BR112019000724B1 - Conjunto de perfuração orientável rotativo e método para perfurar uma seção desviada de um furo de poço - Google Patents

Abstract

Um aparelho de perfuração rotativo para perfurar furos de poços desviados é revelado que numa modalidade inclui um conjunto de perfuração que inclui ainda um motor de perfuração acoplado a um elemento de acionamento para girar um dispositivo de desintegração, um alojamento fora do elemento de acionamento tendo uma seção inferior e uma seção superior e um dispositivo de orientação disposto fora do elemento de acionamento que inclina a seção inferior em relação à seção superior e mantém a inclinação geoestacionária ou substancialmente geoestacionária quando o conjunto de perfuração está girando para perfurar uma seção desviada do furo de poço.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido US 15/210707, depositado em 14 de julho de 2016, que é incorporado ao presente por referência em sua totalidade.

FUNDAMENTOS 1. Campo da Divulgação

[0002] A divulgação se refere geralmente à perfuração de furos de poços e particularmente a um conjunto de perfuração que combina um motor de perfuração, tal como um motor de lama, num aparelho orientável 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) presos em zonas de formação de subsuperfície. 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 para inclinar uma broca de perfuração. O dispositivo de orientação inclina tipicamente uma porção inferior do conjunto de perfuração por uma quantidade selecionada e ao longo de uma direção selecionada para formar as porções desviadas dos furos 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] Um desses sistemas de orientação, chamado sistema orientável rotativo, contém um mecanismo de direção posicionado adjacente à broca de perfuração. Tais sistemas orientáveis empurram a broca ou apontam a ponta de broca ou uma combinação dos mesmos, apresentando vários mecanismos de orientação e atuação. Esses sistemas orientáveis são conectados ao tubo de perfuração até a superfície e giram com a rpm do tubo de perfuração ou são colocados abaixo de um motor de lama e giram com a rpm do tubo de perfuração e a rpm do motor de perfuração sobrepostas. Tais sistemas rotativos são bastante complexos e relativamente longos. Embora, um motor de perfuração possa ser usado para orientar um furo de poço sem rotação do conjunto de perfuração, deslizando o conjunto de perfuração tendo uma dobra fixa na direção desejada, mas um sistema de perfuração rotativo tem várias vantagens sobre os sistemas de deslizamento, incluindo redução no atrito experimentado pelo conjunto de perfuração rotativo, melhor transporte de fragmentos e cascalhos para a superfície, etc.

[0005] O presente documento fornece um sistema de orientável rotativo e métodos para formar furos de poços desviados que combinam ou integram um sistema de orientação com um motor de lama para perfurar furos de poços lineares e desviados, onde o motor de perfuração pode ser girado continuamente para formar curvas e as seções lineares do furo de poço girando a coluna de perfuração a uma velocidade rotacional relativamente baixa em comparação com os métodos convencionais.

SUMÁRIO

[0006] Em um aspecto, um conjunto de perfuração orientável rotativo para perfurar um furo de poço desviado é divulgado que em uma modalidade inclui: um motor de perfuração acoplado a um membro de acionamento configurado para girar uma broca; um alojamento fora do membro de acionamento; e um dispositivo de orientação disposto fora do membro de acionamento, em que o dispositivo de orientação inclina uma seção inferior do alojamento em relação a uma seção superior em torno de uma junta associada ao dispositivo de orientação e mantém a inclinação geoestacionária enquanto o conjunto de perfuração está girando.

[0007] Em outro aspecto, um método para formar um furo de poço desviado é divulgado que em uma modalidade inclui: transportar um conjunto de perfuração no furo de poço que inclui um motor de perfuração acoplado a um membro de acionamento configurado para girar uma broca de perfuração, um alojamento fora do membro de acionamento e um dispositivo de orientação disposto fora do membro de acionamento que inclina uma primeira seção do alojamento em relação a um segunda seção para inclinar a broca de perfuração; girar o conjunto de perfuração e o motor de perfuração para girar a broca de perfuração para perfurar o furo de poço; e ativar o dispositivo de orientação para inclinar a primeira seção em relação à segunda seção para formar o furo de poço desviado e manter a inclinação da primeira seção geoestacionária.

