BR112019000708B1 - Conjunto de perfuração para uso em perfuração de um furo de poço e método para perfurar um furo de poço - Google Patents

Abstract

Um conjunto de perfuração para perfurar furos de poços desviados é divulgado que em uma modalidade inclui uma unidade de orientação tendo uma seção superior acoplada a uma seção inferior através de um dispositivo de inclinação, em que um dispositivo de atuação eletromecânico inclina o dispositivo de inclinação em torno de um local selecionado no conjunto de perfuração para fazer seção inferior inclinar em relação à seção superior ao longo de uma direção selecionada enquanto a coluna de perfuração está girando.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido US 15/210669, depositado em 14 de julho de 2016, que é incorporado ao presente pela referência em sua totalidade.

FUNDAMENTOS 1. Campo da Divulgação

[0002] A divulgação se refere geralmente a sistemas de perfuração rotativos para perfuração de furos de poços desviados e, particularmente, a um conjunto de perfuração que utiliza um dispositivo de orientação rotativo para perfurar furos de poços desviados.

2. Fundamentos

[0003] Poços ou furos de poços são formados para a produção de hidrocarbonetos (petróleo e gás) de zonas de formação de subsuperfície onde tais hidrocarbonetos estão presos. Para perfurar um furo de poço desviado, é usado um conjunto de perfuração (também conhecido como uma composição de fundo ou “BHA”) que inclui um dispositivo de orientação acoplado à broca de perfuração. O dispositivo de orientação inclina uma porção inferior do conjunto de perfuração por uma quantidade selecionada e ao longo de uma direção selecionada para formar as porções desviadas dos furo de poço. Vários tipos de dispositivos de orientação foram propostos e usados para perfurar furos de poços desviados. O conjunto de perfuração também inclui uma variedade de sensores e ferramentas que fornecem uma variedade de informações relacionadas aos parâmetros de formação de terra e perfuração.

[0004] Em um desses dispositivos de orientação, é utilizado um mecanismo de atuador no qual uma válvula rotativa desvia o fluxo de lama em direção a um atuador de pistão, enquanto todo o corpo da ferramenta, juntamente com a válvula, está girando dentro do furo de poço. Em tal mecanismo, a atuação da válvula é controlada em relação à posição angular momentânea dentro do furo de poço (acima, abaixo, esquerda, direita). Uma unidade de controle mantém uma posição estacionária rotativa (também referida como geoestacionária) em relação ao furo de poço. Por exemplo, se, durante a perfuração, a coluna de perfuração e, portanto, o conjunto de perfuração girar a 60 rpm no sentido horário, a unidade de controle gira a 60 rpm no sentido anti-horário, acionada, por exemplo, por um motor elétrico. Para manter uma posição estacionária rotativa, a unidade de controle pode conter dispositivos de navegação, como acelerômetro e um magnetômetro. Em tais sistemas, a força de atuação depende da queda de pressão entre a pressão dentro da ferramenta e a pressão anular fora da ferramenta. Essa queda de pressão é altamente dependente dos parâmetros operacionais e varia em uma ampla faixa. O curso de atuação é uma reação baseada na força de pressão exercida sobre os pistões de atuação. Nem a força nem o curso são precisamente controláveis.

[0005] A presente divulgação aqui fornece um sistema de perfuração que utiliza um dispositivo de orientação que utiliza atuadores que giram junto com o conjunto de perfuração para perfurar furos de poços desviados.

SUMÁRIO

[0006] Em um aspecto, um conjunto de perfuração para uso na perfuração de um poço é divulgado que em uma modalidade não limitativa inclui um dispositivo de orientação que inclui um dispositivo de inclinação e um dispositivo de atuação, em que uma primeira seção e uma segunda seção do conjunto de perfuração são acopladas através do dispositivo de inclinação e em que o dispositivo de atuação inclina o dispositivo de inclinação para fazer com que a primeira seção incline em relação à segunda seção ao longo de uma direção selecionada enquanto o dispositivo de direção está girando.

[0007] Em outro aspecto, um método para formar um furo de poço é divulgado que em uma modalidade inclui: transportar um conjunto de perfuração no furo de poço, em que o conjunto de perfuração inclui um dispositivo de desintegração numa extremidade do mesmo, um dispositivo de orientação que inclui um dispositivo de inclinação e um dispositivo de atuação, em que uma primeira seção e uma segunda seção do conjunto de perfuração são acopladas através do dispositivo de inclinação e em que o dispositivo de atuação inclina o dispositivo de inclinação para fazer a primeira seção inclinar em relação à segunda seção em torno do dispositivo de inclinação ao longo de uma direção selecionada enquanto a unidade de orientação está girando; perfurar o furo de poço utilizando o dispositivo de desintegração; e acionar o dispositivo de acionamento para inclinar o dispositivo de inclinação para fazer com que a primeira seção incline em relação à seção superior e para manter a inclinação substancialmente geoestacionária enquanto o dispositivo de direção está girando para formar uma seção desviada do furo de poço.

