BR112018077278B1 - Controle de pressão de poço automatizado e sistema e método de tratamento de gás - Google Patents

Abstract

Um método inclui bombear o fluido em uma coluna de perfuração que se estende através de um riser para dentro de um poço. Um sistema de perfuração por pressão controlada é operado para manter uma pressão de fluido selecionada no poço entre o poço e a coluna de perfuração. Um influxo de fluido no poço ou uma perda de fluido para uma formação atravessada pelo poço é detectada usando medições de pressão de fluido no poço e fluxo de fluido para dentro e para fora do poço. O método inclui reduzir automaticamente o influxo de fluido fechando um preventor de emulsão anular disposto no riser ou diminuindo automaticamente a perda de fluido operando o preventor de emulsão anular e bombeando um fluido sacrificial para dentro da coluna de perfuração.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[0001] Este pedido reivindica prioridade e o benefício do Pedido Não Provisório U.S. n° 15/197449, depositado em 29 de junho de 2016, cuja totalidade está incorporada por referência neste documento.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Esta divulgação refere-se ao campo de controle de pressão de poços perfurados através de uma formação terrosa subsuperficial. Mais especificamente, a presente divulgação refere-se à manutenção da pressão do poço de exploração no caso de certas condições de perfuração, tais como fluido de perfuração perdido para uma formação subsuperficial exposta e o influxo de gás para dentro do poço a partir de uma formação.

[0003] A Patente U.S. n° 7. 562. 723 mostra um exemplo de modalidade de um sistema de controle de "perfuração por pressão controlada". O sistema mostrado na patente '723 pode ser usado para manter uma pressão selecionada em um poço de exploração enquanto as bombas de fluido de perfuração (bombas de lama de sonda) operam e enquanto essas bombas são desligadas para finalidades, tais como adicionar ou remover um segmento ("junta" de "suporte") de uma coluna de perfuração. O sistema mostrado na patente '723 compreende uma lógica operável para detectar o influxo de fluido para dentro do poço a partir de uma formação subsuperficial, bem como a perda de fluido do poço para dentro de uma formação subsuperficial. O sistema mostrado na patente '723 pode ser usado com perfuração terrestre, bem como com perfuração marinha (isto é, perfurações de formações subsuperficiais abaixo do fundo de uma massa de água).

[0004] A Patente n° 8. 413. 724 publicada para Carbaugh et al. descreve um "manejador de gás no riser". No caso de influxo de gás para dentro de um poço durante a perfuração marinha, em que o "riser" sonecta um aparelho de controle de poço submarino a uma plataforma de perfuração na superfície aquática, o gás se expande em volume conforme percorre ascendentemente através da coluna de líquido no riser. À medida que o gás se expande em volume, a pressão hidrostática exercida pela coluna de fluido no riser é reduzida, e a pressão no poço pode aumentar proporcionalmente. O aumento de pressão no riser pode, em algum momento, exceder a capacidade de suporte de pressão do riser. O dispositivo mostrado na patente '724 destina-se a desviar o fluido no riser que contém gás para as linhas de fluxo externas ao riser. Essas linhas de fluxo podem ter uma capacidade de pressão muito maior do que a do riser, permitindo, assim, que o gás seja removido do poço usando procedimentos conhecidos para parar o influxo de fluido para dentro de um poço a partir de uma formação subsuperficial.

[0005] Como as pressões de fluido da formação subsuperficial podem mudar substancial e imprevisivelmente, é desejável automatizar sistemas, tais como os descritos acima nas patentes de Reitsma e Carbaugh et al. Mais especificamente, essa automação pode ser aplicável e coordenada com ambos os sistemas, bem como com um aparelho de controle de pressão de poço (preventor de emulsão - “BOP”) disposto próximo ao leito marinho e conectado à base do riser.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0006] A FIG. 1 mostra um exemplo de um sistema de perfuração de controle de pressão manejado.

[0007] A FIG. 2 mostra um exemplo de uma modalidade diferente de um sistema de perfuração de controle de pressão manejado.

[0008] A FIG. 3 mostra um exemplo de um sistema de perfuração de poços marinhos que usa um riser para conectar um BOP submarino a uma plataforma de perfuração na superfície aquática.

[0009] A FIG. 4 mostra um diagrama esquemático de dispositivos de controle de fluxo de fluido e de pressão de fluido de poço que podem ser usados de acordo com a presente divulgação.

[0010] A FIG. 5 mostra um fluxograma de uma modalidade exemplificativa de um método de acordo com a presente divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0011] A FIG. 1 é uma vista em esboço que mostra um sistema de perfuração, tal como um sistema de perfuração terrestre, tendo uma modalidade de um sistema de pressão controlada que pode ser usado com métodos e aparelhos de acordo com a presente divulgação. A ilustração na FIG. 1 e na FIG. 2 são para mostrar elementos funcionais de um sistema de controle de perfuração de pressão manejado. Nos métodos de acordo com a presente divulgação, e como será mostrado na FIG. 3, esses métodos podem ser usados com sistemas de perfuração marinha com o mesmo efeito que com os sistemas de perfuração terrestres. O sistema de perfuração 100 na FIG. 1 é mostrado como incluindo uma sonda 102 que é usada para apoiar as operações de perfuração. Muitos dos componentes usados na sonda 102, tais como o kelly, chaves flutuantes pneumáticas, cunhas, guinchos de perfuração e outros equipamentos não são mostrados separadamente nas Figuras para clareza da ilustração. A sonda 102 é usada para suportar uma coluna de perfuração 112 usada para perfurar um poço através de formações subsuperficiais, tal como mostrado como a formação 104. O poço 106, como mostrado na FIG. 1, pode ter sido parcialmente perfurado, e um tubo ou revestimento de proteção 108 fixo e cimentado 109 no lugar em parte da porção perfurada do poço 106. Um mecanismo de vedação de revestimento, ou válvula de implantação de fundo de poço 110, pode ser instalado no revestimento 108 para opcionalmente vedar um espaço anular 115 e efetivamente atuar como uma válvula para vedar a seção de furo aberto do poço 106 (a porção do poço 106 abaixo do fundo do revestimento 108) se uma broca de perfuração 120 (na parte inferior da coluna de perfuração 112) estiver localizada acima da válvula de implantação de fundo de poço 110.

