BR112018072448B1 - Método e sistema para perfuração com pressão gerenciada e método para operar dinamicamente um sistema para perfuração com pressão gerenciada - Google Patents

Abstract

Um método para perfuração com pressão gerenciada, compreendendo: estender um tubo ascendente de perfuração (2) com uma coluna de perfuração (20) de uma instalação flutuante (52) a um conjunto de válvulas de segurança submarino(1); prover um primeiro fluido no espaço anular do tubo ascendente de perfuração (12) e um segundo fluido em um conduto de fluido (6,7) se estendendo a partir da instalação flutuante (52), onde o primeiro fluido tem uma densidade maior que segundo fluido; circular o segundo fluido através da válvula de controle (31) que é conectada de forma fluida ao conduto de fluido (6,7) e operar a válvula de controle (31) para aplicar uma contrapressão de superfície de forma a obter uma predeterminada e desejada pressão de circulação combinada hidrostática e friccional abaixo do conjunto de válvulas de segurança submarino (1).

Description

[001] A presente descrição refere-se a um sistema e método de perfuração, incluindo, sem se limitar, a um sistema e método de perfuração adequado para uso com perfuração com pressão gerenciada.

FUNDAMENTOS

[002] Técnicas de perfuração com pressão gerenciada (MPD) como pressão constante de fundo de poço (CBHP) perfuração com utilização de lama pressurizada (PMCD) foram usadas anteriormente para perfurar prospectos desafiadores que são considerados imperfuráveis com técnicas convencionais. Conforme a indústria se move para águas mais profundas com tubo ascendente de perfuração convencional marinho e tecnologia de conjunto de válvulas de segurança (BOP) submarino, diversas técnicas de duplo gradiente também tem sido desenvolvidas, tais como: • Elevação Submarina de lama (bombas próximas ao fundo marinho) • Nível de lama no espaço anular controlado (bombas mais superficiais à sonda) • Diluição de lama (com tubulação interna camisa e tubo ascendente concêntricos) • Injeção de gás inerte (com coluna parasita).

[003] Além disso, técnicas MPD mais tradicionais como CBHP e PMCD com o uso de um dispositivo de controle rotativo (RCD) e uma válvula de controle de pressão (PCV), também comumente referida como um manifold de ataque de MPD para aplicar contrapressão de superfície, têm sido usadas em combinação com um conjunto de BOP submarino.

[004] Um desafio com estes sistemas é que tanto gás perfurado quanto influxo de gás inadvertido acima do conjunto de BOP submarino precisam ser tratados em um sistema de “baixa pressão”. Enquanto o conjunto de BOP submarino e as linhas de descarga e de ataque são taxadas para pressão total de fechamento de cabeça de poço, o tubo ascendente de perfuração marinho e RCD, tipicamente localizados na parte superior do tubo ascendente, são comumente taxados para pressão mais baixa. A complexidade, despesa de capital (CapEx) e custos operacionais (OpEx) desses sistemas também são relativamente altas.

[005] Outro desafio com a técnica anterior é que gás capturado em hidratos de gás ou dissolvido no fluido de perfuração não será liberado antes que a pressão seja suficientemente baixa. Em águas profundas com um conjunto de BOP submarino, tal liberação de gás ocorrerá tipicamente no tubo ascendente de perfuração marinho de “baixa pressão”. Consequentemente, grande quantidade de gás potenciais e fluido de perfuração devem ser tratados no sistema de “baixa pressão”, seja pelo sistema dispersor para perfuração convencional e nível de lama controlado (CML) ou por meio de um RCD ou elemento de vedação anular, localizado na parte superior do tubo ascendente, em combinação com um manifold de ataque de MPD se uma MPD ou sistema de manipulação de gás de tubo ascendente estiver disponível. Em uma aplicação de MPD com um conjunto de BOP instalado submarino ou a seco, no entanto, o RCD está tipicamente localizado tão próximo quanto possível acima do conjunto de BOP na superfície e o volume total de gás e fluido de perfuração e de fluido de perfuração que precisa ser tratado acima do conjunto BOP é muito limitado, e ainda mais importante a liberação de gás a partir do fluido de perfuração ocorrerá tipicamente abaixo do conjunto BOP. Em um conjunto de BOP na superfície, as BOP podem, portanto, ser fechadas e gás liberado e fluido de perfuração podem ser tratados em uma forma convencional sem a limitação de pressão proporcionada pelo tubo ascendente marinho de “baixa pressão” e o RCD.

[006] Outro desafio durante perfuração com uma unidade de perfuração flutuante e um conjunto de BOP submarino em ambiente áspero são os efeitos de acréscimo e decréscimo causados pelas ondas. Quando o tubo de perfuração é fixado à sonda ou vaso durante conexões, o tubo de perfuração moverá para cima e para baixo no furo de poço aberto como um pistão e pode causar flutuações de pressão relativamente altas. Percebeu-se que tais flutuações de pressão causadas pelos efeitos de acréscimo e decréscimo durante conexão são difíceis de serem compensadas com técnicas de MPD tradicionais, tais como CBHP. A consequência será que pode ser muito desafiador operar em uma janela de perfuração estrita proporcionada pelo maior gradiente de pressão de poros e menor gradiente de fraturamento.

