfuração de uma formação de fundo de poço. Mais especificamente a invenção refere-se a um dispositivo para a perfuração de uma formação de fundo de poço, e o dito dispositivo compreende um gerador de onda de choque acústica induzido eletricamente e um membro de focalização de onda de choque acústica. A invenção refere-se ainda a um conjunto de ferramentas que compreende um ou mais de tais dispositivos, bem como um método para operar o conjunto de ferramentas.

[002] A passagem de líquido entre uma formação no solo e um poço frequentemente ocorre ou é intensificada pela perfuração de túneis na formação. Os túneis de perfuração são criados no local da formação, e eles normalmente se estendem perpendicularmente na formação. Os túneis de perfuração são feitos tradicionalmente ao usar cargas direcionadas de explosivos químicos que injetam um material na formação, criando o túnel.

[003] Na perfuração convencional, a natureza explosiva do processo fragmenta os grãos de areia da formação. Uma camada de "região danificada por choques" que tem uma permeabilidade inferior àquela da matriz de formação nativa pode ser formada em torno de cada túnel de perfuração. O processo ainda pode gerar um túnel repleto de resíduos de rocha misturados com restos de carga do perfurador. A região danificada pelo choque e o entulho deixado nos túneis de perfuração são conhecidos por comprometer negativamente a produtividade dos poços de produção ou a injetividade dos poços injetores, e desse modo impactar negativamente no fluxo de líquidos entre a formação e o poço.

[004] O documento US 9057232 descreve métodos e aparelhos para intensificar a recuperação de óleo em poços petrolíferos ao usar ondas de choque para estimular a formação da produção de óleo. Essa estimulação, entre outras coisas, cria rachaduras arbitrárias nos túneis de perfuração previamente formados adjacentes à formação. A tecnologia de acordo com o documento US 9057232 é descrita quando usada na preparação de operações de fraturamento hidráulico e também durante as operações de fraturamento hidráulico.

[005] A invenção tem por objetivo corrigir ou reduzir pelo menos um dos inconvenientes da técnica anterior, ou pelo menos fornecer uma alternativa útil à técnica anterior.

[006] Esse objetivo é atingido através das características que são especificadas na descrição abaixo e nas reivindicações que se seguem.

[007] A invenção é definida pelas reivindicações de patente independentes. As reivindicações dependentes definem as modalidades vantajosas da invenção.

[008] Um campo de onda de choque é uma distribuição espacial e temporal da energia acústica dentro de um espaço e de um tempo tridimensionais. É caracterizado por parâmetros básicos, tais como a pressão de pico e o comportamento temporal da pressão em posições espaciais diferentes dentro do campo. O momento seguinte após as ondas de choque, na direção de sua propagação, e sua concentração no tempo são dois fatores principais que determinam o efeito da onda de choque. Outro fator importante é a característica de focalizar o campo de pressão espacial, isto é, sua concentração no espaço, ao conservar e focalizar a energia em uma área restrita, ao contrário de uma propagação mais radial ou esférica do campo de pressão. O efeito dinâmico, em sua maior parte, ocorre em interfaces com uma mudança na impedância acústica, tal como quando uma onda de choque se propaga em um impacto em um líquido em uma formação no solo. Ainda significa que uma onda de choque que se propaga em um líquido, enquanto é cercada simultaneamente por matéria de impedância acústica diferente do líquido, tal como uma formação no solo que circunda um túnel de perfuração, a onda de choque irá conservar muito da sua energia por uma longa distância, para ser liberada somente na interface com uma mudança na impedância acústica na direção da propagação da onda de choque, tal como na extremidade do túnel de perfuração, de agora em diante indicado como "efeito golpe de aríete".

[009] O termo "focalizada" será aqui utilizado para descrever as ondas de choque acústicas que são direcionadas para uma determinada direção, com uma normal em seção transversal circular à direção da propagação, tal como ondas colimadas com uma área de foco específica, e as ondas de choque que são concentradas/convergentes na direção de um ponto focal, ou a área de foco quando projetadas em um objeto-alvo, tal como o interior da parede de um furo de poço.

[0010] As ondas de choque direcionadas irão incluir projeções para a frente espaciais, não esféricas, guiadas, das ondas de choque. Este será tipicamente o caso quando um gerador de onda de choque acústica está situado e é ativado dentro de um refletor parabólico, quando a ativação de um gerador de onda de choque acústica plana é efetuada sozinha ou quando a ativação de um gerador acústico de onda de choque plana é feita em combinação com uma corneta acústica.

[0011] As ondas de choque concentradas incluem as ondas de choque geradas por geradores de onda de choque situados dentro de refletores concentradores ou sobre os mesmos, tais como um refletor de formato elíptico ou esférico, ou atrás de lente(es) acústica(s) concentradora(s).

[0012] Diferentes membros de focalização para focalizar as ondas de choque acústicas geradas serão descritos a seguir. Os membros de focalização incluem refletores de configurações com formato parabólico, elíptico, esférico, plano ou outros similares, bem como vários tipos de lentes acústicas concentradoras e/ou colimadoras.

[0013] Ainda deve ser observado que combinações de diferentes membros de focalização, tanto direcionados quanto concentrados, podem ser usadas para obter o foco desejado de uma onda de choque acústica.

[0014] Um objetivo da presente invenção consiste na utilização da energia exercida por uma série de ondas de choque acústicas focalizadas eletronicamente induzidas para criar novas perfurações ou para melhorar (tal como alargando ou estendendo) as perfurações existentes em uma formação no solo por meio da deterioração/desintegração gradual da formação, tal como fraturamento de grãos, desprendimento de grãos únicos ou de aglomerados de grãos, ao soltar as ligações que existem naturalmente entre os grãos, que ocorrem a cada impacto da onda de choque na formação. Isto é obtido ao garantir, e controlar, que a onda de choque acústica, dentro da área de foco, tem densidade de energia suficientemente elevada para desintegrar a formação de modo que um túnel de perfuração possa ser formado pela série de ondas de choque acústicas focalizadas consecutivas.