[0012] A coluna de perfuração 112 suporta uma composição de fundo (BHA) 113 que pode incluir a broca de perfuração 120, um motor de fundo 118, um conjunto de sensores de medição e/ou de perfilagem durante a perfuração (MWD/LWD) 119 que podem compreender um transdutor de pressão 116 para determinar a pressão anular no poço 106. A coluna de perfuração 112 pode incluir uma válvula de retenção (não mostrada) para impedir o refluxo de fluido do espaço anular 115 para o interior da coluna de perfuração 112. O conjunto de MWD/LWD 119 pode compreender um pacote de telemetria 122 que é usado para transmitir dados de pressão, dados de sensor de MWD/LWD, bem como informações de perfuração a serem recebidas na superfície da Terra na forma de modulação da vazão e/ou da pressão do fluido de perfuração sendo bombeado através do interior da coluna de perfuração 112. Embora a FIG. 1 ilustre um BHA utilizando um sistema de telemetria de modulação de pressão de lama, será percebido que outros sistemas de telemetria, tais como sistemas de transmissão por radiofrequência (RF), eletromagnéticos (EM) ou de coluna de perfuração podem ser usados com a presente invenção.

[0013] O processo de perfuração pode usar um fluido de perfuração 150, que pode ser armazenado em um reservatório 136. O reservatório 136 está em comunicação fluida com uma ou mais bombas de lama da sonda 138 que bombeiam o fluido de perfuração 150 através do duto 140. O duto 140 está conectado ao segmento mais superior ou "junta" da coluna de perfuração 112. O segmento mais superior da coluna de perfuração pode passar através de uma cabeça de controle rotativa ou de um dispositivo de controle rotativo (RCD) 142. O RCD 142 estimula internamente elementos de vedação elastoméricos de forma esférica a rodar para cima, fechando em torno da coluna de perfuração 112 e isolando a pressão do fluido no espaço anular 115, mas permitindo ainda a rotação da coluna de perfuração e o movimento longitudinal. O fluido de perfuração 150 é bombeado para baixo através de uma passagem interior na coluna de perfuração 112 e o BHA 113 e sai através de bocais ou jatos na broca de perfuração 120, depois do que o fluido de perfuração 150 põe em circulação os cascalhos de perfuração longe da broca de perfuração 120 e retorna os cascalhos para cima através do espaço anular 115 entre a coluna de perfuração 112 e o poço 106 e através do espaço anular formado entre o revestimento 108 (ou riser, como será explicado com referência à FIG. 3) e a coluna de perfuração 112. O fluido de perfuração 150 retorna finalmente à superfície e passa através de uma saída de fluido do RCD 142, através de um duto 124 e de diversos tanques de compensação e sistemas de receptor de telemetria (não mostrados separadamente).

[0014] Em seguida, o fluido de perfuração 150 pode prosseguir para o que é geralmente referido neste documento como um sistema de contrapressão 131. O fluido de perfuração 150 entra no sistema de contrapressão 131 e pode fluir através de um medidor de fluxo 126. O medidor de fluxo 126 pode ser do tipo de balança de massa ou de outro tipo de resolução suficientemente alta para medir o fluido de perfuração 150 que sai do poço 106. Ao usar medições de um medidor de fluxo de entrada 152 disposto entre as bombas de lama de sonda 138 e a coluna de perfuração 112, em que o medidor de fluxo 152 também pode ser do tipo de balança de massa ou pode ser um medidor de fluxo do tipo Coriolis, um operador de sistema será capaz de determinar quanto do fluido de perfuração 150 foi bombeado para dentro do poço 106 através da coluna de perfuração 112. O uso de um contador de cursos de bomba também pode ser usado no lugar do medidor de fluxo de entrada 152. Normalmente, a quantidade de fluido de perfuração 150 bombeado para dentro do poço 106 e retornado do poço 106 é essencialmente a mesma em condições de estado estacionário quando compensada pelo volume adicional do poço 106 que é perfurado. Ao compensar os efeitos transitórios e o volume adicional do poço 106 sendo perfurado e com base nas diferenças entre a quantidade do fluido de perfuração 150 bombeado para dentro do poço 106 e o fluido de perfuração 150 retornado do poço 106, o operador de sistema é capaz de determinar se o fluido de perfuração 150 está se perdendo para a formação 104, o que pode indicar que ocorreu fratura ou ruptura da formação, isto é, um diferencial de fluido negativo significativo. Do mesmo modo, um diferencial positivo significativo seria indicativo da entrada de fluido da formação no poço 106 a partir das formações subsuperficiais 104.