[007] Ainda outro desafio com a técnica anterior das técnicas de MPD independentes, se o método for usado em combinação com um conjunto de BOP na superfície ou um conjunto de BOP submarino, é sua limitação em lidar com fluxo transversal. Fluxo transversal é definido pelo Glossário Schlumberger Oilfield como: “O fluxo de fluidos de reservatório de uma zona a outra. Fluxo transversal pode ocorrer quando um evento de perda de retornos é seguido por um evento de controle de poço. Os fluidos de reservatório pressurizados superiores fluem para fora da formação, se deslocam ao longo do furo de poço para uma formação pressurizada inferior, e então fluem para dentro da formação pressurizada inferior.”

[008] Na técnica anterior das técnicas de MPD, o sistema MPD tem sido usado para gerenciar a pressão de furo de poço anular de fundo de poço levemente acima da pressão de poros da formação pressurizada superior, mas, ao mesmo tempo, abaixo da pressão de fraturamento da formação pressurizada inferior. O processo de MPD pode utilizar uma variedade de técnicas a fim de realizar relativamente rápido ações corretivas através da alteração da pressão de furo de poço anular de fundo de poço. O método comumente usado para ações corretivas é aumentar a pressão anular de fundo de poço se um evento de influxo for detectado e, de forma semelhante, diminuir a pressão anular de fundo de poço se um evento de perda de retornos for detectado. No entanto, este método não resolve o problema fundamental com fluxo transversal.

[009] Documentos que podem ser úteis para entendimento adicional dos fundamentos incluem: US 2012/0227978 A1; US 2013/0192841 A1; WO 2009/123476 A1; US 2015/0252637 A1; US 2014/0048331 A1; e WO 2016/105205 A1.

[0010] Há, consequentemente, uma necessidade de sistemas e métodos melhorados para proporcionar perfuração mais segura, mais financeiramente eficaz e/ou temporalmente eficaz, particularmente em relação a poços e reservatórios desafiadores. A presente invenção tem o objetivo de prover tais melhorias em pelo menos um dos aspectos acima mencionados ou em outras áreas.

SUMÁRIO

[0011] Modalidades de acordo com a presente invenção são delineadas nas reivindicações independentes apensas. Modalidades alternativas e/ou particularmente vantajosas são delineadas nas reivindicações dependentes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] Modalidades ilustrativas, proporcionadas como exemplos não restritivos, serão descritas com referência aos desenhos anexos, em que: a figura 1 mostra um arranjo de sonda de perfuração flutuante; a figura 2 é um esquema simplificado que mostra uma modalidade usada para perfuração com utilização de lama pressurizada (PMCD); a figura 3 é um esquema simplificado que mostra uma modalidade usada para perfuração com pressão gerenciada (MPD) com perda parcial ou quando PMCD com perda total não pode mais ser alcançada; a figura 4a é um esquema simplificado que mostra uma modalidade para um sistema MPD com um conjunto de válvulas de segurança (BOP) instalado submarino, um elemento de vedação de espaço anular abaixo de um tubo ascendente de perfuração marinho de “baixa pressão” e cascalhos de alta pressão e linha de retorno de fluido no exterior do tubo ascendente de perfuração marinho; a figura 4b é um esquema simplificado que mostra uma modalidade para um sistema MPD com um conjunto de válvulas de segurança instalado submarino utilizando a linha de reforço para cascalhos e retorno de fluido de volta ao manifold de ataque de MPD; a figura 5 é um esquema simplificado que mostra uma modalidade para MPD com um conjunto de válvulas de segurança instalado na superfície; e a figura 6 é um esquema simplificado que mostra uma modalidade usada em conjunto com perfuração convencional.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0013] Em uma modalidade, é provido um método e aparelho para perfuração com pressão gerenciada (MPD) que podem ser usados em água profundas ou ultraprofundas durante perfuração com um flutuador com um conjunto de BOP submarino, utilizando o tubo ascendente de perfuração marinho e os elementos tubulares auxiliares do tubo ascendente comumente nomeados como linha de reforço (conectada de forma fluida ao tubo ascendente) e linhas de ataque e de descarga (conectadas de forma fluida ao conjunto de BOP submarino). O princípio básico deve ser o mesmo que para MPD realizado na costa com um dispositivo de controle rotativo (RCD) instalado acima do BOP com a importante diferença de que o RCD é substituído com uma coluna de um primeiro fluido no espaço anular do tubo ascendente que é mais pesado que o segundo fluido usado para perfuração.

[0014] Em uma modalidade, o sistema é usado para perfuração com utilização de lama pressurizada (PMCD). Um primeiro fluido, tipicamente lama viscosa mais pesada que água do mar, é circulado abaixo da linha de reforço e acima do espaço anular do tubo ascendente de volta ao sistema de lama a uma taxa de bombeamento substancialmente constante. A circulação do primeiro fluido (lama mais pesada) pode ser também circulada a partir do topo do tubo ascendente através do tanque de manobra e linha de enchimento do tubo ascendente (não mostrada no desenho) após todo o tubo ascendente ter sido desalojado com mais peso, mas através da linha de reforço. Neste modo, a lama pesada e viscosa pode ser intencionalmente deixada estagnada a fim de gelar no espaço anular do tubo ascendente. Alternativamente, é possível localizar um fluido altamente viscoso entre entrada da linha de reforço e saída das linhas de descarga ou de ataque.