[0015] Embora a pressão de pico dentro da área de foco esteja tipicamente na faixa de dezenas a milhares de bar quando exercida por uma técnica de gerador de onda de choque acústica, a pressão de pico exercida por uma carga moldada explosiva está tipicamente na magnitude de 100k bar. Portanto, o uso de ondas de choque acústicas focalizadas vai causar significativamente menos danos à formação, se comparado ao uso de cargas moldadas explosivas, ao passo que ainda exerce energia suficiente para uma escavação gradual e amena de novos túneis de perfuração ou para melhorar os túneis de perfuração existentes. A escavação com relativamente baixa energia significa que a permeabilidade nativa da formação não será comprometida. Opcionalmente, manter o poço em uma condição sub- balanceada durante toda a operação de perfuração ou parte dela, e/ou criar túneis de perfuração com uma inclinação ascendente, pode garantir a limpeza dos resíduos dos túneis de perfuração, tendo a vantagem de que os resíduos não danificarão a propagação das ondas de choque subsequentes no túnel de perfuração, proporcionando desse modo uma escavação mais eficiente do túnel de perfuração.

[0016] Em um primeiro aspecto, a invenção refere-se a um dispositivo para a perfuração de uma formação de fundo de poço, em que o dito dispositivo compreende: - um gerador de onda de choque acústica induzida eletronicamente; e - um membro de focalização de onda de choque acústica, sendo que o dito dispositivo é adaptado para focalizar as ondas de choque acústicas geradas na área de um furo de poço a fim de desintegrar a formação de fundo de poço dentro da dita área; em que o dispositivo ainda é adaptado para gerar uma série de ondas de choque acústicas focalizadas a fim de escavar gradualmente um túnel de perfuração que se estende do dito furo de poço para dentro da dita formação.

[0017] É feita referência ao documento CA 2889226 para uma descrição detalhada de como uma série de ondas de choque acústicas induzidas eletronicamente pode ser gerada.

[0018] O dispositivo de acordo com a invenção é adaptado para gerar uma série de ondas de choque acústicas focalizadas que se propagarão através de um líquido no poço, na direção da formação, e liberarão sua energia em contato com a formação para desintegrar a formação. Ao repetir esse processo de maneira repetida, um túnel de perfuração gradualmente será escavado a partir do furo de poço na formação adjacente.

[0019] Neste documento, ao fazer referência aos geradores de onda de choque acústica, deve ser compreendido que o termo se refere aos geradores de onda de choque acústica induzidos eletronicamente. Exemplos de tais geradores de onda de choque acústica são os geradores eletro-hidráulicos, piezelétricos ou eletromagnéticos, todos adaptados para gerar ondas de choque acústicas através da geração de pulsos curtos, elétricos. Os geradores de onda de choque acústica induzidos eletronicamente apresentam vantagem em relação às cargas moldadas de explosivos químicos por terem repetibilidade e uma saída facilmente controlável e de baixa energia, para uma interação mais amena com a formação, tal como mencionado acima.

[0020] A densidade de energia requerida para desintegrar a formação vai variar muito entre os diferentes tipos de formação e vai requerer, portanto, rendimentos de energia diferentes do gerador de onda de choque acústica. Em uma operação normal de perfuração, conforme a invenção, as centenas e mesmo milhares de ondas de choque acústicas consecutivas podem ser geradas e focalizadas na formação a fim de escavar gradualmente um túnel de perfuração, tal como pretendido.

[0021] Em uma modalidade, o dito membro de focalização de onda de choque acústica pode ser adaptado para focalizar as ondas de choque acústicas geradas em uma projeção para a frente espacial não esférica. Isto pode ser obtido ao colocar o gerador da onda de choque em ou sobre um refletor colimador, tal como um refletor parabólico ou plano ou um tubo cilíndrico com uma extremidade aberta, ou pode ser obtido ao usar lentes acústicas colimadoras, ou uma corneta acústica.

[0022] Além disso ou como uma alternativa, o(s) membro(s) de focalização de onda de choque acústica pode(m) ser adaptado(s) para concentrar as ondas de choque acústicas geradas em um ponto focal ou em uma área de foco. Isto pode ser obtido ao usar um refletor ou lentes acústicos concentradores. Os exemplos de refletores acústicos concentradores incluem os refletores de formato elíptico ou esférico. Alternativamente, a onda de choque acústica pode ser concentrada por meio de uma lente acústica concentradora.

[0023] Em uma modalidade, o dispositivo pode, pelo menos parcialmente, ser coberto por uma membrana flexível. A membrana pode ser particularmente útil quando o gerador de onda de choque acústica é do tipo eletro-hidráulico, pois a membrana pode contribuir para envolver o gerador de onda de choque, tipicamente cobrindo uma abertura no refletor em que o gerador de onda de choque está colocado, a fim de manter um ambiente de líquido controlado para o gerador eletro-hidráulico. Isto tem a vantagem de permitir o controle e a capacidade de reprodução das características de energia do gerador de onda de choque acústica. A flexibilidade da membrana pode garantir uma transferência suave da energia acústica que passa pela membrana sem absorção substancial da energia pela mesma.

[0024] Ainda deve ser mencionado que um dispositivo de acordo com a presente invenção pode incluir uma pluralidade de geradores de onda de choque acústica que operam em paralelo ou em série. Em uma modalidade, uma pluralidade de geradores de onda de choque acústica piezelétricos ou eletromagnéticos podem ser providos em um refletor de formato substancialmente esférico, enquanto em outra modalidade uma pluralidade de geradores da onda de choque acústica piezelétricos ou eletromagnéticos podem ser providos em um arranjo empilhado.