[0015] O fluido de perfuração de retorno 150 pode proceder para um regulador de pressão de orifício controlável resistente ao desgaste 130. Será percebido que existem reguladores de pressão projetados para operar em um ambiente onde o fluido de perfuração 150 contenha cascalhos de perfuração substanciais e outros sólidos. O regulador de pressão de orifício controlável 130 é preferencialmente de um tipo só e é ainda capaz de operar em pressões variáveis, aberturas ou fendas variáveis e através de múltiplos ciclos de funcionamento. O fluido de perfuração 150 sai do regulador de pressão de orifício controlável 130 e flui através de um primeiro arranjo de válvula 5. O fluido de perfuração 150 pode então ser processado por um desgaseificador opcional 1 ou diretamente por uma série de filtros e peneiras vibratórias 129, projetados para remover contaminantes, incluindo cascalhos de perfuração, do fluido de perfuração 150. O fluido de perfuração 150 é então retornado ao reservatório 136. Um circuito fechado 119A é fornecido antes de um arranjo de válvula 125 para conduzir o fluido de perfuração 150 diretamente para a entrada de uma bomba de contrapressão 128. Em outras modalidades, a entrada da bomba de contrapressão 128 pode ser fornecida com fluido a partir do reservatório 136 através de um duto 119B, que está em comunicação fluida com um tanque de manobra 2. O tanque de manobra 2 pode ser usado em uma sonda de perfuração para monitorizar os ganhos e perdas do fluido de perfuração durante as operações de "manobra" da coluna de perfuração (isto é, retirar e inserir a coluna de perfuração completa 112 ou seu subconjunto substancial do poço 106). Nas modalidades do presente exemplo, a funcionalidade do tanque de manobra 2 pode ser mantida. Um segundo arranjo de válvula 125 pode ser usado para selecionar o circuito fechado 119A, o duto 119B ou para isolar o sistema de contrapressão. Embora a bomba de contrapressão 128 seja capaz de utilizar o fluido de perfuração retornado 150 para criar uma contrapressão pela seleção do circuito fechado 119A, será percebido que o fluido de perfuração retornado 150 poderia ter contaminantes que não teriam sido removidos pelas peneiras vibratórias 129. Nesse caso, o desgaste na bomba de contrapressão 128 pode ser aumentado. Nesse sentido, pode ser preferível que o fornecimento de fluido de perfuração para a bomba de contrapressão 128 seja proveniente do duto 119B para fornecer o fluido de perfuração recondicionado à entrada da bomba de contrapressão 128.

[0016] Durante a operação, o segundo arranjo de válvula 125 pode ser operado para selecionar tanto o circuito fechado 119A quanto o duto 119B, e a bomba de contrapressão 128 é então engatada para garantir que um fluxo de fluido suficiente passe através do lado a montante do regulador de pressão de orifício controlável 130 para ser capaz de manter uma pressão de fluido selecionada no espaço anular 115, mesmo quando não houver fluxo do fluido de perfuração 150 a partir do espaço anular 115. Na presente modalidade, a bomba de contrapressão 128 pode ser capaz de fornecer até aproximadamente 2200 psi (15168,5 kPa) de pressão; embora as bombas de capacidade de pressão mais alta possam ser selecionadas a critério do projetista do sistema. Será apreciado que a bomba 128 seria posicionada de qualquer maneira de modo a ficar finalmente em comunicação fluida com o espaço anular 115, sendo o espaço anular o duto de descarga do poço.

[0017] A FIG. 2 mostra uma modalidade diferente de um sistema de perfuração por pressão controlada. Na presente modalidade, a bomba de contrapressão (128 na FIG. 1) não é necessária para manter um fluxo suficiente através do através do choke de orifício controlável 130 quando o fluxo através da coluna de perfuração 112 necessitar ser desligado por qualquer motivo. Na presente modalidade, uma terceira disposição de válvula 6 é colocada a jusante das bombas de lama da sonda 138 no duto 140. A terceira disposição de válvula 6 permite que o fluido de perfuração 150 das bombas de lama da sonda 138 seja parcial ou completamente desviado do duto 140 para o duto 7, desviando assim o fluxo das bombas de lama da sonda 138 que, de outro modo, entrariam na passagem interior da coluna de perfuração 112. Ao manter o funcionamento das bombas de lama da sonda 138 e desviar a saída das bombas 138 para o espaço anular 115, é fornecido um fluxo suficiente através do choke 130 de orifício controlável para manter a pressão do espaço anular 115.

[0018] A FIG. 3 mostra um exemplo de sistema de perfuração de "elevação de lama" marítimo usando uma bomba de retorno de fluido de perfuração ("lama") ao perfurar a partir de uma unidade de perfuração 201 compreendendo um guindaste 206 acima da superfície 10 de um corpo de água 10A. Na construção de um furo de poço de fundo usando o sistema na FIG. 3, um tubo condutor pode primeiro ser acionado ou jateado em formações abaixo do fundo aquático 208. Ao perfurar um poço 215 a partir do sistema de perfuração, o fluido de perfuração (150 na FIG. 1) é bombeado através de uma coluna de perfuração 216 para baixo até uma ferramenta de perfuração, geralmente incluindo uma broca (vide 120 na FIG. 1). O fluido de perfuração (150 na FIG. 1) serve para vários fins, conforme explicado com referência à FIG. 1, um dos quais é o transporte de cascalhos de perfuração para fora do poço 215. O fluido de perfuração (150 na FIG. 1) flui de volta através de um espaço em formato de anel ("espaço anular") 230 entre a coluna de perfuração 216 e a parede do poço e/ou o revestimento de liner ou de superfície 214. O espaço anular 230 está em comunicação fluídica com o riser de perfuração 212 na cabeça de poço submarina 234 próxima ao fundo aquático 208. O riser 212 pode se estender para a unidade de perfuração 201, onde o fluido de perfuração (150 na FIG. 1) é tratado e condicionado antes de ser bombeado de volta pela coluna de perfuração 216 para dentro do poço 215. Em muitos casos, o fluido de perfuração no tubo de perfuração 212 e no espaço anular 230 resultará em uma cabeça de pressão no furo de poço 215 que é indesejável.