[0015] Um segundo fluido, tipicamente água do mar, é bombeado pelo tubo de perfuração abaixo e injetado em conjunto com cascalhos perfurados na zona de perda. Uma válvula ou flutuador de retenção (ou, tipicamente, dois em série) é usado na coluna de subsuperfície (BHA) para evitar que fluido flua de volta durante conexão. Água do mar é também bombeada pelas linhas de ataque e descarga abaixo, parte de tal água do mar é também circulada de volta ao sistema de lama através de uma válvula de controle de pressão (PCV) para aplicar contrapressão de superfície a fim de manter uma pressão de circulação hidrostática e friccional combinada constante e segura abaixo do conjunto de BOP submarino. A PCV é também usada para ajustar a quantidade de água do mar que é bombeada pelo espaço anular do furo de poço abaixo para dentro da zona de perda, tipicamente na parte inferior do poço. Se o gradiente de pressão dos poros na zona de perda é menor que o gradiente de pressão de poros mais alto no mesmo furo de poço aberto, água do mar pode ser bombeada pelo espaço anular do furo de poço abaixo em uma vazão suficiente para criar uma queda de pressão friccional no espaço anular para possibilitar que todo o furo de poço tenha uma densidade de circulação equivalente (ECD) maior que o maior gradiente de pressão de poros no furo de poço aberto. Ao circular e injetar água do mar continuamente através das linhas de ataque e de descarga, uma pressão de circulação combinada constante hidrostática e friccional abaixo do conjunto de BOP submarino pode ser mantida durante conexão. Durante manobra, é desejável fechar as BOP quando a broca de perfuração está acima do BOP submarino para evitar que lama seja perdida para a formação caso a queda de pressão friccional no furo de poço aberto não esteja alta o suficiente para manter uma pressão de circulação hidrostática e friccional combinada constante e segura abaixo do conjunto de BOP submarino.

[0016] Às vezes, quando perda total é experimentada ou perfuração é continuada usando a técnica de PMCD mencionada acima, a taxa de perda pode diminuir. O sistema também pode ser usado para perfuração com pressão gerenciada (MPD) e obter uma pressão de espaço anular mínima segura maior que o maior gradiente de pressão dos poros no furo de poço aberto, ainda que perda parcial seja experimentada. Um primeiro fluido, tipicamente lama pesada, é circulado pela linha de reforço abaixo e pelo espaço anular do tubo ascendente acima de volta ao sistema de lama em uma taxa de bombeamento constante. Um segundo fluido, tipicamente lama com menor densidade que o primeiro fluido, é bombeado pelo tubo de perfuração abaixo e circulado de volta ao sistema de lama através das linhas de ataque e de descarga e uma válvula de controle de pressão (PCV) usada para aplicar contrapressão de superfície. Uma válvula ou flutuador de retenção (tipicamente dois em série) é usado na coluna de subsuperfície (BHA) para evitar que fluido volte durante conexão. Uma bomba de contrapressão dedicada ou uma das bombas de contrapressão HP pode ser usada para aplicar contrapressão durante conexão por circulação de fluido de perfuração através da PVC do mesmo modo como usado para MPD convencional com RCD.

[0017] Voltando-se agora para a Fig 1, uma sonda de perfuração flutuante 52 flutuando na superfície do mar e 50 compreende um tubo ascendente de perfuração marinho 2 que se estende a partir de uma sonda 52 a um conjunto de BOP submarino 1 disposto no fundo do mar 51. O tubo ascendente 2 é conectado a um furo de poço subterrâneo 53 que se estende para dentro de uma formação subterrânea e, em um momento durante o processo de perfuração, para dentro de um reservatório de petróleo 54. Como pode visto nas Figs 2-4, o sistema compreende adicionalmente uma junta telescópica 3, um alojamento dispersor 4 e uma linha de escoamento 5 conectado de forma fluida a um sistema de lama. Além do equipamento normalmente disponível na unidade de perfuração flutuante, a presente invenção é também equipada com um manifold de ataque de perfuração com pressão gerenciada (MPD) 30. O manifold de ataque de MPD 30 pode consistir em uma ou diversas válvulas de controle de pressão (PCV) 31, um dispositivo de alívio de pressão 32, um transmissor de pressão (PT) 33, um transmissor de fluido (FT) 34 e controlador de lógica programável (PLC) 35. O manifold de ataque de MPD 30 é conectado de forma fluida a uma linha de reforço 6 e uma linha de descarga 7, ou diretamente através de um buffer manifold (não mostrado) ou através de um manifold 8 de descarga e de ataque. A jusante das PCV 31 o manifold de ataque de MPD 30 é conectado de forma fluida a um separador lama-gás (MGS) 9 e a um sistema de retorno de lama. Ou uma válvula de seleção de 3 vias (não mostrada) ou uma válvula de isolamento 36 e uma válvula de isolamento 37 são instaladas para retornar o fluido ou diretamente para o sistema de retorno de lama 57 ou através do MGS 9.