[0025] Em um segundo aspecto, a invenção refere-se a um conjunto de ferramentas que compreende um dispositivo de acordo com o primeiro aspecto da invenção, e o conjunto de ferramentas é conectável a um dispositivo de transporte do poço. O dispositivo de transporte pode ser um cabo de perfuração ou uma linha de deslizamento ou uma coluna para transporte de líquido, incluindo a tubulação da bobina, a tubulação da bobina elétrica e vários tipos de colunas de trabalho e de perfuração. O dispositivo de transporte pode ser adaptado para transferir energia e para a comunicação de sinal entre a superfície e o conjunto de ferramentas. De preferência, a comunicação de sinal pode ser bidirecional. A transferência de energia pode ser na forma de energia elétrica para impulsionar o dispositivo de acordo com a invenção e/ou pode ser na forma de energia elétrica e/ou hidráulica para impulsionar outras peças do conjunto de ferramentas mencionado a seguir. Ainda pode ser na forma de energia a laser transmitida da superfície. Ainda deve ser mencionado que o conjunto de ferramentas pode carregar seu próprio gerador de energia como uma adição ou alternativa ao suprimento da superfície. Os geradores de energia de fundo de poço podem estar na forma de baterias e/ou de motores de fundo de poço, tais como os motores de lama de fundo de poço. O transporte efetivo pode ser ativado da superfície ao mover o dispositivo de transporte e/ou por meio de um trator de cabo de perfuração.

[0026] Em uma modalidade, o conjunto de ferramentas pode compreender um membro de perfuração de revestimento. Deve ser mencionado que o termo "revestimento", quando aqui utilizado, inclui ainda a camisa. O membro de perfuração de revestimento pode ser um laser de alta energia que recebe a energia da superfície ou do fundo de poço. Alternativamente, o membro de perfuração de revestimento pode ser uma ferramenta mecânica ou uma ferramenta de jateamento de água. Isto pode ser benéfico quando é desejável fazer um túnel de perfuração através de um revestimento não perfurado. O dispositivo de acordo com a invenção pode ser considerado um dispositivo de relativamente baixa energia para escavar gradualmente um túnel de perfuração em uma formação devido às razões explicadas acima. Pode, portanto, ser benéfico prover o conjunto de ferramentas com um membro de perfuração de revestimento para criar uma abertura de perfuração através do revestimento atual, para o qual as ondas de choque acústicas focalizadas podem ser inadequadas. Exemplos de ferramentas de corte/perfuração a laser são apresentados nos documentos US 2013228372 e US 2006231257, aos quais é feita referência para uma descrição aprofundada das ferramentas de corte/perfuração a laser. Em outra modalidade, o membro de perfuração de revestimento pode ser uma pistola de perfuração que usa explosivos para fazer furos no revestimento. Contudo, em outra modalidade, o membro de perfuração de revestimento pode ser um cortador de plasma. Um cortador de plasma pode ser particularmente vantajoso, visto que pode utilizar/compartilhar os componentes situados dentro do mesmo sub de onda de choque acústica, tal como pretendido para energizar/controlar/operar o dispositivo de acordo com o primeiro aspecto da invenção.

[0027] Além disso, ou como uma alternativa, o conjunto de ferramentas pode ser provido com um membro de localização da abertura da perfuração. Isto pode ser particularmente útil se for necessário posicionar e alinhar o membro de focalização de onda de choque acústica adjacente a uma abertura de perfuração já criada em um revestimento. As aberturas de perfuração podem ser criadas durante a mesma manobra no poço ou durante uma manobra prévia no poço, ou o revestimento pode ser pré-perfurado na superfície antes da instalação no poço. A ativação de aberturas de perfuração pré- criadas pode ser feita por meio de camisas rotatórias ou deslizantes. Um túnel de perfuração contínuo pode então ser formado, ao usar as ondas de choque acústicas focalizadas, primeiro para escavar através de uma camada de cimento no espaço anular fora do revestimento e então subsequentemente na formação adjacente. Ainda pode ser útil encontrar aberturas de perfuração em túneis de perfuração já criados em uma situação em que seja desejável melhorar o túnel de perfuração, por exemplo, para remover a carepa e/ou reparar zonas danificadas e/ou ampliar/estender os túneis de perfuração já criados. O membro de localização da abertura da perfuração pode ser do tipo de calibre mecânico ou pode utilizar radar, eletroímãs ou várias técnicas de localização sônicas e ultrassônicas, tal como será compreendido por um elemento versado no estado da técnica.

[0028] Em uma modalidade, o conjunto de ferramentas pode ser adaptado para criar condições de pressão sub-balanceada locais no poço adjacente à formação que é perfurada por meio do conjunto de ferramentas de acordo com a presente invenção. Isto pode ser obtido ao expandir um par de obturadores com uma distância axial entre os mesmos em ambos os lados do conjunto de ferramentas para isolar uma área do poço em que o conjunto de ferramentas é posicionado. Isso tem a vantagem de simplificar a limpeza dos resíduos dos túneis de perfuração escavados, pois esses resíduos podem ser transportados para dentro do poço com o fluxo de líquido gerado devido à diferença de pressão entre a formação e a área isolada do poço. Métodos alternativos, sem usar necessariamente o conjunto de ferramentas como se apresenta, para manter o poço a uma pressão mais baixa do que a pressão da formação, serão discutidos a seguir.

[0029] Em uma modalidade, o conjunto de ferramentas pode compreender um membro de visualização da formação. Isso pode ser particularmente útil para acompanhar o processo e a qualidade da escavação gradual de um túnel de perfuração. O dispositivo de visualização da formação pode indicar o comprimento e/ou a qualidade do túnel de perfuração, e pode ser usado como uma indicação de quando uma operação de perfuração deve ser considerada finalizada. O dispositivo de visualização pode ser um radar, um sensor ultrassônico, um laser que opera em modo de baixa energia, etc.