[0008] Exemplos das certas características de um aparelho e dos métodos foram resumidos em vez de amplamente a fim de que a descrição detalhada dos mesmo que se segue possa ser mais bem compreendida e a fim de que as contribuições para a técnica possam ser apreciadas. Existem, evidentemente, características adicionais que serão descritas a seguir e que formarão a matéria das reivindicações.

DESENHOS

[0009] Para uma compreensão detalhada do aparelho e dos métodos revelados no presente documento, deve ser feita referência aos desenhos em anexo e à descrição detalhada dos mesmos, em que aos elementos semelhantes são geralmente dados os mesmos numerais e em que:

[00010] A FIG. 1mostra um diagrama esquemático de um sistema de perfuração exemplificativo que pode utilizar uma unidade de orientação para perfurar furos de poços desviados, de acordo com uma modalidade não limitativa da divulgação;

[00011] A FIG. 2 mostra uma vista isométrica de certos elementos do dispositivo de orientação eletromecânico acoplado a uma broca de perfuração para perfurar furos de poços desviados, de acordo com uma modalidade não limitativa da divulgação;

[00012] A FIG. 3mostra uma vista isométrica de uma modalidade não limitativa de um ajustador para uso na unidade de orientação da FIG. 2;

[00013] A FIG. 4mostra certos elementos de um atuador eletromecânico modular para uso na unidade de orientação da FIG.2, de acordo com uma modalidade não limitativa da divulgação;

[00014] A FIG. 5 mostra uma vista isométrica de componentes da unidade de orientação disposta para montar a unidade de orientação da FIG. 2; e

[00015] A FIG. 6é um diagrama de blocos de um conjunto de perfuração que utiliza um dispositivo de orientação tendo um dispositivo de atuação e um dispositivo de aplicação de força hidráulica, de acordo com uma modalidade não limitativa da divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00016] A FIG. 1é um diagrama esquemático de um sistema de perfuração orientável rotativo exemplificativo 100 que utiliza um dispositivo de orientação (também referido como unidade de orientação ou conjunto de orientação) em um conjunto de perfuração para perfurar furos de poços verticais e desviados e manter o dispositivo de orientação geoestacionário ou substancialmente geoestacionário enquanto o dispositivo de orientação estiver girando. Um furo de poço desviado é qualquer poço que não seja vertical. O sistema de perfuração 100 é mostrado como incluindo o furo de poço 110 (também referido como um “poço” ou “poço”) sendo formado em uma formação 119 que inclui uma seção de furo de poço superior 111 com um revestimento 112 instalado na mesma e uma seção de furo de poço inferior 114 sendo perfurado com uma coluna de perfuração 120. A coluna de perfuração 120inclui membro atubular116 que transporta um conjunto de perfuração 130 (também referido como “composição de fundo” ou “BHA”) na sua extremidade inferior. O tubular de perfuração 116 pode ser um tubo de perfuração composto por seções de tubo de junção. O conjunto de perfuração 130 está acoplado a um dispositivo de desintegração 155, tal como uma broca de perfuração) ou outro dispositivo de corte adequado, fixado na sua extremidade inferior. O conjunto de perfuração 130 também inclui vários dispositivos, ferramentas e sensores, conforme descrito abaixo. O conjunto de perfuração 130inclui ainda um dispositivo de direção150para orientar uma seção do conjunto de perfuração 130 ao longo de qualquer direção desejada, uma metodologia muitas vezes referida como geo-orientação. O dispositivo de orientação 150, numa modalidade não limitativa, inclui um dispositivo de inclinação 161 e um dispositivo de atuação de unidade ou conjunto 160 (por exemplo, um dispositivo eletromecânico ou um dispositivo hidráulico) que inclina uma seção, como a seção inferior 165do conjunto de perfuração 130, em relação a outra seção, como a seção superior 166do conjunto de perfuração130. A seção 165 é acoplada à broca de perfuração 155. Em geral, o dispositivo de atuação inclina o dispositivo de inclinação161,que por sua vez faz com que a seção inferior 165e assim a broca de perfuração 155 incline ou aponte uma extensão selecionada em uma direção desejada ou selecionada, conforme descrito em mais detalhes em referência às FIGS. 2-6.