[0018] A Figura 2 é um esquema simplificado mostrando uma forma preferível de modalidade da presente invenção, quando a invenção é usada para perfuração com utilização de lama pressurizada. PMCD é tipicamente usada quando uma zona de perda total 16 é interseccionada e também pode ser associada a influxo de gás mais alto no mesmo furo de poço aberto 17. Uma bomba de lama de alta pressão 10 circula um primeiro fluido (tipicamente lama) pela linha de reforço abaixo 11 e pelo espaço anular do tubo ascendente acima 12 e de volta ao sistema de retorno de lama através da linha de escoamento 5. O primeiro fluido (lama) circulado no espaço anular do tubo ascendente 12 tem uma densidade maior que um segundo fluido que é nomeado um fluido sacrificial (tipicamente água do mar). O fluido sacrificial está sendo bombeado pela linha de ataque 6 e ou pela linha de descarga 7 abaixo com uma segunda bomba de lama de alta pressão 14, pelo espaço anular do furo de poço abaixo 15 e para dentro da zona de perda total 16. Os arcos na figura ilustram os fluxos do primeiro fluido e do fluido sacrificial. O fluido sacrificial está sendo bombeado pelo espaço anular do furo de poço abaixo 15 em quantidade suficiente também durante conexão para garantir que todo o furo de poço aberto 17 permaneça sobrebalanceado e, através disto, prevenir que gás entre no furo de poço. O fluido sacrificial está também sendo bombeado por uma bomba de lama de alta pressão 18 através de uma válvula de segurança interna (IBOP) 19 localizada em um top drive (não mostrado) e por uma coluna de perfuração abaixo 20. A coluna de perfuração 20 também é equipada com no mínimo um dispositivo de fluxo unidirecional (flutuador) 21 para prevenir fluxo reverso durante conexão. A PCV 31 é usada para balancear a quantidade de fluido sacrificial que é bombeado pela linha de ataque 6 e pela linha de descarga 7 abaixo a fim de manter uma pressão sobrebalanceada segura em todo o furo de poço 17. A PCV 31 é automaticamente controlada por um controlador 35 levando insumo do fluxo total calculado ou medido para dentro do sistema, isto é, bombas de lama de alta pressão 10, 14, 18, pressão 22 em conjunto de BOP submarino 1 (se disponível), vazão 23 na linha de escoamento 5, vazão 34 através da PCV 31 e pressão a montante 33, a fim de manter uma pressão sobrebalanceada segura no topo do furo de poço aberto 17 abaixo da última camisa cimentada ou coluna de revestimento 24.

[0019] A Figura 3 é um esquema simplificado mostrando uma forma preferível de modalidade da presente invenção, quando a invenção é usada para perfuração com pressão gerenciada (MPD), para manter uma pressão sobrebalanceada segura no topo do furo de poço aberto 17 abaixo da última camisa cimentada ou coluna de revestimento 24. Uma bomba de lama de alta pressão 10 circula um primeiro fluido (lama anular pesada) pela linha de reforço abaixo 11 e pelo espaço anular do tubo ascendente acima 12 e de volta ao sistema de retorno de lama através de uma linha de escoamento 5. O primeiro fluido circulado no espaço anular do tubo ascendente 12 tem uma densidade maior que o segundo fluido que é para perfuração (tipicamente lama de perfuração leve). A lama de perfuração leve é bombeada por pelo menos uma bomba de lama de alta pressão 18 através de uma válvula de segurança interna (IBOP) 19 localizada em um top drive (não mostrado) e por uma coluna de perfuração abaixo 20. A coluna de perfuração 20 também é equipada com no mínimo um dispositivo de fluxo unidirecional (flutuador) 21 para prevenir fluxo reverso durante conexão. Uma bomba de contrapressão dedicada ou bomba de lama de alta pressão 14 é usada para aplicar uma contrapressão de superfície circulando através da PCV 31. A PCV 31 é automaticamente controlada por um sistema de controle 35 levando insumo do fluxo total calculado ou medido para dentro do sistema, isto é, bombas de lama de alta pressão 10, 14, 18, pressão 22 em conjunto de BOP submarino 1 (se disponível), vazão 23 na linha de escoamento 5, vazão 34 através da PCV 31 e pressão a montante 33, a fim de manter uma pressão sobrebalanceada segura no topo do furo de poço aberto 17 abaixo da última camisa cimentada ou coluna de revestimento 24 ou uma pressão de furo de fundo constante.

[0020] A Figura 4a é um esquema simplificado mostrando uma forma preferível de modalidade da presente invenção, quando a invenção é usada para perfuração com pressão gerenciada (MPD) com um elemento de vedação 56 também comumente nomeado um dispositivo de controle rotativo (RCD), localizado na região inferior 55 do tubo ascendente de perfuração 2 tipicamente abaixo da entrada da linha de reforço 11. A injeção de lama dentro do espaço anular do tubo ascendente 12 por meio de uma bomba de lama de alta pressão 10 também comumente nomeada bomba de reforço, e uma linha de reforço 11 não é mais usada para transportar cascalhos de perfuração até o tubo ascendente, mas para circular lama de gás livre pesado sem cascalhos e gás perfurado até o tubo ascendente. A lama mais pesada que retorna a partir do alojamento dispersor 4 é levada de volta pela linha de retorno de lama para o sistema de lama 57 e para um tanque de lama separado (não mostrado) e de volta para a bomba de reforço 10, e pela linha de reforço abaixo 11 para completar a circulação da lama mais pesada que retorna a partir do alojamento dispersor 4. A lama de perfuração leve é bombeada por pelo menos uma bomba de lama de alta pressão 18 através de uma válvula de segurança interna (IBOP) 19 localizada em um top drive (não mostrado) e por uma coluna de perfuração abaixo 20. A coluna de perfuração 20 é também equipada com um dispositivo de fluxo unidirecional (flutuador) 21 para prevenir fluxo reverso durante conexão. Uma linha de retorno dedicada 58 para gás perfurado, cascalhos e fluido de perfuração pode ser provida ou tanto as linhas de descarga 6 e/ou ataque 7 podem ser usadas como linhas de retorno. Uma bomba de contrapressão dedicada ou bomba de lama de alta pressão 63 é usada para aplicar uma contrapressão de superfície circulando através da PCV 31. A PCV 31 é automaticamente controlada por controlador 35 levando insumo do fluxo total calculado ou medido para dentro do sistema, isto é, bombas de lama de alta pressão 10, 14, 18, pressão 22 em conjunto de BOP submarino 1 (se disponível), vazão 34 através da PCV 31 e pressão a montante 33, a fim de manter uma pressão sobrebalanceada segura no topo do furo de poço aberto 17 abaixo do elemento de vedação 56. No caso de cenário de perda parcial ou total, o fluido de perfuração é injetado pelas linha de retorno dedicada 58, linha de descarga 6 e/ou linha de ataque abaixo, durante conexão e, se necessário, também durante perfuração. Deve-se notar que injeção pela linha de retorno abaixo 58, 6, 7 durante aplicação é apenas relevante durante cenários de perda súbita e PMCD para manter uma pressão sobrebalanceada segura também no topo do furo de poço aberto 17 e para mitigar influxo de gás de fraturamentos de topo no furo de poço aberto. Este método para encher imediatamente qualquer fraturamento que possa ser interseccionado durante perfuração pode ser informalmente denotado “controle de pressão dinâmica” (DPC). Se a pressão do tubo de bengala 66 mostra uma queda anormal na pressão em combinação com um transmissor de retorno de fluxo 34 mostrando que uma perda parcial ou total de evento de fluido de perfuração ocorreu, isso é um grande indicativo de que o gradiente de fraturamento de formação foi excedido ou um fraturamento natural foi interseccionado. Ao invés de reduzir a contrapressão de superfície aplicada abrindo a PCV 31 para prevenir perdas severas, o método de DPC aumentará contrapressão de superfície aplicada fechando a PCV 31. O objetivo de aumentar contrapressão de superfície aplicada é tornar possível forçar fluido pela linha de retorno abaixo58, 6, 7, fornecida pela bomba de contrapressão 63. O fluido injetado comprimirá o fluido no fraturamento e encherá o fraturamento com fluido de perfuração o tão rápido quanto possível a fim de evitar que queda temporária na pressão de espaço anular 15 de furo de poço aberto 17. O objetivo do método de DPC é manter uma pressão sobrebalanceada segura também no topo do furo de poço aberto 17 e mitigar influxo de gás de fraturamentos de topo ou reservatórios mais altamente pressurizados no furo de poço aberto mesmo durante eventos de perda e eventos de fluxo transversal.