[0030] Ainda deve ser mencionado que um conjunto de ferramentas de acordo com o segundo aspecto da presente invenção ainda pode compreender vários membros de ferramentas diferentes não necessariamente mencionados aqui, mas alguns deles serão mencionados a seguir: conjunto de guia, cabeça do cabo, seção do rolo, localizador de colar de revestimento, junta rotativa, várias ferramentas LWD/MWD, verificador de formação de cabo de perfuração, tal como um verificador dinâmico de formação modular (MDT), seção de posicionamento vertical, seção de corte de revestimento, trator de poço, obturador ou obturadores e ainda dispositivos para escorar o conjunto de ferramentas no poço, que pode ser útil para manter a ferramenta em uma posição substancialmente fixa durante a escavação gradual dos túneis de perfuração na formação.

[0031] Ainda deve ser mencionado que um conjunto de ferramentas de acordo com o segundo aspecto da invenção pode compreender uma pluralidade de dispositivos de acordo com o primeiro aspecto da invenção, os quais podem ser adaptados para escavar simultânea e gradualmente uma pluralidade de túneis de perfuração no furo de poço e na formação adjacente. A pluralidade de dispositivos de acordo com o primeiro aspecto, quando integrada em um conjunto de ferramentas de acordo com o segundo aspecto da invenção, pode ser idêntica ou pode ser de modalidades diferentes. Em uma modalidade, a dita pluralidade de dispositivos de acordo com o primeiro aspecto da invenção pode ser distribuída axial e circunferencialmente ao longo e em torno do dito conjunto de ferramentas, respectivamente, em um padrão predeterminado, e o padrão predeterminado coincide com a distribuição dos furos de perfuração no revestimento. Isso significa que será suficiente localizar um dos furos de perfuração, ou um membro de indexação geral, no revestimento, e alinhar um dos membros de focalização de onda de choque acústica a este furo de poço, e então todos os outros membros de focalização de onda de choque restantes se alinharão automaticamente com os furos de perfuração restantes no revestimento.

[0032] Em uma modalidade, o conjunto de ferramentas pode ser pelo menos parcialmente coberto por uma membrana flexível. A membrana flexível, desse modo, cobre pelo menos parcialmente uma pluralidade de dispositivos de acordo com um primeiro aspecto da invenção.

[0033] Em um terceiro aspecto, a invenção refere-se a um método para operar um conjunto de ferramentas de acordo com o segundo aspecto da invenção, em que o método compreende as etapas de: deslizar o conjunto de ferramentas no poço em um dispositivo de transporte do conjunto de ferramentas e colocar o conjunto de ferramentas adjacente a uma formação no poço; ativar o dito gerador de onda de choque acústica; focalizar uma onda de choque acústica gerada em uma área de foco no furo de poço, a fim de desintegrar a formação dentro da dita área; e escavar gradualmente um túnel de perfuração na dita formação por meio de uma pluralidade de ondas de choque acústicas focalizadas consecutivas.

[0034] Em uma modalidade, o método pode ainda compreender, antes das etapas (B) a (D), a inclusão da etapa: (A1) criar aberturas de perfuração em um revestimento de fundo de poço por meio de um membro de perfuração de revestimento. Isso pode ser útil em um furo revestido onde o revestimento ainda não foi perfurado.

[0035] Além disso, ou como alternativa, o método pode ainda compreender, antes das etapas (B) a (D), a etapa de: (A2) localizar uma ou mais aberturas de perfuração já existentes em um revestimento por meio de um membro de localização da abertura de perfuração. Estas podem ser aberturas de perfuração criadas recentemente por meio do membro de perfuração de revestimento, tal como descrito acima, ou as aberturas de perfuração podem ter sido criadas em uma manobra anterior no poço. Depois que as ditas uma ou mais aberturas de perfuração forem encontradas, o conjunto de ferramentas de fundo de poço pode ser posicionado de modo que um ou mais dispositivos do primeiro aspecto da invenção sejam alinhados com as aberturas de perfuração.

[0036] Em uma modalidade, a etapa (D) do método pode ainda incluir a subetapa de: (D1) escavar o túnel de perfuração com uma direção axial que tem um componente vertical ascendente na direção do furo de poço e da formação. Isso pode ser particularmente útil para a limpeza do túnel de perfuração escavado, pois a gravidade pode ajudar a trazer os resíduos de fora para dentro do poço.

[0037] O método pode ainda incluir a etapa de: (E) manter o poço em uma pressão inferior do que a pressão da formação, pelo menos na área em torno do dito conjunto de ferramentas durante a operação. Isso pode resultar em uma força de sucção que contribui para extrair os resíduos dos túneis de perfuração dentro do poço, com a vantagem de que os resíduos não danificarão a propagação das ondas de choque subsequentes no túnel de perfuração, provendo desse modo uma escavação mais eficiente dos túneis de perfuração. A pressão reduzida do poço ainda pode ser obtida pela manipulação das condições do poço ao criar uma condição sub-balanceada no poço, onde a pressão da formação é mais alta do que a pressão no poço. Por exemplo, a redução da pressão na cabeça do poço para permitir que ele produza na superfície por si próprio ou, no caso de formações mais estreitas ou com pressão exaurida, com o auxílio de métodos de elevação artificiais tais como elevação a gás do fundo de poço ou bomba submersível elétrica, intensificador submerso, bomba de sucção mecânica ou similar. Além disso, um líquido mais leve pode ser bombeado no poço para criar uma pressão inferior no poço. Em outra modalidade, uma condição sub-balanceada transitória pode ser criada em uma região isolada do poço, que pode ser isolada por meio de um ou mais obturadores que podem ser partes do conjunto de ferramentas de acordo com o segundo aspecto da invenção. A criação de uma condição sub-balanceada transitória pode ser realizada de várias maneiras diferentes, tal como pelo uso de uma câmara de baixa pressão que é aberta para criar a condição sub-balanceada.

[0038] Em uma modalidade, o método de acordo com o terceiro aspecto da invenção ainda pode incluir, em combinação com ou como uma pré-etapa, a manipulação de um verificador da formação de cabo de perfuração de fundo de poço, tal como uma ferramenta MDT ou similar (Verificador Dinâmico de Formação Modular), no poço, com o objetivo de intensificar o acoplamento entre a(s) sonda(s) do verificador da formação de cabo de perfuração e o furo de poço, bem como a comunicação entre o furo de poço e uma formação nativa, para a qualidade aprimorada da medição/amostragem.