[00017] Ainda com referência à FIG. 1, a coluna de perfuração 120é mostrada transportada no furo de poço 110 a partir de uma sonda exemplificativa 180 na superfície 167. A sonda exemplificativa 180na FIG. 1 é mostrada como uma sonda de terra para facilidade de explicação. O aparelho e os métodos aqui divulgados também podem ser utilizados com sondas offshore. Uma mesa rotativa 169 ou um top drive 169a acoplado ao tubo de perfuração 116 pode ser utilizado para girar a coluna de perfuração 120e o conjunto de perfuração 130. Uma unidade de controle (também referida como um "controlador" ou "controlador de superfície") 190, que pode ser um sistema baseado em computador, na superfície 167 pode ser utilizada para receber e processar dados transmitidos por vários sensores e ferramentas (descritos mais tarde) no conjunto de perfuração 130e para controlar operações selecionadas dos vários dispositivos e sensores no conjunto de perfuração 130, incluindo o dispositivo de orientação 150. O controlador de superfície 190 pode incluir um processador 192, um dispositivo de armazenamento de dados (ou um meio legível por computador) 194 para armazenar dados e programas de computador 196 acessíveis ao processador 192 para determinar vários parâmetros de interesse durante a perfuração do furo de poço 110 e para controlar operações selecionadas das várias ferramentas no conjunto de perfuração 130e aquelas da perfuração do furo de poço110. O dispositivo de armazenamento de dados 194 pode ser qualquer dispositivo adequado incluindo, mas não se limitando a, uma memória somente de leitura (ROM), uma memória de acesso aleatório (RAM), uma memória flash, uma fita magnética, um disco rígido e um disco óptico. Para perfurar o furo de poço 110, um fluido de perfuração 179 é bombeado sob pressão para o elemento tubular 116, cujo fluido passa através do conjunto de perfuração 130 e descarrega no fundo 110A da broca de perfuração 155. A broca de perfuração 155 desintegra a rocha de formação em fragmentos e cascalhos 151. O fluido de perfuração 179retorna à superfície 167 juntamente com os fragmentos e cascalhos 151 através do espaço anular127 (também referido como o "anel") entre a coluna de perfuração 120 e o furo de poço 110.

[00018] Ainda com referência à FIG. 1, o conjunto de perfuração 130 pode incluir um ou mais sensores de fundo de poço (também referidos como os sensores de medição durante perfuração (MWD) e sensores ou ferramentas de perfilagem durante perfuração (LWD), denominados coletivamente como dispositivos de fundo de poço e designados pelo numeral 175, e pelo menos uma unidade de controle ou controlador 170 para processar dados recebidos dos sensores 175. Os dispositivos de fundo de poço 175 podem incluir sensores para fornecer medições relativas a vários parâmetros de perfuração incluindo, mas não se limitando a, vibração, turbilhão, prisão-deslizamento, taxa de fluxo, pressão, temperatura e peso na broca. O conjunto de perfuração 130ainda pode incluir ferramentas incluindo, mas não se limitando a, uma ferramenta de resistividade, uma ferramenta acústica, uma ferramenta de raios gama, uma ferramenta nuclear e uma ferramenta de ressonância magnética nuclear. Tais dispositivos são conhecidos na técnica e, assim, não são descritos em detalhes aqui. O conjunto de perfuração 130também inclui um dispositivo de geração de energia 186 e uma unidade de telemetria adequada188, que pode utilizar qualquer técnica de telemetria adequada, incluindo, mas não limitado a, telemetria de pulso de lama, telemetria eletromagnética, telemetria acústica e tubo com fio. Tais técnicas de telemetria são conhecidas na técnica e, assim, não são descritas em detalhes aqui. O conjunto de perfuração 130, como mencionado acima, inclui o dispositivo de orientação 150 que permite que um operador oriente a broca de perfuração 155 nas direções desejadas para perfurar os furos de poços desviados quando o conjunto de perfuração estiver girando e para manter o dispositivo de orientação geoestacionário ou substancialmente geoestacionário. Estabilizadores, como estabilizadores 162 e 164 são fornecidos ao longo da seção inferior 165 e da seção superior 166 para estabilizar a seção de orientação150 e a broca de perfuração 155. Estabilizadores adicionais podem ser usados para estabilizar o conjunto de perfuração 130. O controlador 170 pode incluir um processador 172, tal como um microprocessador, um dispositivo de armazenamento de dados 174, tal como uma memória de estado sólido e um programa 176 acessível para o processador 172. O controlador 170 comunica com o controlador 190 para controlar várias funções e operações das ferramentas e dos dispositivos no conjunto de perfuração. Durante a perfuração, a unidade de orientação 150 controla a inclinação e direção da broca de perfuração 155, como descrito em mais detalhes em referência às FIGS. 2-6.