[0019] Ao colocar uma bomba 220 em comunicação fluídica com o interior do liner 214 próximo ao fundo aquático 208, ou realizar uma conexão fluídica semelhante ao interior do riser de perfuração 212 em uma elevação selecionada, que pode estar acima do fundo aquático 208, o fluido de perfuração de retorno pode ser bombeado para fora do espaço anular 230 e para cima em direção à unidade de perfuração 201. O volume do espaço anular no riser 212 acima do nível de fluido de perfuração pode ser preenchido com um fluido de riser que seja de uma composição diferente do fluido de perfuração.

[0020] A pressão do fluido de perfuração no fundo aquático 208 pode ser controlada a partir da unidade de perfuração 201 ao selecionar a pressão de entrada à bomba 220. A pressão de entrada à bomba 220 pode ser selecionada ao controlar uma taxa de operação da bomba, por exemplo, e sem limitações, controlar uma taxa de rotação de um rotor de uma bomba centrífuga ou controlar uma taxa de rotação de eixo de uma bomba de deslocamento positivo.

[0021] Para evitar que a pressão do fluido de perfuração exceda um nível aceitável (por exemplo, no caso de um desarme de tubo), o riser de perfuração 212 pode ser fornecido com uma válvula de descarga. Uma válvula de descarga deste tipo pode ser ajustada para abrir a uma determinada pressão predeterminada para a saída do fluido de perfuração para o corpo da água (10A na FIG. 3).

[0022] O seguinte descreve um exemplo não limitativo de um método e dispositivo ilustrado nas figuras anexas, nas quais, conforme notado acima, a FIG. 1 é uma vista esquemática de um equipamento de perfuração fixo equipado com uma bomba para o fluido de perfuração de retorno, a bomba sendo acoplada à seção do riser perto do fundo do mar e a seção de riser ou uma porção da mesma sendo preenchida com um fluido de densidade diferente da densidade do fluido de perfuração.

[0023] O número de referência 201 indica uma unidade de perfuração que compreende uma estrutura de suporte 202, uma plataforma 204 e um guindaste 206. A estrutura de suporte 202 é colocada no fundo da água 208 (ou a estrutura de suporte 202 pode ser afixada a dispositivos de flutuação bem como é conhecido na técnica) e se projeta acima da superfície 10 da água. A seção do riser do revestimento de superfície ou liner 214 se estende a partir do fundo da água 208 até o convés 204, enquanto o liner 214 se estende adicionalmente para dentro do poço 215. O riser 212 pode ser fornecido com válvulas de cabeça de poço requeridas, tal como um conjunto de preventor de emulsão submarino (“BOP”) 234. O BOP 234 pode incluir vários dispositivos conhecidos na técnica para fechar hidraulicamente o furo de poço 15 quando a coluna de perfuração 216 estiver no poço 215, ou quando não houver uma coluna de perfuração presente.

[0024] A coluna de perfuração 216 se projeta a partir do convés 204 e para baixo através do liner 214. Um primeiro tubo de bomba 217, em algumas modalidades, pode ser acoplado à seção de riser 212 próxima ao fundo da água 208 através de uma válvula 218 e a porção de extremidade oposta do tubo de bomba 217 é acoplada a uma bomba 220 colocada próxima ao fundo do mar 208. Um segundo tubo de bomba 222 se estende a partir da bomba 220 para um tanque de coleta 224 para o fluido de perfuração no convés 204.

[0025] Um tanque 226 para um fluido de riser se comunica com o riser 212 através de um tubo de ligação 228 no convés 204. O tubo de ligação 28 pode ter um medidor de fluxo volumétrico (não mostrado). Em algumas modalidades, a densidade do fluido de riser é menor que a densidade do fluido de perfuração. O fluido de riser pode ser um gás, caso em que o tanque 226 e o tubo de ligação 228 podem ser omitidos.

[0026] A fonte de energia para a bomba 220 pode ser através de um cabo elétrico ou hidráulico (não mostrado) da unidade de perfuração 201. A bomba 220 pode ser acionada eletricamente, ou pode ser acionada hidraulicamente por meio de óleo que é circulado de volta para a unidade de perfuração 201 ou por meio de água que é descarregada no mar a partir da descarga de fluido de potência da bomba 220. A pressão na entrada para a bomba 220 é selecionada a partir da unidade de perfuração 201.

[0027] O fluido de perfuração é bombeado para baixo através da coluna de perfuração 216 de uma maneira que é conhecida na técnica, por exemplo, usando uma bomba de lama 227 que eleva o fluido de perfuração a partir de um tanque de armazenamento 224 e descarrega o fluido de perfuração ("lama") sob pressão para o interior da coluna de perfuração 216. O fluido de perfuração pode ser devolvido ao convés 204 através de um espaço anular 30 entre o liner ou o revestimento 214 (e o tubo de riser 212) e a coluna de perfuração 216 através de uma linha de retorno 229. Quando a bomba 220 é iniciada, o fluido de perfuração é devolvido a partir do espaço anular 230 através da bomba 220 para o tanque de armazenamento 224 no convés 204. Ao usar um tal sistema é possível obter uma redução significativa na pressão do fluido de perfuração no poço 215 e, consequentemente, pode ser usada uma maior densidade de lama criando um gradiente de pressão diferente.

[0028] O riser 212 pode incluir linhas auxiliares de fluido 200, 202 que podem estar em comunicação hidráulica seletiva com o furo de poço 15 abaixo da cabeça de poço e BOP 234. Tais linhas podem ser conhecidas por nomes tais como “linha de choke”, “linha de reforço”, “linha de matar”, etc. , dependendo do uso da linha individual 200, 202.

[0029] De modo a evitar que a pressão do fluido de perfuração exceda um nível aceitável (por exemplo, no caso de entrada de gás no poço), o tubo de perfuração 212 pode ser fornecido com um manuseador de gás. Uma modalidade exemplificativa de um manuseador de gás é descrita na Patente U.S. n° 8. 413. 724, publicada para Carbaugh et al.