[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: A FIG. 1 mostra um diagrama esquemático de um sistema de perfuração exemplificativo que utiliza um conjunto de perfuração que utiliza um dispositivo de orientação feito de acordo com uma modalidade da divulgação aqui; A FIG. 2A é um diagrama de blocos, mostrando um conjunto de perfuração que inclui um dispositivo de orientação combinado com um motor de perfuração, de acordo com uma modalidade não limitativa da presente divulgação; A FIG. 2B é um diagrama de blocos de um conjunto de perfuração que utiliza outra modalidade de um dispositivo de orientação feito de acordo com uma modalidade da divulgação aqui; A FIG. 3A mostra uma seção transversal de um conjunto de perfuração que mostra certos componentes de um dispositivo de orientação feito de acordo com uma modalidade da divulgação aqui; A FIG. 3B mostra uma vista isométrica em vidro de um dispositivo de atuação ou unidade atuadora que inclui vários acionadores eletromecânicos que aplicam seletivamente a força em um dispositivo de inclinação para orientar a broca ao longo de uma direção desejada; A FIG. 4 mostra um atuador eletromecânico modular que pode ser usado como um atuador individual no dispositivo de atuação mostrado nas FIGS. 2A- FIG. 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00010] A FIG. 1 é um diagrama esquemático de um sistema de perfuração exemplificativo 100 que pode utilizar um dispositivo de orientação ou unidade em um conjunto de perfuração de um sistema de perfuração rotativo para perfurar furos de poços lineares e desviados. 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 120 inclui membro tubular 116 (também referido aqui como “tubo de perfuração”) 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 tem um dispositivo de desintegração, tal como uma broca de perfuração 155, preso ao seu fundo. O conjunto de perfuração 130 também pode incluir vários dispositivos, ferramentas e sensores, como descrito abaixo. O conjunto de perfuração 130 inclui um motor de perfuração (vulgarmente designado por “motor de lama”) 140.Um rotor no motor de perfuração 140 está conectado a um membro de acionamento que inclui um membro ou eixo de transmissão flexível 141 conectado a um eixo de acionamento de broca de perfuração 165. O eixo de acionamento de broca de perfuração 165 está conectado à broca de perfuração 155. O motor de perfuração 140 gira devido ao fluxo do fluido de perfuração 179 através do motor de perfuração 140. O rotor no motor de perfuração 140 gira o eixo de transmissão flexível 141 que por sua vez, gira o eixo de acionamento da broca de perfuração 165 e assim a broca de perfuração 155. O eixo de transmissão flexível 141 e o eixo de acionamento da broca de perfuração 142 estão dispostos dentro de um alojamento 160. O conjunto de perfuração 130 inclui um dispositivo de orientação 150 (também referido como unidade de orientação, seção de orientação ou conjunto de orientação) disposto ao redor do membro de acionamento que inclina uma seção inferior 146 do conjunto de perfuração em relação a uma seção superior 145 do conjunto de perfuração 130 sobre uma junta 147 do dispositivo de orientação 150 como descrito em mais detalhes em referência às FIGS. 2A-4.

[00011] Ainda com referência à FIG. 1, a coluna de perfuração 120 é mostrada transportada no furo de poço 110 a partir de uma sonda exemplificativa 180 na superfície 167. A sonda exemplificativa 180 na 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 à coluna de perfuração 118 pode ser utilizado para girar a coluna de perfuração 120e assim o conjunto de perfuração 130e a broca de perfuração 155. No sistema 100, a broca de perfuração 155 também é girada pelo motor de perfuração 140. Assim, a rotação da broca de perfuração é a soma da rpm da coluna de perfuração e a rpm do motor de perfuração. Uma unidade de controle (também referida como um "controlador" ou "controlador de superfície") 190 na superfície 167, que pode ser um sistema baseado em computador, pode ser utilizado para receber e processar dados transmitidos por vários sensores e ferramentas (descritos posteriormente) no conjunto de perfuração 130 e para controlar as operações selecionadas dos vários dispositivos e sensores no conjunto de perfuração 130, incluindo a unidade 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 130 e aquelas da perfuração do furo de poço 110. 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 membro tubular 116, cujo fluido passa pelo conjunto de perfuração 130 e o motor de perfuração 140e descarrega na parte inferior 110a da broca de perfuração 155. O fluxo do fluido de perfuração faz com que um rotor no motor de perfuração gire. A broca de perfuração 155 desintegra a rocha de formação em fragmentos e cascalhos 151. O fluido de perfuração 179 retorna à superfície 167 juntamente com os fragmentos e cascalhos 151 através do espaço anular (também referido como o "anel") 127 entre a coluna de perfuração 120 e o furo de poço 110.