[00019] A FIG. 2 mostra uma vista isométrica de certos elementos ou componentes do dispositivo de orientação 150 para uso em um conjunto de perfuração, como um conjunto de perfuração 130 da FIG. 1, para orientar ou inclinar a broca de perfuração 155 para perfurar furos de poços desviados, de acordo com uma modalidade não limitativa da divulgação. O conjunto de perfuração130 inclui um alojamento ou colar 210 para alojar os vários elementos ou componentes do dispositivo de orientação 150. O dispositivo de orientação 150 inclui um dispositivo de inclinação 161 e um dispositivo de atuação 160 para inclinar a seção inferior 165 em relação à seção superior 166. Numa modalidade não limitativa, o dispositivo de inclinação 161 inclui um ajustador 242 e uma junta 244. A seção superior 166 e a seção inferior 165 estão acopladas pela junta 244. O ajustador 242 é acoplado à junta 244 de tal maneira que quando o ajustador 242 é movido uma certa quantidade ao longo de uma determinada direção, faz com que a junta 244 se incline de acordo. O dispositivo de inclinação 161 pode ser inclinado pelo dispositivo de atuação 160 ao longo de qualquer direção e por qualquer quantidade desejada para fazer com que a seção inferior 165 e assim a broca de perfuração 155 aponte em qualquer direção desejada sobre um ponto ou local selecionado no conjunto de perfuração 130. O ajustador 242 pode ser um dispositivo giratório ou outro adequado. A junta 244 pode ser uma de junta de cardan, junta homocinética, junta de velocidade constante, junta universal, junta articulada, junta de Hooke, junta universal ou outro dispositivo adequado. A junta 244 transfere cargas axiais e de torção entre a seção superior 166 e a seção inferior 165, enquanto mantém a flexibilidade angular entre as duas seções. Os estabilizadores 162e 164 estão dispostos em locais adequados em torno do conjunto de orientação 150, como um ao redor da seção inferior 165 e o outro ao redor da seção superior 166, para proporcionar estabilidade à unidade de orientação 150 e à broca de perfuração 155 durante operações de perfuração. Numa modalidade não limitativa, o dispositivo de acionamento 160 inclui ainda um número adequado, tal como três ou mais, de atuadores eletromecânicos, tais como atuadores 222a, 222b e 222c, dispostos radialmente espaçados no dispositivo de atuação 160. Cada um desses atuadores está ligado a uma extremidade correspondente 242a-242c do ajustador 242. Em uma modalidade, cada atuador é um dispositivo longitudinal que tem uma extremidade inferior que pode ser estendida e retraída para aplicar uma força desejada nos ajustadores substancialmente paralelos ao eixo 230 para fazer com que o ajustador 160 se mova em torno de um eixo longitudinal 230 da unidade de orientação 150. Na FIG. 2, a extremidade 224a-224c de atuadores 222a-222c, mostrada diretamente conectada, respectivamente, às extremidades ou elementos de encosto 242a-242c do ajustador 242. Como descrito em referência à FIG. 1, a unidade de orientação 150 faz parte do conjunto de perfuração 130. Durante a perfuração, quando o conjunto de perfuração 130 gira, a unidade de orientação 150 e assim cada atuador gira com ele. Cada atuador 222a- 222c está configurado para aplicar força no ajustador 242, como descrito mais adiante, e dependendo das forças aplicadas, o movimento do ajustador 242 faz com que a seção inferior 165 e assim a broca de perfuração 155 para inclinar ao longo de uma direção desejada. Na modalidade mostrada na FIG. 2, uma vez que os atuadores 222a-222c estão mecanicamente conectados às suas extremidades de ajustador correspondentes 242a-242c, as forças aplicadas por tais atuadores e seus respectivos cursos podem ser sincronizadas para criar qualquer direção de orientação desejada. Embora os atuadores 222a-222c mostrem aplicar forças axiais no ajustador 242, qualquer outro dispositivo adequado, incluindo, mas não limitado a, um dispositivo oscilante rotativo, pode ser utilizado para aplicar forças no ajustador 242. Em aspectos, movimento de pelo menos uma parte da unidade de atuação eletromecânica 220 pode ser seletivamente ajustado ou limitado (mecanicamente, como por meio de uma parada no dispositivo de orientação ou eletronicamente por um controlador) para fazer com que a seção inferior 165 para inclinar com uma inclinação selecionada em relação à seção superior 166. Além disso, a inclinação da junta 244 pode ser seletivamente ajustada ou limitada para fazer com que a seção inferior 165 seja inclinada com uma inclinação selecionada em relação à seção superior 166.