[0021] A Figura 4b é um esquema simplificado mostrando uma forma preferível de modalidade da presente invenção usada para perfuração com pressão gerenciada (MPD). A principal diferença entre a figura 4a e 4b é que o primeiro conduto de fluido 11 também nomeado linha de reforço é usado como uma linha de retorno para gás perfurado, cascalhos e fluido de perfuração. A linha de reforço não é mais conectada ao espaço anular 12 acima da RCD 56, mas conectada ao espaço anular 15 abaixo da RCD 56. Uma bomba de lama de alta pressão 10, também comumente nomeada bomba de reforço, é usada para aplicar contrapressão de superfície circulando fluido de perfuração através da PCV 31. O fluido de conduto comum 68 receberá tanto cascalhos quanto fluido retornando do furo de poço através da linha de reforço 11 e o fluido sendo circulado através da bomba de lama de alta pressão 10. A bomba de lama de alta pressão 10 e a linha de reforço 11 também podem ser usadas para alterar ou circular o primeiro fluido mais pesado no espaço anular do tubo ascendente 12, por meio de fechamento do BOP submarino 1 e abertura do elemento de vedação 56. No entanto, quando o sistema está em modo de perfuração, as BOP submarinas 1 são abertas e o elemento de vedação 56 é fechado. Para assegurar que o espaço anular do tubo ascendente 12 seja enchido a todo instante com o primeiro fluido mais pesado, um tanque 70, normalmente um tanque de manobra, será enchido e o primeiro fluido circulado por meio da bomba de circulação 71, normalmente uma bomba de tanque de manobra, até o alojamento dispersor 4 onde fluido em excesso é drenado de volta por meio de um primeiro conduto 69. Potencial perda do fluido mais pesado no espaço anular do tubo ascendente 12 devido a vazamento de RCD 56 será monitorado por um transmissor de nível 72 e o espaço anular do tubo ascendente 12 será continuamente enchido por meio da bomba de circulação 71.

[0022] A Figura 5 é um esquema simplificado mostrando um sistema de MPD com um conjunto de BOP instalado na superfície62, localizado acima do nível do mar 50. A figura mostra uma instalação típica fora da costa com uma cabeça de poço submarina 60 localizada sobre o fundo do mar 51 e com um tubo ascendente de alta pressão ou um elemento tubular 61 conectado de forma fluida à cabeça de poço 60 com o conjunto de BOP na superfície 62. O sistema de MPD mostrado tipicamente consiste adicionalmente em um RCD 56 localizado acima do conjunto de BOP 62, e um carretel de fluxo pequeno 65 conectado de forma fluida à linha de retorno fluida 58 conectado ao manifold de ataque de MPD 30. O sistema mostrado é tipicamente usado para instalação fixada fora da costa e unidades de perfuração suportadas pelo fundo do mar (plataformas autoelevatórias). No entanto, um sistema semelhante pode ser usado para sistemas de MPD na costa, onde o conjunto de BOP na superfície 62 é tipicamente instalado diretamente sobre a cabeça de poço 60. O objetivo com esta figura 5 é mostrar o método de controle de pressão dinâmica (DPC) descrito na figura 4a também pode ser usado para quaisquer sistemas de MPD onde rápida mudança de pressão de fundo de poço pode ser alcançada.