[00012] 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), e outros dispositivos, denominados coletivamente como dispositivos ou sensores de fundo de poço e são designados pelo numeral 175, e pelo menos uma unidade de controle ou controlador 170 para processar dados recebidos dos dispositivos de fundo de poço 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, orientação de BHA, face de ferramenta, vibração, turbilhão, prisão-deslizamento, taxa de fluxo, pressão, temperatura e peso na broca. O conjunto de perfuração 130 ainda 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 que fornecem dados relativos às propriedades da formação em torno do conjunto de perfuração 130. Tais dispositivos são conhecidos na técnica e, assim, não são descritos em detalhes aqui. O conjunto de perfuração 130 também inclui um dispositivo de geração de energia 186 e uma unidade de telemetria adequada 188, 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. A unidade de orientação 150 permite que um operador oriente a broca de perfuração 155 nas direções desejadas para perfurar furos de poços desviados. Estabilizadores, tal como estabilizadores 162 e 164 são fornecidos ao longo da seção de orientação 150 para estabilizar a seção de orientação. Estabilizadores adicionais, tal como estabilizador 166, 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 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, o dispositivo de orientação 150 controla a inclinação e direção da broca de perfuração 155, como descrito em mais detalhes em referência às FIGS. 2-4.

[00013] A FIG. 2A é um diagrama de blocos de um conjunto de perfuração 200 que mostra a posição relativa de vários dispositivos contidos no conjunto de perfuração. O conjunto de perfuração 200 está conectado a um tubo de perfuração 216 na sua extremidade de topo ou superior e a um dispositivo de desintegração, tal como a broca de perfuração 255, na sua extremidade de fundo ou inferior. O conjunto de perfuração 200 inclui um motor de perfuração ou motor de lama 240 que inclui um rotor 242 que gira dentro de um estator 244 tendo um alojamento externo 246 (também referido aqui como a “seção superior”). O rotor 242 está conectado a um membro ou eixo de transmissão flexível 245, que por sua vez está conectado a um eixo de acionamento de broca 247, que por sua vez está conectado à broca de perfuração 255. Durante as operações de perfuração, o rotor 242 gira dentro do estator 244 devido ao fluxo do fluido de perfuração 279 através do motor de perfuração 240. O rotor 242 gira o eixo flexível 245 e o eixo de acionamento de broca 247, girando assim a broca de perfuração 255 na rpm do rotor. A broca de perfuração 255 também gira quando o conjunto de perfuração 200 é girado. Assim, a velocidade rotacional da broca de perfuração é a soma das velocidades de rotação do rotor 242 e da velocidade rotacional do conjunto de perfuração 200. O alojamento do motor de perfuração246 (também referido aqui como a “seção superior”) é acoplado a um involucro de rolamento 258 (também referido aqui como “a seção inferior”) que suporta o eixo de acionamento da broca 247 através dos rolamentos 257. Os estabilizadores 262 e 264 podem ser fornecidos, respectivamente, sobre o alojamento do rolamento 258 e alojamento do motor de perfuração 246 para fornecer estabilidade ao motor de perfuração 240 e à broca de perfuração 255. O alojamento do motor de perfuração 246 e o alojamento de rolamento 258 estão acoplados um ao outro por um dispositivo de orientação 250. O dispositivo de orientação 250 inclui um dispositivo de inclinação ou um mecanismo de inclinação 270e um dispositivo ou unidade de acionamento 280 que inclina o dispositivo de inclinação 270 quando o conjunto de perfuração está rodando. Em uma modalidade não limitativa, o dispositivo de atuação 