[0039] Deve ser compreendido que o termo "furo de poço" ainda significa qualquer reboco de lama presente com um grau variante de espessura e densidade no interior do poço. Um elemento versado no estado da técnica vai compreender que o reboco de lama será gerado tipicamente como um resíduo nas operações de perfuração quando uma massa pastosa, tal como um fluido de perfuração, é forçada contra um meio permeável sob pressão. O reboco de lama, dessa maneira, será normalmente menos denso, e desse modo mais facilmente desintegrado do que a formação, pelas ondas de choque acústicas focalizadas.

[0040] Além do exposto acima, o termo "furo de poço" ainda significa qualquer cimento presente no poço. Se o cimento estiver presente no poço, tipicamente fora do revestimento adjacente à formação, o túnel terá de ser escavado através do cimento antes que o restante da formação seja alcançado.

[0041] A seguir será descrito o exemplo de uma modalidade preferida ilustrada nos desenhos anexos, nos quais:

[0042] a Figura 1 mostra a variação de pressão temporal de uma onda de choque acústica;

[0043] a Figura 2 mostra a distribuição da pressão espacial em uma área de foco de um campo de onda de choque acústica direcionada;

[0044] a Figura 3 mostra a distribuição de pressão espacial em uma área de foco de um campo de onda de choque acústica concentrada;

[0045] a Figura 4 mostra, em uma vista em seção transversal, a primeira modalidade de um dispositivo de acordo com o primeiro aspecto da invenção;

[0046] a Figura 5 mostra, em uma vista em seção transversal, a segunda modalidade de um dispositivo de acordo com o primeiro aspecto da invenção;

[0047] a Figura 6 mostra, em uma vista em seção transversal, uma terceira modalidade de um dispositivo de acordo com o primeiro aspecto da invenção;

[0048] a Figura 7 mostra, em uma vista em seção transversal, a quarta modalidade de um dispositivo de acordo com o primeiro aspecto da invenção;

[0049] a Figura 8 mostra, em uma vista em seção transversal, a quinta modalidade de um dispositivo de acordo com o primeiro aspecto da invenção; e

[0050] a Figura 9 mostra um conjunto de ferramentas de acordo com o segundo aspecto da presente invenção.

[0051] A seguir, o número de referência 1 indicará um dispositivo de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, enquanto o número de referência 10 indicará um conjunto de ferramentas de acordo com o segundo aspecto da invenção, e o conjunto de ferramentas 10 compreende um ou mais dispositivos 1 de acordo com o primeiro aspecto da invenção. Os desenhos são mostrados esquematicamente e de modo simplificado, e as várias características nos desenhos não são necessariamente desenhadas em escala.

[0052] Um campo de onda de choque é uma distribuição espacial e temporal da energia acústica dentro de um espaço tridimensional. Na Figura 1, é mostrado o exemplo de uma variação de pressão temporal de uma onda de choque acústica típica. O impacto que tal onda de choque acústica terá em uma formação de fundo de poço depende tanto da energia contida nas ondas de choque acústicas quanto de seu confinamento no tempo e no espaço. A densidade de energia efetiva necessária para desintegrar a formação vai variar muito entre os tipos diferentes de formações de fundo de poço.

[0053] Na Figura 2, é mostrada a distribuição da pressão perto da área de foco de uma onda de choque acústica direcionada/colimada substancialmente ideal. A pressão dentro da área de foco F é substancialmente uniforme na direção normal à propagação da onda acústica. No uso do dispositivo 1 de acordo com o primeiro aspecto da invenção, a densidade de energia na área de foco será otimizada de modo que seja suficiente para desintegrar a área de formação para a qual a onda de choque acústica é direcionada. Desse modo, ao gerar uma série de ondas de choque acústicas focalizadas consecutivas, é possível escavar gradualmente um túnel de perfuração na formação. Os dispositivos 1, mostrados nas Figuras 4 e 8, discutidos a seguir, são adaptados para gerar uma distribuição de pressão similar a essa mostrada na Figura 2.

[0054] Por outro lado, a Figura 3 mostra a distribuição de pressão correspondente para uma onda de choque acústica concentrada com uma área de foco F e um ponto focal P+ em seu pico. Tal distribuição de pressão pode ser obtida por meio dos dispositivos mostrados nas Figuras 5-7, discutidos abaixo. A área de foco F é ainda descrita como a área, normal à direção da propagação, em que a onda de choque tem densidade de energia suficiente para desintegrar a formação.

[0055] A Figura 4 mostra uma primeira modalidade do dispositivo 1 de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção. Um gerador de onda de choque acústica, aqui na forma de um gerador eletro- hidráulico 2a, é colocado dentro de um membro de focalização de onda de choque acústica 4a na forma de um refletor de formato parabólico. O refletor parabólico 4a espalha as ondas de choque acústicas S do gerador eletro-hidráulico 2a e focaliza as ondas de choque acústicas S em uma projeção para a frente espacial colimada em uma área de foco F em um furo de poço 44 de um poço. A parte frontal da onda acústica inclui uma combinação de uma parte direcionada, focalizada da onda, e de uma parte mais fraca, não focalizada/divergente da onda. Uma membrana flexível 5 é provida na abertura do refletor parabólico 4a a fim de manter o gerador eletro- hidráulico 2a em um ambiente controlado, preenchido por líquido, para garantir o controle e a capacidade de reprodução das características de energia do gerador eletro-hidráulico 2a. A flexibilidade da membrana 5 pode garantir uma transferência amena da energia acústica que passa pela membrana 5 sem absorção substancial da energia pela mesma.