[00020] A FIG. 3 mostra uma vista isométrica da modalidade não limitativa de um ajustador 242 para uso na unidade de direção 150 da FIG. 2. Referindo-se às FIGS. 2 e 3, o ajustador 242 inclui um corpo cilíndrico 342 e um número de elementos ou membros de encosto espaçados, como conectores 322a, 322b e 322c, com o conector 322a tendo uma extremidade 320a conectada à extremidade do ajustador 342ae a outra extremidade 324a para uma conexão direta com o atuador 222a, o conector 322b tendo uma extremidade 320b conectada à extremidade do ajustador 32a e a outra 324b para conexão direta com o atuador 222b e o conector 322c tendo uma extremidade 320c conectada à extremidade de 32a do ajustador 242e a outra extremidade 324c para conexão direta com o atuador 222c. Os elementos adjacentes podem incluir elementos como um came, um eixo de manivela; um membro excêntrico; uma válvula; um elemento de rampa; e uma alavanca. Nesta configuração, quando forças são aplicadas no ajustador 242 pelos atuadores, o ajustador 242 pode criar um deslocamento excêntrico em tempo real em qualquer direção desejada por qualquer quantidade desejada sobre o eixo da ferramenta 230, que fornece 360 graus de capacidade de manobra de broca de perfuração durante a perfuração. As forças nos elementos de encosto 322a-322c criam uma inclinação substancialmente geoestacionária do dispositivo de inclinação 161 . Numa modalidade alternativa, o ajustador 242pode ser um dispositivo hidráulico que faz com que a junta 244 incline a seção inferior 165 em relação à seção superior166,como descrito em mais detalhes em referência à FIG. 6.

[00021] A FIG. 4 mostra certos elementos ou componentes de um atuador individual 400 para uso como qualquer um dos atuadores 222a- 222c na unidade de orientação 150 da FIG.2. Em um aspecto, o atuador 400 é um dispositivo unitário que inclui uma extremidade móvel 420 que pode ser estendida e retraída. O atuador 400 inclui ainda um motor elétrico 430 que pode ser girado no sentido horário e anti-horário. O motor 430aciona uma caixa de marcha 440 (no sentido horário ou anti- horário) que por sua vez gira um parafuso 450 e assim a extremidade 420 axialmente em qualquer direção. O atuador 400 inclui ainda um circuito de controle 460 que controla o funcionamento do motor 430. O controlador 460 inclui circuitos elétricos 462 e pode incluir um microprocessador 464e um dispositivo de memória 466 que aloja instruções ou programas para controlar a operação do motor 430. O circuito de controle 460 é acoplado ao motor 430 através de condutores através de um conector de barramento 470. Em aspectos, o atuador 400 pode também incluir um dispositivo de pistão de compressão ou outro dispositivo adequado 480 para proporcionar compensação de pressão ao atuador 400. Cada um desses atuadores pode ser um dispositivo unitário que é inserido num alojamento de proteção disposto na unidade de atuador 150 (FIG. 1), como descrito em referência à FIG. 5. Durante a perfuração, cada um desses atuadores é controlado pelo seu circuito de controle, circuito esse que pode comunicar com o controlador 270 (FIG. 1) e/ou o controlador 190 (FIG. 1) para exercer força no ajustador 242 (FIG. 2).

[00022] A FIG. 5 mostra uma vista isométrica 500 dos componentes da unidade de orientação 150 da FIG. 2 disposto para montar a unidade de orientação 150. Como descrito anteriormente, a unidade de atuador 150 inclui uma seção superior 166, uma seção inferior 165, um ajustador 242 e uma junta 244 entre a parte superior 166 e a seção inferior 165. A seção superior 166 inclui furo ou bolsas 520a, 520b e 520c, correspondentes a cada um dos atuadores individuais, tais como os atuadores 222a-222c. O atuador 222a é inserido no furo ou na bolsa 520a, atuador 222b no furo ou bolsa 520b e atuador 222c no furo ou na bolsa 520c. Os atuadores 222a-222c estão conectados à extremidade superior 242a do ajustador 242 como descrito acima em referência às FIGS. 2 e 3. O ajustador 242 está conectado à seção inferior 165 por meio da junta 244 para completar o conjunto da unidade de atuador. A unidade de orientação 150 está conectada à broca de perfuração 155.