280 inclui três ou mais atuadores 280a, 280b,280c, etc., em torno do eixo 245 e/ou 247. O dispositivo de inclinação 270, em uma modalidade não limitativa, inclui uma junta 274 e um ajustador 272. O ajustador 272 pode incluir um membro de aplicação de força correspondente a cada um dos atuadores 280a- 280c, tais como membros de aplicação de força 272a-270c. Cada membro de aplicação de força está conectado à junta 274 que se move em torno da localização 275. A folga 279 ativa a seção inferior 258 para se mover sobre a junta 274 em qualquer direção desejada. A junta 274 pode ser qualquer junta adequada que possa girar ou inclinar-se em torno de uma secção 275 e configurada para fazer com que a seção inferior 258 se incline em relação à seção superior 246 em qualquer direção desejada. Em um aspecto, a junta 274 pode ser uma junta cardânica (incluindo uma junta articulada ou uma junta universal). Cada atuador 280a-280c move seletivamente seu membro de aplicação de força correspondente 272a-272c enquanto o conjunto de perfuração 200 está girando para fazer com que a seção inferior 258 se incline em relação à seção superior 246 um ângulo selecionado ao longo de qualquer direção desejada sobre a junta 274. Um circuito de controle, unidade ou controlador 285 pode controlar o funcionamento do dispositivo de atuação 280 em resposta a um ou mais parâmetros de fundo de poço ou medições feitas por sensores adequados 284 em tempo real. Os sensores 284 podem incluir, mas não estão limitados a, acelerômetros, magnetômetros e giroscópios. Os sensores 284 e/ou controlador 285 podem ser colocados em qualquer localização adequada no conjunto de perfuração. Numa modalidade não limitativa, os atuadores 282a-282c são dispositivos eletromecânicos, como descrito em mais detalhes em referência às FIGS. 3-4. Na modalidade da FIG. 2A, a junta 274 está abaixo, (isto é, no fundo de poço) do rotor 242. O eixo flexível 245 roda através da junta 274, cujo eixo proporciona energia de perfuração (rpm) à broca de perfuração 255. O controlador 285 controla dinamicamente os atuadores 280a-280c e, portanto, o movimento dos membros da aplicação de força 272a-272c para fazer com que a seção inferior 258 e assim a broca de perfuração 255 incline uma quantidade desejada ou selecionada e ao longo de uma direção desejada enquanto o conjunto de perfuração 200 está girando em resposta a uma ou mais medições do fundo do poço determinadas ou medidas em tempo real. O uso do dispositivo de orientação 250 no conjunto de perfuração 200como parte de um motor de lama 240 permite a rotação da coluna de perfuração 130 (FIG. 1) e assim o dispositivo de orientação 250 a uma velocidade rotacional relativamente baixa (rpm) comparada aos sistemas convencionais de perfuração orientáveis rotativos. A rpm (baixa) da coluna de perfuração reduz o deslizamento e o atrito do conjunto de perfuração 200 enquanto permite que a broca de perfuração 255 gire em uma rpm ideal, impulsionada pela rpm do motor de lama e pela rpm da coluna, proporcionando assim uma alta taxa de penetração da broca de perfuração 255 na formação. O requisito de rpm relativamente baixa do conjunto de perfuração 200 e, assim, do dispositivo de orientação 250 requer menos energia mecânica do dispositivo de atuação 280. A baixa rpm da coluna de perfuração também induz uma tensão mecânica menos dinâmica em toda a coluna de perfuração120, incluindo seus vários componentes que incluem o conjunto de perfuração 200 e sua variedade de sensores e componentes eletrônicos. Outras vantagens em relação à perfuração de motor convencional incluem permitir que o conjunto de perfuração 200 gire através das curvaturas do furo de poço e seja capaz de ajustar o conjunto de perfuração 200 para um modo substancialmente linear para perfurar seções lineares do furo de poço.