[0023] A Figure 6 é um esquema simplificado mostrando uma aplicação de perfuração convencional sem nenhum sistema de MPD provido. A figura mostra uma típica instalação fora da costa com um conjunto de BOP submarino 1 e um tubo ascendente de baixa pressão 2, porém o mesmo método de controle de pressão dinâmica (DPC) é também válido para outras instalações convencionais na costa ou fora da costa com um conjunto de BOP instalado na superfície. Neste caso, visto que demora para fechar as BOP e visto que, neste caso, não há nenhum sistema de MPD instalado, o método de DPC será obtido aumentando instantaneamente a vazão pela coluna de perfuração abaixo 20. Se a pressão do tubo de bengala 66 mostra uma queda anormal na pressão em combinação com o transmissor de retorno de fluxo 23 mostrando que uma perda parcial ou total de evento de fluido de perfuração ocorreu, isso é um grande indicativo de que o gradiente de fraturamento de formação foi excedido ou um fraturamento natural foi interseccionado. Ao invés de reduzir a vazão das bombas de lama de alta pressão 18 para prevenir perdas severas, o método de DPC aumentará automaticamente a velocidade da bomba de alta pressão 18 por um controlador 67. O objetivo do método de DPC é reduzir o influxo de gás potencial causado pelo evento de perda súbita ou fluxo transversal, devido a uma queda temporária na pressão do espaço anular 15 do furo de poço aberto 17.

[0024] De acordo com certas modalidades aqui descritas, novos métodos e sistemas para perfuração com pressão gerenciada (MPD) para um flutuador com conjunto de BOP submarino, possibilitando que gás perfurado e influxo de gás inadvertido sob pressão sejam tratados em um sistema de alta pressão através de linha de retorno dedicada de alta pressão, linha de reforço, linhas de ataque e/ou de descarga conectadas ao conjunto de BOP submarino. Modalidades também incluem um método de controle de pressão dinâmica (DPC) que pode ser aplicado a qualquer sistema de perfuração, apesar de mais eficaz para sistema MPD que possibilita rápida mudança de pressão furo abaixo.

[0025] Algumas vantagens que podem ser reconhecidas com modalidades de acordo com a presente invenção podem ser resumidas como segue: • nenhum gás ou fluxo de gás inadvertido é lidado no tubo ascendente marinho. • Influxo de gás pode ser lidado pelo sistema MPD em um sistema de alta pressão através de uma linha de retorno de alta pressão dedicada, a linha de reforço de alta pressão ou as linhas de descarga e de ataque. • Utilizar a linha de reforço existente e mangueira para cascalhos e fluido retornando ao sistema MPD pode também reduzir a CapEx e/ou OpEx associados aos sistemas de métodos MPD correntes para um flutuador com um conjunto BOP submarino. • Localizar o RCD acima do conjunto de BOP submarino com um espaço anular do tubo ascendente enchido com lama mais pesada acima deixa o RCD fora dos envelopes de barreira primários. • O sistema MPD pode ainda ser operado mesmo com o vazamento de RCD, visto que fluido vazará para baixo e não para cima e para dentro do tubo ascendente. • O método DPCTM pode evitar ou reduzir influxo causado por perda parcial ou total. • O método DPCTM pode evitar ou reduzir influxo causado por potenciais eventos de fluxo transversal. • O método DPCTM pode evitar ou reduzir influxo e migração de gás durante PMCD. • O método DPCTM pode evitar ou reduzir influxo adicional causado por hidratos de gás que se formam no furo de poço após evento de influxo de gás. • O método DPCTM pode evitar ou reduzir potenciais problemas de estabilidade de furo de poço, tais como colapso de furo de poço e tubo preso causados por um evento de influxo. • O método DPCTM pode evitar ou reduzir os problemas flutuações de pressão furo abaixo devido acréscimo e decréscimo associados a perfuração com um flutuador em ambiente áspero e janela de perfuração estreita.

[0026] A invenção foi descrita em modalidades não limitadoras. É evidente que um versado na técnica pode fazer diversas alterações e modificações ao método descrito sem divergir do escopo da invenção como definido nas reivindicações anexas.

Claims (26)

1. Método para perfuração com pressão gerenciada, método esse que compreende as etapas de: estender um tubo ascendente de perfuração (2) dotado de uma coluna de perfuração (20) no mesmo a partir de uma instalação flutuante (52) até um local em um fundo do mar (51), o tubo ascendente de perfuração (2) sendo conectado de forma fluida a um conjunto submarino de válvulas de segurança (1), o método caracterizado pelo fato de que o tubo ascendente de perfuração (2) é equipado com um primeiro conduto de fluido (11) que se estende da instalação flutuante (52) até uma região inferior (55) do tubo ascendente de perfuração (2) próxima, porém acima do conjunto submarino de válvulas de segurança (1), o primeiro conduto de fluido (11) sendo conectado de forma fluida a um espaço anular (12) do tubo ascendente de perfuração (2) alocado entre a coluna de perfuração (20) e o tubo ascendente de perfuração (2) circulante, e um segundo conduto de fluido (6) e um terceiro conduto de fluido (7) se estendendo da instalação flutuante (52) e conectados de forma fluida ao espaço anular (12) do tubo ascendente de perfuração (2) através do conjunto submarino de válvulas de segurança (1); prover um primeiro fluido no espaço anular (12) do tubo ascendente de perfuração (2) através do primeiro conduto de fluido (11) e um segundo fluido no segundo conduto de fluido (6) e/ou no terceiro conduto de fluido (7) dentro do espaço anular (12) do tubo ascendente de perfuração (2) abaixo do primeiro fluido, com o segundo fluido se estendendo abaixo do conjunto submarino de válvulas de segurança (1), onde o primeiro fluido tem uma densidade maior do que o segundo fluido; circular o segundo fluido através de uma válvula de controle (31) alocada na instalação flutuante (52) que é conectada de forma fluida ao segundo conduto de fluido (6) e/ou ao terceiro conduto de fluido (7) e, utilizando um controlador (35), operar a válvula de controle (31) para aplicar uma contra- pressão de superfície de forma a obter uma predeterminada e desejada pressão de circulação combinada hidrostática e friccional para o segundo fluido abaixo do conjunto submarino de válvulas de segurança (1), e em que o primeiro conduto de fluido (11) é uma linha de reforço de tubo ascendente de perfuração, e o segundo conduto de fluido (6) é uma linha de ataque e/ou uma linha de descarga.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente, usando uma bomba (10), circular o primeiro fluido abaixo do primeiro conduto de fluido (11) e acima do espaço anular (12) do tubo ascendente de perfuração (2).