[00023] A FIG. 6 é um diagrama de blocos de um conjunto de perfuração 200 que utiliza um dispositivo de orientação 250 que inclui um dispositivo de atuação 280 e um dispositivo de inclinação 270. O dispositivo de atuação 280 mostrado é o mesmo que o mostrado na FIG. 2 e inclui três ou mais atuadores 280a-280c dispostos num alojamento 210. O dispositivo de inclinação 270 inclui um ajustador 277 e uma junta 274. Numa modalidade não limitativa, o ajustador 277 inclui um dispositivo de aplicação de força hidráulica separado correspondente a cada um dos atuadores 280a-280c. Na FIG. 2, os dispositivos de aplicação de força 277a-277c correspondem respectivamente e são conectados aos atuadores 282a-282c. Os atuadores 280a-280c operam seletivamente os seus dispositivos de aplicação de força 277a-277c para inclinar a seção inferior 258 em relação à seção superior 246 sobre a junta 274 quando o conjunto de perfuração 200e, assim, o dispositivo de orientação 250 está girando. Numa modalidade não limitativa, cada um dos dispositivos de aplicação de força 277a-277c inclui uma válvula em comunicação fluida com fluido pressurizado 279 fluindo pelo canal 289 no conjunto de perfuração 200 e uma câmara que aloja um pistão. Na modalidade da FIG. 2B, os dispositivos de aplicação de força 277a- 277c incluem respectivamente as válvulas 276a-276c e pistões 278a- 278c dispostos respectivamente em câmaras 281a-281c. Durante a perfuração, o dispositivo de orientação 250 gira enquanto o fluido de perfuração pressurizado 279 flui pelo canal 289e sai pelas passagens ou bicos 255a na broca de perfuração 255. O fluido que sai do aparelho 279a retorna à superfície através do anel 291, que cria uma queda de pressão entre o canal 289 e o anel 291. Em aspectos, a presente divulgação utiliza essa queda de pressão para ativar os dispositivos de aplicação de força hidráulica 277a-277c para criar uma inclinação desejada da seção inferior 246 em relação à seção superior 246 sobre a junta 274 e para manter tal inclinação geoestacionária ou substancialmente geoestacionária enquanto o conjunto de direção 250 está girando. Para inclinar a broca de perfuração 255 através das seções 258 e 246, os atuadores 280a-280c seletivamente abrem e fecham suas válvulas correspondentes 276a-276c, permitindo o fluido pressurizado 279 do canal 289 para fluir para os cilindros 281a-281c para estender os pistões 278a-278c radialmente para fora, que aplicam as forças desejadas no ajustador 277 para inclinar a seção inferior 258 e assim a broca de perfuração 255 ao longo de uma direção desejada. Cada combinação de pistão e cilindro pode incluir um folga, tal como a folga 283a entre o pistão 278a e cilindro 281a e a folga 283c entre pistão 278c e câmara 281c. Tal folga permite que o fluido que entra numa câmara escape da câmara para dentro do anel 291 quando a válvula está aberta e o pistão é forçado a voltar para o seu cilindro. Alternativamente, um ou mais bicos ou furos de sangria (não mostrados) ligados entre o cilindro e o anel 291 podem ser proporcionados para permitir que o fluido flua da câmara para dentro do anel 291. Para controlar ativamente a inclinação da seção inferior 258 enquanto o conjunto de perfuração orientável rotativo 200 está girando, as três ou mais válvulas 276a-276c podem ser ativadas sequencialmente e de preferência com a mesma frequência que a velocidade rotativa (frequência) do conjunto de perfuração 200, para criar uma inclinação geoestacionária entre a seção superior 246 e a seção inferior 258. Por exemplo, referindo-se à FIG. 6, se uma direção de perfuração ascendente é desejada, o atuador 280c é momentaneamente aberto, forçando o pistão 278c a se estender para fora. No mesmo momento, o atuador 280a fecharia a válvula 276a, bloqueando a pressão do canal 289 para o pistão 278a. Uma vez que todos os pistões 276a-276c são mecanicamente acoplados através da junta 274, o pistão 278a retornaria ou se retrairia no curso externo do pistão 278c. Quando o conjunto de perfuração 200 gira, por exemplo, em 180° e para o caso de quatro atuadores distribuídos equidistantes em torno da circunferência do conjunto de perfuração 200, a ativação inverteria, o atuador 280a abrindo a válvula 276a e o atuador 280c fechando a válvula 276c,mantendo assim uma direção de inclinação geoestacionária. Métodos similares podem ser utilizados para inclinar e manter a inclinação geoestacionária para a modalidade mostrada na FIG. 2.