[0056] A Figura 5 mostra uma segunda modalidade do dispositivo 1 de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção. Um gerador de onda de choque acústica, aqui na forma de um gerador eletro-hidráulico 2a, é colocado dentro de um membro de focalização de onda de choque acústica 4b na forma de um refletor de formato elíptico que concentra, em vez de colimar, as ondas de choque acústicas geradas S em uma área de foco F de um furo de poço 44 em um poço. A parte principal da parte frontal da onda é convergente na direção da área de foco F, enquanto uma parte mais fraca da parte frontal da onda é divergente. A abertura no refletor de formato elíptico 4b é coberta por uma membrana flexível 5 pelas razões similares àquelas discutidas acima.

[0057] A Figura 6 mostra uma terceira modalidade do dispositivo 1 de acordo com o primeiro aspecto da invenção. Na figura, um gerador de onda de choque acústica, aqui na forma de um gerador eletromagnético cilíndrico 2b, é colocado dentro de um membro de focalização de onda de choque acústica 4c na forma de um refletor de formato parabólico. As ondas de choque acústicas geradas S são focalizadas em uma área F no furo de poço 44 em uma parte frontal da onda convergente. O gerador eletromagnético 2b ainda pode ser provido como um gerador piezelétrico em uma modalidade alternativa.

[0058] A Figura 7 mostra uma quarta modalidade do dispositivo 1 de acordo com o primeiro aspecto da invenção. Um gerador de onda de choque acústica, aqui na forma de um gerador piezoelétrico substancialmente circular plano 2c, é mostrado gerando as ondas de choque acústicas S que se propagam na direção do membro de focalização de onda de choque acústica na forma de uma lente acústica concentradora 4d, que concentra e projeta as ondas de choque acústicas S para uma área de projeção F no furo de poço 44 de um poço em uma parte frontal da onda convergente. Em uma modalidade alternativa, o gerador plano circular mostrado ainda pode ser eletromagnético. Em outra modalidade, uma pluralidade de geradores piezelétricos ou eletromagnéticos circulares e planos pode ser provida em um arranjo empilhado.

[0059] A Figura 8 mostra uma quinta modalidade de um dispositivo 1 de acordo com o primeiro aspecto da invenção. Um gerador de onda de choque acústica, aqui na forma de um gerador piezoelétrico substancialmente circular plano 2c, é mostrado gerando as ondas de choque acústicas S que se propagam na direção de um membro de focalização de onda de choque acústica na forma de uma corneta acústica 4e, tendo por resultado uma parte frontal da onda colimada na área de foco F no furo de poço 44. A corneta acústica 4e, que é indicada de modo intercambiável como uma corneta ultrassônica, é formada tipicamente em uma peça de metal, tal como o titânio, e conectada de modo fixo, por meio de cola, de solda, de parafusos, etc., ao gerador 2c. Em uma modalidade alternativa, o gerador plano circular mostrado ainda pode ser eletromagnético. Em outra modalidade, uma pluralidade de geradores piezelétricos ou eletromagnéticos circulares e planos pode ser provida em um arranjo empilhado.

[0060] A Figura 9 ilustra um conjunto de ferramentas 10 de acordo com o segundo aspecto da presente invenção, que compreende uma pluralidade de dispositivos de onda de choque acústica 1 de acordo com o primeiro aspecto da invenção. O conjunto de ferramentas é disposto em um poço 12 em um dispositivo de transporte de poço na forma de um cabo de perfuração 14. O poço 12 é completado por meio de uma cabeça de poço 16 na superfície. Abaixo da cabeça de poço 16, um revestimento exterior 18 se estende para dentro do poço 12, e o revestimento exterior 18 constitui uma delimitação radial entre uma parte do poço 20 do poço 12 e de uma formação de fundo de poço 22. Uma camada de cimento 24 é provida no espaço anular entre o revestimento exterior 18 e a formação 22 a fim de manter o revestimento exterior firmemente no lugar e de impedir vazamentos não desejados da formação 22 para o espaço anular entre o revestimento exterior 18 e a formação 22. Uma tubulação inferior aberta 26, mais curta do que o revestimento exterior 18 e com um diâmetro menor do que o revestimento exterior 18, é mostrada estendendo-se da cabeça de poço 16 para baixo no poço 20 substancialmente concêntrica dentro do revestimento exterior 18. Abaixo do revestimento exterior 18, o poço 20 estende-se ainda mais para dentro da formação como uma seção de configuração de poço aberto 21. Na modalidade mostrada, a parte superior da formação 22 inclui uma área de rocha capeadora 28, enquanto uma parte inferior da formação inclui as zonas permeáveis 30, 32, 34. Na modalidade mostrada, as perfurações 36 já foram formadas na formação 22 na zona permeável superior 30. As perfurações 36 incluem aberturas de perfuração 38 formadas no revestimento exterior 18 e nos túneis de perfuração contínuos 40 que se estendem das aberturas de perfuração 38, através do cimento 24 e para a zona permeável superior 30. Uma zona permeável média 32 existe abaixo da zona permeável superior 30, fora de uma parte inferior do revestimento exterior 18, ao passo que uma zona permeável inferior existe adjacente ao poço na seção de poço aberto 21. Uma zona não permeável média 31 separa a zona permeável superior 30 e a zona permeável média 32, enquanto uma zona não permeável inferior 33 separa a zona permeável média 32 e a zona permeável inferior 34. As perfurações 36 foram formadas ao usar cargas moldadas explosivas não mostradas. O conjunto de ferramentas 10 é conectado ao cabo de perfuração 14 em uma cabeça de cabo 42 do conjunto de ferramentas 10. O cabo de perfuração 14 é adaptado para transmitir eletricidade de energia baixa/alta e/ou energia de laser de um gerador de energia não mostrado e/ou do gerador a laser na superfície para uma ferramenta de corte a laser 35. Na modalidade mostrada, o conjunto de ferramentas compreende ainda os membros de visualização da formação 37, particularmente úteis para o monitoramento da escavação e da qualidade das perfurações 36. O membro de visualização da formação 37 pode ser de qualquer tipo aqui mencionado. Além disso, o conjunto de ferramentas compreende o par de obturadores infláveis 39 adaptados para criar uma parte isolada do poço 20, se necessário. Os obturadores infláveis podem, por exemplo, ser usados para criar as condições sub-balanceadas locais no poço 20 na parte da formação 22 que está sendo perfurada. O conjunto de ferramentas 10 compreende ainda um membro de localização da abertura de perfuração 41, que pode ser de qualquer tipo aqui mencionado. O conjunto de ferramentas 10 na modalidade mostrada é adaptado para converter, armazenar/acumular e descarregar a energia recebida da superfície por meio de um sub de onda de choque acústica 43, e o sub de onda de choque acústica 43 inclui tipicamente um transformador, capacitores ou outros acumuladores e uma unidade de descarga a fim de energizar a pluralidade de dispositivos de onda de choque acústica 1 de acordo com o primeiro aspecto da invenção, quando necessário. A ativação pode ser provocada automaticamente ou por meio de um comando da superfície. Deve ser notado que características diferentes do conjunto de ferramentas 10 podem ser providas em arranjos e organizações diferentes, e que o conjunto de ferramentas 10 de acordo com o segundo aspecto da invenção, no sentido mais amplo, é definido pelas reivindicações.