[0030] Enquanto a modalidade exemplificativa mostrada na FIG. 3 é descrita em termos de uso de uma bomba (220) para elevar o fluido de perfuração desde a base do riser 212 até à unidade de perfuração 201, em outras modalidades, tal “bomba de elevação de lama” e os seus componentes auxiliares podem ser totalmente omitidos. A descrição dos componentes mostrados na FIG. 3 é destinada apenas a fornecer um exemplo de um sistema de perfuração marítima usando um riser para ligar a cabeça de poço submarina 234 à unidade de perfuração 201. Além disso, embora as várias modalidades mostradas nas FIGS. 1, 2 e 3 tenham o RCD (142 na FIG. 1) próximo da superfície, em outras modalidades, o RCD pode estar disposto em qualquer posição selecionada ao longo do riser 212. Como será explicado com referência à FIG. 4, em algumas modalidades, o RCD pode estar disposto no topo da cabeça de poço submarina.

[0031] A FIG. 4 mostra um diagrama esquemático de um sistema de controle de pressão administrado com um aparelho de manuseamento de gás de riser integrado. Os componentes correspondentes à cabeça de poço submarina (234 na FIG. 3) podem compreender um carretel de fluxo 410 acoplado à extremidade superior do BOP e à cabeça de poço 234. Um BOP 408 de espaço anular, que em algumas modalidades pode ser um manuseador de gás de riser, pode estar disposto no carretel de fluxo 410. Uma modalidade exemplificativa não limitativa de um manuseador de gás de riser é descrita na Patente U. S. N° 8. 143. 724, publicada para Carbaugh et al. O presente exemplo de BOP de espaço anular 408 pode compreender uma interface de linha de sangramento 404 na extremidade superior do BOP de espaço anular 408. O BOP de espaço anular 408 pode compreender adicionalmente uma linha de equalização de pressão 409 que faz conexão hidráulica seletiva entre um espaço anular acima do BOP de espaço anular 408 e abaixo do BOP de espaço anular 408. Uma pilha de BOP 411 de qualquer tipo conhecido na técnica para perfuração de poços marinhos e colocação próxima do fundo da água pode ser colocada por baixo do BOP de espaço anular 408 e ligada à cabeça de poço (vide 204 na FIG. 3). Uma interface 406 fornece uma ligação seletiva entre um sistema de controle (descrito abaixo) na superfície e os componentes descritos anteriormente da cabeça de poço submarina 234.

[0032] Um skid de sistema de controle de perfuração por pressão controlada/de manuseamento de gás de riser ("skid de controle") 422 pode estar disposta na plataforma de perfuração (204 na FIG. 3) e compreende controles elétricos, hidráulicos e/ou pneumáticos para operar seletivamente os componentes descritos acima da cabeça de poço e o BOP 234. O skid de controle 422 pode aceitar entrada de dados a partir de um sistema de aquisição de dados de sonda (DAQ) 424, incluindo, por exemplo e sem limitações, dados tais como pressão de bomba de lama, taxa de fluxo de lama de perfuração, velocidade rotacional de coluna de perfuração e quantidade de força axial atribuída à broca de perfuração (120 na FIG. 1). Um registrador de eventos 432 pode gravar a ocorrência de eventos de controle de pressão de poço que requerem operação de um ou mais dos componentes mostrados na FIG. 4 para aliviar a pressão de fluido de poço excessiva e/ou perda de fluido no poço para uma formação de subsuperfície exposta. A conexão de mangueira e/ou cabo entre o skid de controle 422 e a interface 406 pode usar uma bobina 412 para evitar ter folga excessiva de mangueira e/ou cabo dispostos entre a unidade de perfuração (201 na FIG. 3) e a cabeça de poço submarina 234.

[0033] O fluxo de fluido a partir de baixo e acima dos componentes da cabeça de poço submarina 234 pode ser comunicado através de linhas de fluxo (em algumas modalidades presas ao exterior do tubo do riser (212 na FIG. 3) a um coletor de distribuição 414. O funcionamento de várias válvulas para direcionar e controlar o fluxo de fluido no coletor de distribuição 414 pode ser controlado por dispositivos de controle de operação (não mostrados separadamente) no skid de controle 422 do sistema de controle.

[0034] Uma válvula de alívio de pressão ou válvula de controle de pressão 416 pode estar em comunicação de fluido com o coletor de distribuição 414. No caso de pressão excessiva em qualquer parte do coletor de distribuição, a válvula de descompressão 416 pode abrir para liberar o excesso de pressão. A saída das bombas de lama de sonda pode ser direcionada para um coletor de tubo vertical 420 em comunicação de fluido com o coletor de distribuição. Um coletor de choke 418 tendo um ou mais chokes, incluindo em algumas modalidades chokes de orifícios controláveis pode estar em comunicação fluídica entre o coletor de tubo vertical 420 e o coletor de distribuição 414, por exemplo, para implementar um sistema de contrapressão conforme descrito com referência à FIG. 2.

[0035] Um coletor de perfuração por pressão controlada/choke de manuseamento de gás de riser (MPD/RGH) 422 pode estar em comunicação fluídica com o coletor de distribuição 414 para implementar a perfuração por pressão controlada ou a redução do gás de riser conforme podem requerer as condições de perfuração. O coletor de MPD/RGH 422 pode também ter um PRV 438 em comunicação fluídica com o mesmo para ventilar o fluido no caso de a pressão no coletor de MPD/RGH 428 exceder uma quantidade segura.

[0036] Os componentes de processamento de retorno de fluido de perfuração podem compreender um sistema de fluxo de plataforma 434, um medidor de fluxo 440 e um separador de gás de lama 442.