[00024] Com referência à FIGS. 1-6, a unidade de direção 150 descrita aqui está na porção inferior de um conjunto de perfuração 130 (FIG. 1) de um sistema de perfuração rotativo 100. A unidade de orientação 150 inclui um ajustador e uma junta conectada a um dispositivo de atuação que manobra ou inclina o ajustador em torno de um eixo do conjunto de perfuração, que por sua vez inclina a junta. A junta inclina uma seção inferior contendo a broca e perfuração em relação a uma seção superior do conjunto de perfuração. O sistema transmite torque de um colar para a broca de perfuração. Numa modalidade não limitativa, o ajustador é ativamente inclinado por um número selecionado de atuadores eletromecânicos intermitentemente ativados. Os atuadores giram com o conjunto de perfuração e são controlados por entradas de sinal de um ou mais sensores de posição no conjunto de perfuração 130. Quaisquer sensores direcionais adequados, incluindo, mas não limitados a, magnetômetros, acelerômetros e giroscópios podem ser utilizados. Tais sensores fornecem informações de posição em tempo real relacionadas à orientação do furo de poço durante a perfuração. Dependendo do tipo e do design do ajustador, os atuadores podem executar movimentos oscilantes alternativos ou rotativos, por exemplo, atuadores acoplados a um sistema de came ou manivela, permitindo ainda o deslocamento excêntrico em qualquer direção desejada do eixo do conjunto de perfuração durante cada revolução do conjunto de perfuração, criando uma força geoestacionária e deslocamento do eixo do ajustador.

[00025] O sistema 100 aqui divulgado não requer uma unidade de controle para contra-girar a rotação do corpo da ferramenta. Os atuadores modulares posicionados no diâmetro externo do conjunto de acionamento recebem sinais de comando de um controlador localizado em outra seção da ferramenta ou mais acima no conjunto de perfuração que também pode incluir sensores de navegação. Esses sensores de navegação giram com o conjunto de perfuração. Tal mecanismo pode resolver e processar o movimento rotativo do conjunto de perfuração para calcular a posição angular momentânea (durante a rotação) e gerar comandos para os atuadores individuais substancialmente instantaneamente. Como exemplo, suponha que o conjunto de perfuração gire a 1/3 revoluções por segundo (20 rpm). O vetor de orientações atual é destinado a apontar para cima. Presumindo que o elemento de força lateral aumenta a excentricidade com o deslocamento positivo das unidades de atuação, o sistema eletrônico de navegação determina a posição angular momentânea do conjunto de perfuração ou da unidade de orientação em relação à formação de terra e envia comandos a todos os atuadores (curso e força). No tempo zero segundo, um dos atuadores (por exemplo, o mais inferior) recebe um comando para traçar uma certa distância. No tempo de 1 segundo, a unidade de orientação girou 120 graus e o mesmo atuador recebe o comando para diminuir o curso para aproximadamente a posição intermediária. No momento de 1,5 segundos, este atuador está na posição mais alta e o sistema eletrônico de navegação envia um comando para diminuir ainda mais o curso de um valor similar ao enviado a zero segundo, mas negativo a partir de uma posição intermediária. Os comandos são enviados constantemente para cada atuador com seus respectivos requisitos de curso. Com as mudanças para o curso dos atuadores, a inclinação angular pode ser controlada e ajustada em tempo real. Em tal configuração, cada atuador executa um curso por revolução da ferramenta (positivo e negativo a partir da posição intermediária). Para perfurar uma seção linear do furo de poço, todos os atuadores são mantidos estacionários em suas respectivas posições intermediárias, exigindo apenas um suprimento mínimo de energia para manter a posição centralizada. A quantidade do ângulo de inclinação e a direção momentânea do ângulo de inclinação controlam a direção da perfuração do furo de poço.

[00026] A divulgação acima é dirigida para certas modalidades não limitativas exemplificativas. Várias modificações serão evidentes para os versados na técnica. Pretende-se que todas as variações dentro do escopo das reivindicações anexas sejam englobadas pela divulgação anterior. As palavras "compreendendo" e "compreende" como usadas nas reivindicações serão interpretadas como significando "incluindo, mas não se limitando a". Além disso, o resumo não será usado para limitar o escopo das reivindicações.

Claims (14)

1. Conjunto de perfuração (130, 200) para uso em perfuração de um furo de poço (110), caracterizado pelo fato de que compreende: uma unidade de orientação (150, 250) tendo um dispositivo de inclinação (163, 270) e um dispositivo de atuação (160, 280), em que uma primeira seção e uma segunda seção do conjunto de perfuração (130, 200) são acopladas através do dispositivo de inclinação (163, 270) e em que a primeira seção é acoplada a um dispositivo de desintegração (155, 255), em que o dispositivo de atuação (160, 280) gira junto com o conjunto de perfuração (130, 200); e em que o dispositivo de atuação (160, 280) causa uma inclinação do dispositivo de inclinação (163, 270) para fazer a primeira seção inclinar em relação à segunda seção ao longo de uma direção selecionada enquanto a unidade de orientação (150, 250) está girando, em que o dispositivo de atuação (160, 280) aplica forças no dispositivo de inclinação (163, 270) em uma direção radial de modo a provocar a inclinação do dispositivo de inclinação (163, 270).