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de prover o segundo fluido compreende prover uma densidade do segundo fluido de tal modo que a pressão hidrostática atuando em uma seção de furo de poço aberta (17) abaixo do conjunto submarino de válvulas de segurança (1) é menor do que ou igual à menor pressão de poros de formação.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende: prover uma válvula unidirecional (21) em uma parte inferior da coluna de perfuração (20).

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende: controlar a válvula de controle (31) para prover uma contra- pressão de superfície que produz uma pressão hidrostática atuando em uma seção de furo de poço aberta (17) abaixo do conjunto submarino de válvulas de segurança (1) que é maior do que uma pressão de poros de formação na seção de furo de poço aberta (17).

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o segundo fluido é um fluido de sacrifício, e em que o método compreende adicionalmente bombear o fluido de sacrifício através da coluna de perfuração (20) e/ou através do segundo conduto de fluido (6) e/ou do terceiro conduto de fluido (7) e para dentro de uma zona de formação fraca (16) ao longo de uma seção de furo de poço aberta (17) abaixo do conjunto submarino de válvulas de segurança (1).

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende: controlar a vazão de fluido de sacrifício de tal modo que uma pressão hidráulica atuando na seção de furo de poço aberta (17) seja maior do que uma pressão de poros de formação na seção de furo de poço aberta (17).

8. Método de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que compreende: conectar uma seção do tubo de perfuração à coluna de perfuração (20) na instalação flutuante (52) enquanto que se bombeia o segundo fluido para baixo através do segundo conduto de fluido (6) e/ou do terceiro conduto de fluido (7) através da válvula de controle (31) na instalação flutuante (52).

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende: bombear o segundo fluido através da coluna de perfuração (20) e acima do segundo conduto de fluido (6) e/ou do terceiro conduto de fluido (7) através da válvula de controle (31) na instalação flutuante (52).

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: controlar a válvula de controle (31) para aplicar uma contra- pressão de superfície para produzir uma pressão constante predeterminada no conjunto submarino de válvulas de segurança (1) para manter um nível do segundo fluido.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: dispor um elemento de vedação (56) entre o conjunto submarino de válvulas de segurança (1) e o tubo ascendente de perfuração (2), o elemento de vedação (56) configurado para vedar o espaço anular (12) do tubo ascendente de perfuração (2) acima do elemento de vedação (56) e abaixo do elemento de vedação (56) em torno da coluna de perfuração (20), e o elemento de vedação (56) alocado ao longo da região inferior (55) do tubo ascendente de perfuração (2), próximo ao conjunto submarino de válvulas de segurança (1), e prover o primeiro fluido acima do elemento de vedação (56) e o segundo fluido abaixo do elemento de vedação (56).

12. Sistema para perfuração com pressão gerenciada, sistema esse que compreende: um tubo ascendente de perfuração (2) dotado de uma coluna de perfuração (20) no mesmo, se estendendo de uma instalação flutuante (52) até um local em um fundo do mar (51), o tubo ascendente de perfuração (2) sendo conectado de forma fluida a um conjunto submarino de válvulas de segurança (1), o sistema caracterizado pelo fato de que o tubo ascendente de perfuração (2) é equipado com um primeiro conduto de fluido (11) que se estende da instalação flutuante (52) até uma região inferior (55) do tubo ascendente de perfuração (2) próxima, porém acima do conjunto submarino de válvulas de segurança (1), o primeiro conduto de fluido (11) sendo conectado de forma fluida a um espaço anular (12, 15) em torno da coluna de perfuração (20), um segundo conduto de fluido (6) e um terceiro conduto de fluido (7) se estendendo da instalação flutuante (52) até o conjunto submarino de válvulas de segurança (1) e conectados de forma fluida ao espaço anular (12, 15); um elemento de vedação (56) disposto no interior do tubo ascendente de perfuração (2) acima e próximo ao conjunto submarino de válvulas de segurança (1), o elemento de vedação (56) configurado para vedar o espaço anular (12, 15) em torno da coluna de perfuração (20); um primeiro fluido sendo provido no espaço anular (12) acima do elemento de vedação (56) através do primeiro conduto de fluido (11) e um segundo fluido sendo provido no segundo conduto de fluido (6) e no espaço anular (15) abaixo do elemento de vedação (56), onde o primeiro fluido tem uma densidade maior do que o segundo fluido; uma válvula de controle (31) que é conectada de forma fluida ao primeiro conduto de fluido (11), e/ou ao segundo conduto de fluido (6) e/ou ao terceiro conduto de fluido (7), e um controlador (35) configurado para operar a válvula de controle (31) na instalação flutuante (52) para aplicar uma contrapressão de superfície de modo a obter uma predeterminada e desejada pressão de circulação combinada hidrostática e friccional para o segundo fluido no espaço anular (15) abaixo do elemento de vedação (56).