[0037] A lógica de operação 430, que pode ser armazenada em um meio de armazenamento legível por computador não transitório, pode ser usada para fazer com que um processador, que pode estar disposto no skid de sistema de controle 422, implemente a pressão do fluido de perfuração e controle de fluxo, como será agora explicado com referência à FIG. 5

[0038] Na FIG. 5, componentes de controle de pressão e fluxo de fluido de poço explicados com referência à FIG. 4 são mostrados esquematicamente no bloco rotulado sistema de MPD/RGH 500. O sistema de MPD/RGH, em algumas modalidades pode incluir todos os componentes mostrados na FIG. 4Em algumas modalidades, a perfuração de pressão controlada não pode ser usada, conforme mostrado na FIG. 5 a 510. Em tais modalidades, o RCD (402 na FIG. 4) pode ser omitido e o fluxo de fluido de perfuração retornado a partir de um poço pode passar através de um coletor adequado, que é configurado em 512 na FIG. 5, finalmente sendo retornado ao sistema de fluxo de fluido de perfuração (incluindo, por exemplo, componentes de processamento, conforme mostrado na FIG. 1 ou na FIG. 2) disposto próximo à unidade de perfuração (100 na FIG. 1). O fluido retornado a partir de um poço é mostrado como sendo retornado ao sistema de fluxo de fluido da unidade de perfuração em 508. O manuseio do fluido retornado a partir do poço pode ser realizado conforme explicado com referência às FIGS. 1, 2 e/ou 3.

[0039] Quando o operador do sistema de perfuração decide usar a perfuração de pressão controlada, um RCD e componentes de saída de fluido podem ser montados no poço, conforme mostrado em 511, conforme explicado com referência às FIGS. 1 e/ou 2. Quando esta montagem é concluída, os componentes do sistema de MPD/RGH mostrados na FIG. 4 podem estar presentes. Em 500, as operações de perfuração por pressão controlada podem estar em andamento. Em 500, não há nenhum influxo de fluido detectado no poço ou qualquer perda de fluido do poço.

[0040] Quando é determinado a partir de várias medições de sensor que o fluido não está nem entrando no poço a partir de uma formação e nem há fluido de perfuração sendo perdido para qualquer formação, em 500, a descarga de fluido retornado a partir do poço é direcionada ao coletor de MPD/RGH em 502, e então ao choke de orifício controlável em 504 de modo que a pressão de fluido selecionada possa ser mantida no poço. O fluido que sai do choke de orifício controlável (por exemplo, 130 na FIG. 2) pode passar através de um medidor de fluxo em 506 e, finalmente, pode retornar ao sistema de fluxo do fluido de perfuração em 508.

[0041] Em 514, se for detectado um influxo de fluido no poço, por exemplo e sem limitações, a medição de um aumento na taxa de fluxo do fluido sendo descarregado a partir do poço enquanto a taxa de bombeamento do fluido de perfuração para o poço permanecer inalterada, ou medição de uma posição de um controle que opera o choke de orifício controlável, conforme descrito na Patente U.S. n° 7. 562. 723, publicada para Reitsma. Neste caso, o sistema de MPD/RGH pode mudar automaticamente para o modo “RGH” em 516. No modo RGH, o BOP de espaço anular (408 na FIG. 4) pode ser fechado, em 518, e o fluxo de fluido abaixo do BOP de espaço anular (408 na FIG. 4) pode ser desviado do riser (212 na FIG. 3) para o coletor de distribuição (414 na FIG. 4). O fluxo de fluido desviado para o coletor de distribuição (414 na FIG. 4) pode ser direcionado para o coletor de choke de MPD/RGH (428 na FIG. 4) em que em 521 a pressão e o volume do fluido que flui através do coletor de choke de MPD/RGH (428 na figura 4) podem ser medidos. O gás que pode estar presente no fluido retornado do poço pode ser separado do fluido retornado através do separador de gás de lama em 522. O fluido de perfuração com gás removido pode ser devolvido ao sistema de fluxo de fluido de perfuração em 508. Em algumas modalidades, o fluido de perfuração retornado pode passar através do medidor de fluxo 506. As medições do medidor de fluxo 506 podem ser usadas pelo controlador na plataforma do sistema de controle (422 na FIG. 4) para permitir a determinação automática de quando o influxo de fluido foi interrompido. Neste caso, em 520, o controlador (não mostrado separadamente) no skid de sistema de controle (422 na FIG. 4) pode fazer com que o sistema de MPD/RGH retorne ao modo de perfuração de MPD. Desde que o volume de fluido medido que entra no poço seja mantido dentro de um limite selecionado, em 525, o sistema de perfuração pode permanecer no modo RGH até que o influxo tenha parado, em 520, ou o modo RGH possa ser mantido se o influxo não tiver parado.

[0042] Se o influxo de fluido continuar, em 521, o fluido de perfuração retornado pode continuar a ser processado através do separador de gás de lama, em 522. O fluido de perfuração que teve o gás removido pode ser devolvido ao sistema de fluxo de fluido de perfuração em 508.

[0043] Em 523, o volume de gás que é extraído a partir fluido retornado é monitorado. Se o volume de gás permanecer abaixo de um limite de volume selecionado, a perfuração no modo RGH poderá continuar. Se o limite de volume selecionado for excedido, em 523, o excesso de gás pode ser ventilado em 527 ou descartado (por exemplo, por queima). O sistema de fluxo de fluido de poço pode permanecer no modo RGH (retornar a 516 na Figura 5) até que a taxa de fluxo de retorno do fluido caia abaixo de um limite selecionado. Neste caso, o sistema de MPD/RGH pode então retornar automaticamente ao modo de perfuração MPD em 520. Em outras modalidades, o operador do sistema de perfuração pode reconfigurar o sistema de perfuração para continuar a perfurar convencionalmente, isto é, sem dispositivo de RCD ou equivalente presente no poço.