2. Conjunto de perfuração (130, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de atuação (160, 280) aplica forças no dispositivo de inclinação (163, 270) de uma maneira que mantenha a inclinação do dispositivo de inclinação (163, 270) geostacionária ou substancialmente geoestacionária quando a unidade de orientação (150, 250) está girando.

3. Conjunto de perfuração (130, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de inclinação (163, 270) inclui um ajustador (277) e em que o dispositivo de atuação (160, 280) aplica forças no ajustador (277) para provocar a inclinação do dispositivo de inclinação (163, 270).

4. Conjunto de perfuração (130, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o movimento de pelo menos uma parte do dispositivo de atuação (160, 280) é seletivamente ajustável para fazer a primeira seção inclinar com uma inclinação selecionada em relação à segunda seção.

5. Conjunto de perfuração (130, 200), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de inclinação (163, 270) inclui ainda uma junta (274) acoplada ao dispositivo de atuação (160, 280), em que a aplicação de forças no ajustador (277) pelo dispositivo de atuação (160, 280) faz a primeira seção inclinar em torno da junta (274) em relação à segunda seção.

6. Conjunto de perfuração (130, 200), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que uma inclinação da junta (274) é seletivamente ajustável para fazer a primeira seção inclinar com uma inclinação selecionada em relação à segunda seção.

7. Conjunto de perfuração (130, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de inclinação (163, 270) é um dispositivo hidráulico e em que o dispositivo de atuação (160, 280) aciona o dispositivo hidráulico para provocar inclinação da primeira seção em relação à segunda seção.

8. Conjunto de perfuração (130, 200), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de atuação (160, 280) opera seletivamente uma válvula do dispositivo hidráulico para desviar fluido fluindo através do conjunto de perfuração (130, 200) para provocar inclinação da primeira seção em relação à segunda seção.

9. Conjunto de perfuração (130, 200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um controlador que controla a inclinação do dispositivo de inclinação (163, 270) em resposta a um parâmetro de interesse.

10. Conjunto de perfuração (130, 200), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de interesse é obtido a partir da resposta de um sensor selecionado de um grupo consistindo em: um acelerador; um giroscópio; um magnetômetro; um sensor de avaliação de formação.

11. Método para perfurar um furo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende: transportar um conjunto de perfuração (130, 200) no furo de poço (110), em que o conjunto de perfuração (130, 200) inclui um dispositivo de desintegração (155, 255) numa extremidade do mesmo, uma unidade de orientação (150, 250) que inclui um dispositivo de inclinação (163, 270) e um dispositivo de atuação (160, 280), em que uma primeira seção e uma segunda seção do conjunto de perfuração (130, 200) são acopladas através do dispositivo de inclinação (163, 270) e em que a primeira seção é acoplada a um dispositivo de desintegração (155, 255) e em que o dispositivo de atuação (160, 280) inclina o dispositivo de inclinação (163, 270) para fazer a primeira seção inclinar em relação à segunda seção em torno do dispositivo de inclinação (163, 270) ao longo de uma direção selecionada enquanto a unidade de orientação (150, 250) está girando, e em que o dispositivo de atuação (160, 280) gira junto com o conjunto de perfuração (130, 200); perfurar o furo de poço (110) usando o dispositivo de desintegração (155, 255); e atuar o dispositivo de atuação (160, 280) para inclinar o dispositivo de inclinação (163, 270) para fazer a primeira seção inclinar em relação à segunda seção e para manter a inclinação 3eoestacionária enquanto o conjunto de perfuração (130, 200) está girando para formar uma seção desviada do furo de poço (110), em que o dispositivo de atuação (160, 280) aplica forças no dispositivo de inclinação (163, 270) em uma direção radial de modo a provocar a inclinação do dispositivo de inclinação (163, 270).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de inclinação (163, 270) inclui um ajustador (277) e uma junta (274) e em que o método compreende ainda aplicar forças no ajustador (277) para inclinar a junta (274) para fazer a primeira seção inclinar em relação à segunda seção ao longo da direção selecionada.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda ajustar seletivamente o movimento de pelo menos uma parte do dispositivo de atuação (160, 280) para fazer a primeira seção inclinar com uma inclinação selecionada em relação à segunda seção.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de atuação (160, 280) inclui uma pluralidade de atuadores, em que o método compreende ainda fazer cada tal atuador realizar um curso a partir de uma posição intermediária do mesmo por revolução do conjunto de perfuração (130, 200) para perfurar a seção desviada do furo de poço (110).