[00014] A FIG. 2B é um diagrama de blocos de um conjunto de perfuração 200a que utiliza um dispositivo de orientação 250a que inclui um dispositivo de atuação 280 e um dispositivo de inclinação 270a. O dispositivo de atuação 280 mostrado é o mesmo que o mostrado na FIG. 2 e inclui três ou mais atuadores 280a-280c dispostos em torno do acionamento 245/247. O dispositivo de inclinação 270a inclui um ajustador 277e 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 conectados aos atuadores 280a-280c. 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 200a 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 200a 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, fluido de perfuração pressurizado 279 fluindo pelo canal 289 em torno dos eixos 245 e 247 sai pelas passagens ou bocais 255a na broca de perfuração 255 conectada ao conjunto de perfuração 200a. O fluido que sai do aparelho 279aretorna 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 hidráulica277a-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 enquanto o conjunto de perfuração 200a 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 que o fluido pressurizado 279 do canal 289 flua para os cilindros 281a-281c para estender os pistões 278a-278c radialmente para fora. Cada combinação de pistão e cilindro pode incluir uma folga, como folga 283a entre o pistão 278a e o cilindro 281a e a folga 283c entre o pistão 278c e a 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 200a 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 200a, para criar uma inclinação geoestacionária entre a seção superior 246 e a seção inferior 258.Por exemplo, referindo-se à FIG. 2B, 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-276csão mecanicamente acoplados através da junta 274, o pistão 278a retornaria ou se retrairia no curso externo do pistão 278c. Quando o conjunto 200a gira, por exemplo em 180° e para o caso de quatro atuadores distribuídos em torno da circunferência do conjunto 200a, a ativação inverteria, o atuador 280a abrindo a válvula 276a e atuador 280c fechando a válvula 276c, mantendo assim uma direção de inclinação geoestacionária. Métodos semelhantes podem ser utilizados para inclinar e manter tal inclinação geoestacionária para a modalidade mostrada na FIG. 2A.

[00015] A FIG.3Aé um corte transversal de uma porção 310 de um conjunto de perfuração que inclui uma seção inferior 258 que está configurada para inclinar em relação a uma seção superior 246 por um dispositivo de orientação250, que pode ser um dispositivo 250a ou 250b respectivamente mostrado nas FIGS. 2A e 2B. Na seção de conjunto de perfuração 310, o rotor 242 do motor de perfuração está ligado ao eixo de transmissão 245, que está conectado ao eixo de acionamento da broca de perfuração 247 que gira a broca de perfuração 255. O dispositivo de orientação 350 inclui um dispositivo de atuação 322 que inclui três ou mais atuadores 322a-322c (somente 322a é visível) dispostos ao redor ou fora do acionamento 245/247 como descrito em referência às FIGS. 2A e 2B. Um dispositivo de inclinação 375 inclui um ajustador 370 que está configurado para inclinar a seção inferior 258 em relação à seção superior 246 sobre uma junta 374. O ajustador 370inclui três ou mais dispositivos de aplicação de força, tais como dispositivos 324a-324c, respectivamente conectados aos atuadores 322a-322c. Os dispositivos 324a-324c podem ser dispositivos 272a-272c (FIG. 2A) ou dispositivos 277a-277c (FIG. 2B) ou outro dispositivos adequados. Durante a perfuração, a rotação da seção de conjunto de perfuração 310 e a do rotor 242 giram a broca de perfuração 255 enquanto os atuadores 322a-322c ativam seletivamente seus dispositivos de aplicação de força correspondentes 324a-324c. A força e o deslocamento axial ou saída de movimento de cada atuador é recebida pelo ajustador 370, transferindo tal força e deslocamento substancialmente axial para uma saída substancialmente radial que é ainda usada para inclinar a seção inferior 258 em relação à seção superior 246 e manter a inclinação geoestacionária ou substancialmente geoestacionária para formar uma seção desviada do furo de poço. A junta 274 transfere cargas axiais e de torção entre a seção superior 246 e a seção inferior 258 enquanto mantém a flexibilidade angular entre essas duas seções.

[00016] A FIG. 3B mostra uma vista de vidro isométrica de um dispositivo de atuação 300 conectado a um ajustador 370 que pode ser utilizado em um conjunto de perfuração. O dispositivo de acionamento 300 inclui um número de atuadores individuais, tais como os atuadores 322a, 322b e 322c colocados espaçados em torno de um acionamento 245. Cada um desses atuadores inclui um membro móvel que atua sobre um respectivo membro de aplicação de força 324a-324c para mover o ajustador 370 em qualquer direção desejada. Quando o conjunto de perfuração é girado, os atuadores 322a, 322b e 322c e seus dispositivos de aplicação de força correspondentes 324a- 324c giram com o conjunto inteiro. Os atuadores 322a-322c estendem e retraem seus respectivos membros 324a-324c para aplicar as quantidades desejadas de forças e deslocamentos no ajustador 370 para inclinar uma seção inferior em relação a uma seção superior de um conjunto de perfuração.