[0044] Se as medições do fluxo de fluido no poço e fluxo de fluido para fora do poço indicam que o fluido de perfuração está sendo perdido em uma formação subsuperficial, no 528, o sistema de MPD/RGH (por exemplo, conforme determinado no skid de sistema de controle (422 na FIG. 4) pode se converter automaticamente para o modo de perfuração pressurizada de lama (PMCD) em 530. Uma modalidade exemplificativa da detecção de perdas de fluido de perfuração em uma formação subsuperficial é descrita na Patente U.S. n° 7. 562. 723, publicada para Reitsma. Outros métodos para detectar perda de fluido usando medições de fluxo de fluido no poço, em comparação com medições do fluxo de fluido para fora do poço, são conhecidos na técnica. Em algumas modalidades, o influxo de fluido para o poço e perda de fluido para uma formação no poço pode ser determinado usando medições do fluxo de fluido no poço, por exemplo e sem limitações, usando um medidor de fluxo ou um “contador de cursos” funcionalmente acoplado às bombas de lama de sonda (138 na FIG. 1). Quando o sistema de MPD/RGH está no modo PMCD, em 532, o BOP de espaço anular (408 na FIG. 4) pode ser fechado e um fluido sacrificial pode ser bombeado para a coluna de perfuração. Um fluido sacrificial é um fluido que pode ser perdido economicamente para uma ou mais formações enquanto se mantém a pressão hidrostática no poço para impedir a entrada de fluido no poço de outras formações com maior pressão de fluido de poro. O fluido sacrificial pode conter aditivos para aumentar a capacidade do fluido sacrificial de vedar as formações nas quais o fluido entra no poço. Em 534, a pressão e o nível de fluido no riser (212 na FIG. 3) podem ser medidos em 534. Quando medições de pressão e nível de fluido no riser indicam que a perda de fluido foi reduzida, em 536, o sistema de MPD/RGH pode retornar automaticamente ao modo MPD. Em outras modalidades, o operador do sistema de perfuração pode optar por reconfigurar o sistema de perfuração para continuar a perfurar convencionalmente, isto é, removendo o RCD em 540 e continuando a perfuração sem RCD ou dispositivo equivalente presente no poço.

[0045] Um sistema e método de acordo com a presente divulgação podem fornecer controle mais rápido e eficaz sobre o influxo de fluido e eventos de perda de fluido durante a perfuração do poço.

[0046] Enquanto a divulgação foi descrita em relação a um número limitado de modalidades, aqueles versados na técnica, tendo a vantagem desta divulgação, apreciarão que outras modalidades podem ser concebidas sem se afastar do escopo do que foi descrito neste documento. Neste sentido, o escopo da divulgação deve ser limitado apenas pelas reivindicações anexadas.

Claims (18)

1. Aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: um preventor de emulsão anular disposto em um riser entre uma cabeça de poço submarina e uma plataforma de perfuração, em que a cabeça de poço submarina é acoplada a um topo de um poço submarino que é fornecido em um fundo aquático; uma pilha de conjunto de preventor de emulsão submarino conectada à cabeça de poço submarino, fornecida próxima do fundo aquático, e disposta abaixo do preventor de emulsão anular, a pilha de conjunto de preventor de emulsão submarino é separada e distinta do preventor de emulsão anular; uma bomba fornecida adjacente à cabeça de poço submarina, em que a bomba é fluidamente conectada ao riser através de uma válvula que é conectada a uma seção de riser do riser adjacente à cabeça de poço submarina, em que uma pressão de entrada à bomba é selecionada por uma unidade de perfuração, e o riser se estende para a unidade de perfuração; um primeiro coletor em comunicação fluida com o poço submarino; um regulador de pressão em comunicação fluida com o coletor; um segundo coletor em comunicação fluida com o preventor de emulsão anular; um coletor de choke em comunicação fluida com o segundo coletor; e um medidor de fluxo em comunicação fluida com o coletor de choke e configurado para determinar uma quantidade de influxo de fluido de uma formação através da qual o poço submarino se estende, uma quantidade de perda de fluido na formação, ou ambos, em que, quando o medidor de fluxo determina que a quantidade de influxo de fluido é menor que um primeiro limite predeterminado e a quantidade de perda de fluido é menor que um segundo limite predeterminado, então o fluido do poço submarino é direcionado para o primeiro coletor e então para o regulador de pressão para manter uma pressão de fluido predeterminada no poço submarino, em que, quando o medidor de fluxo determina que a quantidade de influxo de fluido é maior que o primeiro limite predeterminado, então o preventor de emulsão anular é fechado, o fluido abaixo do preventor de emulsão anular é desviado do riser para o segundo coletor e então para o coletor de choke, e em que, quando o medidor de fluxo determina que a quantidade de perda de fluido é maior que o segundo limite predeterminado, então o preventor de emulsão anular é fechado, e um fluido sacrifical é bombeado para uma coluna de perfuração no poço submarino, em que o fluido sacrifical compreende aditivos que vedam rachaduras na formação.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o regulador de pressão compreende um regulador de pressão de orifício controlável em uma rota de descarga de fluido a partir do poço submarino.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um dispositivo de controle de rotação posicionado de modo que pelo menos uma porção do riser é localizada entre o dispositivo de controle de rotação e um sistema de fluxo de fluido de perfuração disposto na plataforma de perfuração.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o medidor de fluxo é localizado em uma rota de saída de fluido a partir do poço submarino.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o preventor de emulsão anular é configurado para ser fechado ou se o influxo de fluido no poço submarino for detectado ou se a perda de fluido na formação for detectada.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um manuseador de gás de riser associado ao preventor de emulsão anular, em que o manuseador de gás de riser é configurado para desviar fluido para o segundo coletor.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma fonte do fluido sacrificial, em que o fluido sacrifical é bombeável a partir da fonte para o poço submarino abaixo do preventor de emulsão anular.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um transdutor de pressão que forma parte de um conjunto de sensores de medição durante a perfuração/perfilagem .