[0061] Daqui em diante, os diferentes métodos de operações possíveis, tal como aqui ainda mencionado previamente, serão explicados resumidamente. Em um primeiro modo de operação, o conjunto de ferramentas 10 pode ser abaixado até a zona permeável inferior 34 na seção de poço aberto 21 do poço 20. Depois de posicionar o conjunto de ferramentas adjacente à zona permeável inferior 34, a pluralidade de dispositivos de onda de choque acústica 1 de acordo com o primeiro aspecto da invenção pode ser ativada para focalizar uma pluralidade de ondas de choque acústicas no furo de poço 44 do furo de poço 20. Parte do conjunto de ferramentas 10 que compreende a pluralidade de dispositivos de onda de choque acústica 1 de acordo com o primeiro aspecto da invenção é coberta por uma membrana flexível 5'. As ondas de choque acústicas focalizadas podem ser do tipo concentradas ou direcionadas descritas acima. A ideia geral é que a projeção focalizada F, tal como mostrado nas Figuras 4 a 8, das ondas de choque acústicas no furo de poço 44, tenha uma densidade de energia acústica suficientemente alta para desintegrar a formação 22 dentro da área focalizada. Ao repetir o processo de geração um número substancial de vezes, furos de perfuração vão se formar no furo de poço 44 que se estende nos túneis de perfuração, não mostrados, na zona permeável inferior 34, pela escavação gradual dos mesmos. Se uma série de ondas de choque acústicas concentradas for usada, a área de foco permanecerá tipicamente na abertura da perfuração, onde o furo de poço 44 foi perfurado, e ainda ao escavar o túnel de perfuração, por meio do "efeito golpe de aríete", tal como mencionado anteriormente. Se uma onda de choque acústica direcionada for usada, o foco permanecerá direcionado para a direção axial do túnel de perfuração escavado gradualmente. Tal como mencionado acima, o túnel de perfuração pode ser formado com um componente vertical ao longo da direção axial do mesmo, tipicamente abaixando um pouco o conjunto de ferramentas depois de primeiro ter escavado furos rasos no furo de poço 44, seguindo as etapas mencionadas acima. Então, direcionando ligeiramente para cima, automaticamente ou controlados da superfície, os dispositivos de onda de choque acústica 1 com seus membros de focalização de onda de choque acústica, por meio de dispositivos mecânicos não mostrados acoplados individualmente a cada dispositivo, alinhando as áreas de foco dos dispositivos dentro dos furos rasos recém gerados, reativando a pluralidade de dispositivos de onda de choque acústica 1 para escavar gradualmente os túneis de perfuração não mostrados na zona permeável inferior 34, agora com um componente vertical ao longo da direção axial do mesmo, simplificando desse modo a remoção de resíduos do túnel de perfuração e no poço 20. Ao gerar ondas de choque acústicas que resultam em densidades de energia imediatamente acima das densidades para a degeneração da formação requeridas, podem ser feitas perfurações que não compreendem a permeabilidade nativa da zona permeável inferior 34, nem outras partes do poço 20, e que, portanto, aumentam a produtividade/injetividade geral do poço 12. Em uma modalidade, as etapas no primeiro modo de operação mencionado podem ser usadas em combinação, ou como uma pré- etapa, para manobrar um verificador de formação de cabo de perfuração de fundo de poço, não mostrado, tal como uma ferramenta MDT (Verificador Dinâmico de Formação Modular) ou similar, com a finalidade de intensificar o acoplamento entre a(s) sonda(s) do verificador da formação de cabo de perfuração e o furo de poço 44, bem como a comunicação entre o furo de poço 44 e uma formação mais nativa (não mostrada, com pouca lama de perfuração contaminada), para melhor qualidade de medição/amostragem.

[0062] Em um segundo modo de operação, o conjunto de ferramentas 10 pode ser abaixado para a zona permeável média 32. A zona permeável média 32 é delimitada a partir do poço 22 por meio do revestimento exterior 18 e do cimento 24, tal como descrito acima. Os dispositivos de onda de choque acústica 1, na modalidade mostrada, não são adaptados para fazer aberturas de perfuração através do revestimento 18. Em vez disso, o conjunto de ferramentas é provido com uma ferramenta de corte a laser de alta energia 35 para fazer as aberturas de perfuração no revestimento exterior 18, não mostradas. As referências aos documentos relevantes da técnica anterior que descrevem exemplos de tais ferramentas de corte a laser 35 foram apresentadas acima. As aberturas de perfuração no revestimento exterior 18 ainda podem ser formadas ao usar outros membros de perfuração de revestimento, tal como discutido previamente, ou as aberturas de perfuração podem ser pré-formadas no revestimento exterior 18 e ativadas por meio das camisas de revestimento rotatórias ou deslizantes, não mostradas. Depois que as aberturas de perfuração tiverem sido formadas, a pluralidade de dispositivos de onda de choque acústica 1, tal como incluído no conjunto de ferramentas 10, é direcionada com seus membros de focalização de onda de choque acústica para as aberturas da perfuração formadas no revestimento exterior 18, de modo a escavar gradualmente os túneis de perfuração contínuos, não mostrados, através do cimento 24 para a zona permeável 32.