[00017] A FIG. 4 mostra certos elementos ou componentes de um atuador individual 400 para uso como atuadores 322a-322c no dispositivo de orientação 300 da FIG.3. 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 430 aciona 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 464 e 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). 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 370 (FIG. 3).

[00018] Com referência às FIGS. 1-4,Uma unidade de orientação feita de acordo com uma modalidade descrita aqui forma parte da porção inferior de um conjunto de perfuração, tal como um conjunto de perfuração 130 (FIG. 1) de um sistema de perfuração 100. A unidade de orientação inclui um dispositivo de inclinação que inclui ainda um ajustador acoplado a uma junta, em que um dispositivo de atuação ou uma unidade de atuador manobra ou inclina a junta sobre um eixo do conjunto de perfuração. Um eixo de transmissão conectado a um rotor de um motor de perfuração passa através do ajustador e da junta e gira a broca de perfuração conforme o rotor do motor de perfuração gira. O ajustador é movido ativamente por um número selecionado de atuadores eletromecânicos modulares ativados intermitentemente do dispositivo de atuação. 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 que podem incluir magnetômetros, acelerômetros e giroscópios. 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, 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 giratório. Adicionalmente, o sistema de perfuração 100 aqui descrito 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.

[00019] 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 (15)

1. Conjunto de perfuração orientável rotativo (130) configurado para perfurar uma seção desviada de um furo de poço compreendendo: um motor de perfuração (140) acoplado a um elemento de acionamento (245), o motor de perfuração (140) girando devido a um fluxo de um fluido de perfuração; um alojamento (160) fora do elemento de acionamento (245) tendo uma primeira seção (258) e uma segunda seção (246); e um dispositivo de orientação (150, 250) que inclina a primeira seção (258) em relação à segunda seção (246) em torno de uma articulação (174, 274) e mantém a inclinação substancialmente geoestacionária quando o conjunto de perfuração (130) está girando através das curvaturas do poço; em que o elemento de acionamento (245) atravessa a articulação (174, 274) para acoplar o motor de perfuração (140) a um dispositivo de desintegração (155) com passagens de fluido, e em que o motor de perfuração (140) gira o dispositivo de desintegração (155) via o elemento de acionamento (245); em que o conjunto de perfuração (130) é caracterizado por um canal (289) entre a articulação (174, 274) e o elemento de acionamento (245) em que o fluido de perfuração flui através do canal (289) entre a articulação (174, 274) e o elemento de acionamento (245) e sai através das passagens de fluido no dispositivo de desintegração (155).

2. Conjunto de perfuração (130), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de orientação (150, 250) inclui: um dispositivo de atuação (280); e um dispositivo de inclinação (270) acoplado à primeira seção (258) e segunda seção (246); e em que o dispositivo de atuação (280) aplica forças selecionadas no dispositivo de inclinação (270) para fazer com a primeira seção (258) inclinar em relação à segunda seção (246).

3. Conjunto de perfuração (130), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de inclinação (270) inclui um ajustador (272) acoplado à articulação (174, 274) e em que o dispositivo de atuação (280) aplica as forças selecionadas no ajustador (272) para fazer com que a primeira seção (258) incline em relação à segunda seção (246) em torno da articulação (174, 274).

4. Conjunto de perfuração (130), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de inclinação (270) inclui um ajustador (272) acoplado à articulação (174, 274) e em que o dispositivo de atuação (280) inclui um ou mais atuadores espaçados (280a-280c) e em que cada atuador (280a-280c) aplica uma primeira força selecionada no ajustador (272) para inclinar a primeira seção (258) em relação à segunda seção (246).

5. Conjunto de perfuração (130), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que cada atuador (280a- 280c) gira quando o conjunto de perfuração (130) gira e aplica força no ajustador (272) durante cada rotação do conjunto de perfuração (130).

6. Conjunto de perfuração (130), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o ajustador (272) inclui um dispositivo de aplicação de força (272a-272c) que corresponde a cada atuador (280a-280c), e em que cada atuador (280a-280c) faz com que seu dispositivo de aplicação de força correspondente (272a-272c) aplique força na primeira seção (258) para fazer com que a primeira seção incline em relação à segunda seção (246) em torno da articulação (174, 274).