9. Método caracterizado pelo fato de que compreende: bombear fluido de uma unidade de perfuração em uma coluna de perfuração que se estende através de um riser em um poço; detectar um influxo de fluido no poço ou uma perda de fluido para uma formação; reduzir o influxo de fluido fechando um preventor de emulsão anular disposto no riser e desviar o fluido fluindo através de um carretel de fluxo abaixo do preventor de emulsão anular do riser para um coletor de distribuição e então para um coletor de choke; reduzir a perda de fluido fechando o preventor de emulsão anular e bombeando um fluido sacrifical para dentro da coluna de perfuração usando uma bomba que é localizada adjacente ao poço elevando fluido de uma base do riser, em que a bomba está em comunicação fluida com o riser na base do riser; manter uma pressão de fluido predeterminada no poço quando nem o influxo de fluido nem a perda de fluido são detectados direcionando o fluido do poço para um coletor e então para um regulador de pressão; acoplar o carretel de fluxo ao preventor de emulsão anular de modo que o preventor de emulsão anular esteja disposto acima do carretel de fluxo; e conectar uma pilha de conjunto de preventor de emulsão a uma cabeça de poço do poço de modo que a pilha de conjunto de preventor de emulsão esteja disposta abaixo do carretel de fluxo.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o influxo de fluido e a perda de fluido são detectados por medições a partir de um ou mais medidores de fluxo em uma rota de retorno de fluxo a partir do poço.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a redução do influxo de fluido fechando o preventor de emulsão anular compreende automaticamente mudar para um modo de manuseamento de gás de riser.

12. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que reduzir o influxo de fluido compreende desviar gás que entra no poço em volta do preventor de emulsão anular.

13. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o fluido sacrificial é bombeado para o poço abaixo do preventor de emulsão anular enquanto o preventor de emulsão anular estiver fechado.

14. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a pressão de fluido predeterminada é mantida no poço ao operar um orifício controlável do regulador de pressão, em que o regulador de pressão é localizado em uma rota de retorno de fluido a partir do poço.

15. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o influxo de fluido ou perda de fluido é detectado ao determinar uma posição de um orifício controlável do regulador de pressão.

16. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que detectar o influxo de fluido ou perda de fluido é determinado ao usar as medições de pressão de fluido no poço e as medições de taxa de fluxo de fluido para dentro do poço.

17. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que as medições de pressão no poço são feitas por um transdutor de pressão que faz parte de um conjunto de sensores de medição durante a perfuração/perfilagem.

18. Aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: uma unidade de perfuração compreendendo um guindaste e um equipamento de içamento, a unidade de perfuração compreendendo bombas de lama de perfuração tendo uma descarga em comunicação fluida com um interior de uma coluna de perfuração suspensa em um poço pelo equipamento de içamento; um riser se estendendo a partir de uma pilha de conjunto de preventor de emulsão submarino para a unidade de perfuração, em que a pilha de conjunto de preventor de emulsão submarino é acoplada a um topo do poço; uma bomba em comunicação fluida com o riser em uma base do riser adjacente ao topo do poço, em que uma pressão de entrada para a bomba é selecionada pela unidade de perfuração; um preventor de emulsão anular disposto entre a pilha de conjunto de preventor de emulsão submarino e o riser, o preventor de emulsão anular tendo um bypass de fluxo controlável; um carretel de fluxo separando a pilha de conjunto de preventor de emulsão submarino e o preventor de emulsão anular de modo que o preventor de emulsão anular esteja disposto acima do carretel de fluxo, e a pilha de conjunto de preventor de emulsão submarino esteja disposta abaixo do carretel de fluxo; um sistema de perfuração por pressão controlada disposto próximo à unidade de perfuração e compreendendo um regulador de pressão de orifício controlável em uma rota de descarga de fluido do poço, em que a bomba está em comunicação fluida com o sistema de perfuração por pressão controlada através da rota de descarga de fluido; um primeiro coletor em comunicação fluida com o poço e o regulador de pressão de orifício controlável; um segundo coletor em comunicação fluida com o preventor de emulsão anular; um coletor de choke em comunicação fluida com o segundo coletor; e um medidor de fluxo em comunicação fluida com o coletor de choke e configurado para determinar uma quantidade de influxo de fluido de uma formação, uma quantidade de fluido perdido na formação, ou ambos em que, quando o medidor de fluxo determina que a quantidade de influxo de fluido está abaixo de um primeiro limite predeterminado e a quantidade de perda de fluido é menor que um segundo limite predeterminado, então o fluido do poço é direcionado para o primeiro coletor e então para o regulador de pressão de orifício controlável para manter uma pressão de fluido predeterminada no poço, em que, quando o medidor de fluxo determina que a quantidade de influxo de fluido é maior que o primeiro limite predeterminado, então o preventor de emulsão anular é fechado, o fluido fluindo através do carretel de fluxo abaixo do preventor de emulsão anular é desviado do riser para o segundo coletor e então para o coletor de choke, e em que, quando o medidor de fluxo determina que a quantidade de fluido perdido é maior que o segundo limite predeterminado, então o preventor de emulsão anular é fechado, e um fluido sacrifical é bombeado para a coluna de perfuração, em que o fluido sacrifical compreende aditivos que vedam rachaduras na formação.