[0063] Em um terceiro modo de operação, o conjunto de ferramentas 10 pode ser abaixado para a zona permeável superior 30. Nesta modalidade, uma pluralidade de perfurações 36 já foi formada ao usar cargas moldadas explosivas, não mostradas. As perfurações 36 podem ter sido formadas durante a mesma manobra, ou durante uma manobra anterior dentro do poço 12. O conjunto de ferramentas 10 é adaptado para localizar as aberturas de perfuração 38 no revestimento exterior 18, por meio do membro de localização da abertura de perfuração 41, e para alinhar a pluralidade de dispositivos de onda de choque acústica 1 com as aberturas de perfuração 38. Os dispositivos de onda de choque acústica serão subsequentemente ativados para gerar uma série de ondas de choque acústicas focalizadas consecutivas, a fim de aprimorar, de modo gradativo e delicado, os túneis de perfuração 40, melhorando tipicamente seu alargamento e/ou extensão.

[0064] Os diferentes modos de operação discutidos acima podem ser usados em um mesmo poço ou em poços diferentes. As diferentes zonas mostradas na Figura 9 e discutidas acima ainda podem, portanto, ser interpretadas como representando poços diferentes.

[0065] Deve ser observado que as modalidades acima mencionadas ilustram, mas não limita a invenção, e que os elementos versados na técnica podem projetar muitas modalidades alternativas sem desviar do âmbito das reivindicações anexas. Nas reivindicações, os sinais de referência colocados entre parênteses não devem ser interpretados como limitadores da reivindicação. O uso do verbo "compreende" e suas conjugações não excluem a presença de elementos ou etapas, com exceção daqueles indicados em uma reivindicação. O artigo "um" ou "uma" que precede um elemento não exclui a presença de uma pluralidade de tais elementos.

[0066] O mero fato que certas medidas são indicadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não pode ser usada com vantagem.

Claims (12)

1. Dispositivo (1) para a perfuração de uma formação de fundo de poço (22), o dito dispositivo (1) compreendendo: um gerador de onda de choque acústica induzida eletronicamente (2a); e um membro de focalização de onda de choque acústica (4b), caracterizado pelo fato de que: o dito membro de focalização de onda de choque acústica é um refletor de formato elíptico (4b); o dito gerador de onda de choque acústica induzida eletronicamente (2a) é um gerador de onda de choque acústica eletro- hidráulica (2a); o dito membro de focalização de onda de choque acústica (4b)é adaptado para focalizar as ondas de choque acústicas (S) geradas pelo gerador de onda de choque acústica eletro-hidráulica (2a), em uma área de foco (F) de um furo de poço (44) de modo a desintegrar a formação de fundo de poço (22) dentro da dita área (F); e em que o dispositivo (1) é adaptado para gerar uma série de ondas de choque acústicas focalizadas de modo a escavar gradualmente um túnel de perfuração (40) que se estende do dito furo de poço (44) para a dita formação (22) em uma direção da propagação da onda de choque acústica focada.

2. Conjunto de ferramentas (10) para a perfuração de uma formação de fundo de poço (22), caracterizado pelo fato de que o dito conjunto de ferramentas (10) compreende um dispositivo (1) como definido na reivindicação 1 e o dito conjunto de ferramentas (10) é conectável a um dispositivo de transporte de poço (14).

3. Conjunto de ferramentas (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto de ferramentas (10) compreende ainda um membro de perfuração de revestimento.

4. Conjunto de ferramentas (10), de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto de ferramentas (10) compreende ainda um membro de localização da abertura de perfuração.

5. Conjunto de ferramentas (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto de ferramentas (10) é adaptado para criar condições de pressão sub-balanceadas locais no poço (20) adjacente à formação (22) sendo perfurada.

6. Conjunto de ferramentas (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto de ferramentas (10) compreende ainda um dispositivo de visualização da perfuração.

7. Conjunto de ferramentas (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto de ferramentas (10) é coberto pelo menos parcialmente por uma membrana flexível (5').

8. Método para operação de um conjunto de ferramentas (10) como definido na reivindicação 2, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: (A) deslizar o dito conjunto de ferramentas (10) para dentro de um poço (12) em um dispositivo de transporte de conjunto de ferramentas (14) e posicionar o conjunto de ferramentas (10) adjacente a uma formação (22) no dito poço (12); (B) ativar o dito gerador de onda de choque acústica (2a, 2b, 2c); (C) focalizar uma onda de choque acústica gerada em uma área de foco (F) em um furo de poço (44) a fim de desintegrar a formação (22) dentro da dita área (F); e (D) escavar gradualmente um túnel de perfuração (40) na formação (22) por meio de uma pluralidade de ondas de choque acústicas focalizadas consecutivas (S) em uma direção de propagação da onda de choque acústica focada.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o método, antes das etapas (B) a (D), ainda inclui a etapa de: (A1) criar aberturas de perfuração (38) em um revestimento de fundo de poço (18) e/ou na camisa por meio de um membro de perfuração de revestimento.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o método, antes das etapas (B) a (D), ainda inclui a etapa de: (A2) localizar uma ou mais aberturas de perfuração já existentes (38) em um revestimento (18) por meio de um membro de localização de abertura de perfuração.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que a etapa (D) ainda inclui a subetapa de: (D1) escavar o túnel de perfuração (40) em uma direção axial que tem um componente vertical.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que o método ainda inclui a etapa de: (E) manter o poço (20) em uma pressão menor do que a pressão da formação, pelo menos na área em torno do dito conjunto de ferramentas (10) quando em operação.

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