7. Conjunto de perfuração (130), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que cada atuador (280a- 280c) é uma unidade modular que inclui um motor (430) acoplado a um dispositivo de aplicação de força (272a-272c) e em que o motor (430) executa um movimento oscilatório para fazer com que o dispositivo de aplicação de força (272a-272c) aplique uma segunda força selecionada na primeira seção (258).

8. Conjunto de perfuração (130), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de atuação (280) inclui uma pluralidade de atuadores espaçados (280a- 280c), e em que cada um desses atuadores (280a-280c) é configurado para aplicar força em um elemento de batente do dispositivo de inclinação (270).

9. Conjunto de perfuração (130), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o elemento de encosto é selecionado de um grupo que consiste em: um came; um eixo de manivela; um elemento excêntrico; uma válvula; um elemento de rampa; e uma alavanca.

10. Método para perfurar uma seção desviada de um furo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende: transportar um conjunto de perfuração orientável rotativo (130) para o furo de poço que inclui: um motor de perfuração (140) acoplado a um elemento de acionamento (245) configurado para girar um dispositivo de desintegração (155), o motor de perfuração (140) girando devido a um fluxo de um fluido de perfuração e o dispositivo de desintegração (155) tendo passagens de fluido, e em que o motor de perfuração (140) gira o dispositivo de desintegração (155) através do elemento de acionamento, um alojamento (160) fora do elemento de acionamento (245), um dispositivo de direção (150, 250) que inclina uma primeira seção (258) do alojamento (160) em relação a uma segunda seção (246) do alojamento (160) em torno de uma articulação (174, 274), em que o elemento de acionamento (245) atravessa a articulação (174, 274) para acoplar o motor de perfuração (140) ao dispositivo de desintegração (155), e um canal (289) entre a articulação (174, 274) e o elemento de acionamento (245), em que o fluido de perfuração flui através do canal (289) entre a articulação (174, 274) e o elemento de acionamento (245) e sai através as passagens de fluido no dispositivo de desintegração (155); girar o conjunto de perfuração (130) e o motor de perfuração (140) para girar o dispositivo de desintegração (155) para perfurar o furo de poço; e ativar o dispositivo de orientação (150, 250) enquanto o conjunto de perfuração (130) está girando para inclinar a primeira seção (258) em relação à segunda seção (246) em torno da articulação (174, 274) para perfurar a seção desviada.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de orientação (150, 250) inclui um dispositivo de atuação (280) e um dispositivo de inclinação (270), em que o método compreende ainda ativar o dispositivo de atuação (280) para aplicar forças selecionadas ao dispositivo de inclinação (270) para fazer a primeira seção (258) inclinar em relação à segunda seção (246) em torno da articulação (174, 274) quando o conjunto de perfuração (130) está girando.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de inclinação (270) inclui um ajustador (272) acoplado à articulação (174, 274) e em que o dispositivo de atuação (280) aplica as forças selecionadas ao ajustador (272) para fazer a primeira seção (258) inclinar em relação à segunda seção (246) em torno da articulação (174, 274).

13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de atuação (280) inclui um ou mais atuadores (280a-280c) e um dispositivo de aplicação de força (272a-272c) correspondendo a cada tal atuador (280a-280c), em que o método compreende ainda: ativar cada atuador (280a-280c) uma vez a cada revolução do conjunto de perfuração (130) para aplicar força em seu dispositivo de aplicação de força correspondente (272a-272c) para inclinar a primeira seção (258) em relação à segunda seção (246) e para manter essa inclinação substancialmente geoestacionária.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda fornecer cada dispositivo de aplicação de força (272a-272c) com uma válvula (276a- 276c) e um pistão (278a-278c) e operar cada tal válvula (276a-276c) para fornecer um fluido pressurizado fluindo através do conjunto de perfuração (130) para fazer cada pistão (278a-278c) aplicar forças selecionadas na primeira seção (258) para fazer a primeira seção (258) inclinar em relação à segunda seção (246) em torno da articulação (174, 274).

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que cada atuador (280a-280c) oscila durante cada rotação do conjunto de perfuração (130) para criar uma força substancialmente geoestacionária e um deslocamento para um eixo do dispositivo de orientação (150, 250).