13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende um quarto conduto de fluido (58) que se estende da instalação flutuante (52) até uma posição abaixo do elemento de vedação (56), o quarto conduto de fluido (58) sendo conectado de forma fluida ao espaço anular (15) e conectado de forma fluida à válvula de controle (31).

14. Sistema de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que um tubular (64) definindo o espaço anular (15) está abaixo do elemento de vedação (56), o quarto conduto de fluido (58) e a válvula de controle (31) são projetadas com uma pressão de operação acima do máximo permitido do que o tubo ascendente de perfuração (2).

15. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que o primeiro fluido é configurado de modo tal que uma pressão hidrostática a partir do primeiro fluido que atua no elemento de vedação (56) de cima é maior do que ou igual à predeterminada e desejada pressão de circulação combinada hidrostática e friccional provida pela válvula de controle (31) e o segundo fluido que atua no dito elemento de vedação (56) de baixo.

16. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado pelo fato de que compreende uma injeção de fluido combinada e bomba de contrapressão (10, 63) conectada de forma fluida à válvula de controle (31) e a pelo menos um dentre o primeiro conduto de fluido (11, 68), o quarto conduto de fluido (58), o segundo conduto de fluido (6) e o terceiro conduto de fluido (7).

17. Sistema de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a injeção de fluido combinada e bomba de contra-pressão (10, 63) é uma bomba de lama de alta pressão.

18. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 17, caracterizado pelo fato de que compreende uma válvula unidirecional (21) disposta em uma parte inferior da coluna de perfuração (20).

19. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 18, caracterizado pelo fato de que a pressão hidrostática combinada do primeiro fluido provido no espaço anular (12) em torno da coluna de perfuração (20) acima do elemento de vedação (56) e um segundo fluido provido abaixo do elemento de vedação (56) e atuando em uma seção de furo de poço aberta (17) é maior do que uma pressão de poros de formação.

20. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 19, caracterizado pelo fato de que compreende um conduto de fluido (69) disposto de forma fluida entre um alojamento dispersor (4) e um tanque (70) e conectado de forma fluida a uma bomba (71) configurada para circular o primeiro fluido entre o alojamento dispersor (4) e o tanque (70) e para manter um nível de fluido no espaço anular (12) em torno da coluna de perfuração (20).

21. Sistema de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um transmissor de nível (72) configurado para monitorar o nível de fluido e identificar qualquer perda potencial de fluido através do elemento de vedação (56).

22. Sistema de acordo com a reivindicação 20 ou 21, caracterizado pelo fato de que o tanque (70) é um tanque de manobra, o primeiro conduto de fluido (11) é uma linha de reforço do tubo ascendente de perfuração e o segundo conduto de fluido (6) e o terceiro conduto de fluido (7) são uma linha de ataque e/ou uma linha de descarga.

23. Método para operar dinamicamente um sistema para perfuração com pressão gerenciada, o sistema compreendendo: uma válvula de controle (31) em instalação flutuante (52), um tubular (2, 64, 65) se estendendo da instalação flutuante (52) para baixo num fundo do mar ou superfície terrestre (51); um conjunto de válvulas de segurança (1) abaixo da instalação flutuante (52), o dito tubular (2, 64, 65) sendo conectado de forma fluida ao conjunto de válvulas de segurança (1), um elemento de vedação (56) alocado acima de um conjunto de válvulas de segurança (1) e disposto para vedar um espaço anular (12, 15) em torno de uma coluna de perfuração (20) dentro do tubular (2, 64, 65), um conduto de fluido (6, 7, 58) conectado de forma fluida ao espaço anular (15) abaixo do elemento de vedação (56), e um MANIFOLD de ataque de perfuração com pressão gerenciada (30) contendo a válvula de controle (31) conectada de forma fluida ao conduto de fluido (6, 7, 58) na instalação flutuante (52); o método sendo caracterizado pelo fato de que compreende: operar uma bomba de fluido (14, 63) para injetar fluidos para dentro do conduto de fluido (6, 7, 58) e circular fluido através da válvula de controle (31) proveniente do conduto de fluido (6, 7, 58); e operar um controlador (35) para aplicar uma contrapressão de superfície aumentada (33) através da válvula de controle (31) e/ou da bomba de fluido (14, 63) se uma perda de circulação é detectada simultaneamente com uma queda em pressão de circulação do fluido de perfuração (66) de tal modo a forçar fluido para baixo do conduto de fluido (6, 7, 58) e para baixo do espaço anular (15) abaixo do elemento de vedação (56) para manter uma pressão predeterminada e desejada para o fluido abaixo do conjunto de válvulas de segurança (1).

24. Método de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que compreende: operar uma bomba (18) para bombear um fluido de perfuração através da coluna de perfuração (20) e para dentro do furo de poço (17).

25. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a instalação flutuante (52) é uma plataforma flutuante fora da costa, o tubular (2, 64, 65) é um tubo ascendente marinho de baixa pressão, a superfície terrestre (51) é o fundo do mar, e o conjunto de válvulas de segurança (1) é um conjunto submarino de válvulas de segurança.

26. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a superfície terrestre é um fundo do mar ou terra firme na costa, a instalação flutuante (52) é uma instalação fixa fora da costa, uma unidade de perfuração suportada a partir do fundo do mar ou a partir de uma instalação de perfuração na costa, o tubular (2, 64, 65) é um elemento tubular de alta pressão projetado para pressão total de fechamento, e o dito conjunto de válvulas de segurança (1) está localizado na superfície acima do nível do mar ou terra firme.