BR112019005506B1 - Conjunto de perfuração para perfurar um furo de poço e método para perfurar um furo de poço - Google Patents

Abstract

Um aparelho para perfurar furos de poços direcionais é divulgado que em uma modalidade não limitativa inclui um acionamento para girar uma broca de perfuração, um dispositivo de deflexão que permite que uma seção inferior de um conjunto de perfuração incline em torno de um elemento do dispositivo de deflexão dentro de um plano selecionado quando o conjunto de perfuração está substancialmente rotativamente estacionário para permitir perfuração de uma seção curva do furo de poço quando a broca de perfuração é girada pelo acionamento e em que a inclinação é reduzida quando o conjunto de perfuração é girado para permitir perfuração de uma seção mais reta do furo de poço; e pelo menos uma vedação que isola pelo menos uma superfície do elemento do ambiente externo. A pelo menos uma vedação é lubrificada por uma unidade hidráulica vedada.

Description

REFERÊNCIA REMISSIVA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente US n°15/274916, arquivado em 23 de setembro, 2016, que é aqui incorporado por referência na sua totalidade.

ESTADO DA TÉCNICA 1. Campo da Divulgação

[002] Esta divulgação se refere em geral a perfuração de furos de poços direcionais.

2. Antecedentes da Técnica

[003] Os furos de poços ou poços (também conhecidos como furos de sondagem) são perfurados em formações de subsolo para a produção de hidrocarbonetos (petróleo e gás) usando uma coluna de perfuração que inclui um conjunto de perfuração (comumente chamado de “conjunto de furo de fundo” ou “BHA”). Fixado a um fundo de tubo de perfuração. Uma broca de perfuração fixada à parte inferior do conjunto de perfuração é girada girando a coluna de perfuração a partir da superfície e/ou por meio de um acionamento, como um motor de lama, no conjunto de perfuração. Um método para perfurar comum de seções curvas e seções retas de furos de poço (perfuração direcional) usa um motor de lama de curvatura fixa (também conhecida como partida ajustável ou “AKO”) para fornecer uma curvatura ou inclinação selecionada à broca para formar seções curvas de poços. Para perfurar uma seção curva, a coluna de perfuração gira a partir da superfície é parada, a curvatura do AKO é direcionada para a direção de construção desejada e a broca de perfuração é girada pelo motor de lama. Quando a seção curva estiver completa, o conjunto de perfuração, incluindo a curvatura, é girada a partir da superfície para perfurar uma seção reta. Esses métodos produzem furos de sondagem irregulares. A qualidade dos furos de sondagem se degrada à medida que a inclinação ou curvatura é aumentada, causando efeitos como a espiral do furos de sondagem. Outros efeitos de qualidade dos furos de sondagem negativos atribuídos ao giro dos conjuntos articulados incluem a perfuração de furos de sondagem de calibre excessivo, rupturas de furos de sondagem e transferência de peso. Tais aparelhos e métodos também induzem alta tensão e vibrações nos componentes do motor de lama em comparação com os conjuntos de perfuração sem um AKO e criam alto atrito entre o conjunto de perfuração e o furo de poço devido à curvatura em contato com o a parte interna do furo de poço quando o conjunto de perfuração gira. Consequentemente, a taxa de construção máxima é reduzida pela redução do ângulo da curvatura do AKO para reduzir as tensões no motor de lama e outros componentes no conjunto de perfuração. Tais métodos resultam em tempo e despesas adicionais para perfurar esses furos de poços. Portanto, é desejável fornecer conjuntos de perfuração e métodos para perfurar seções de furos de poços curvos e seções retas sem uma curvatura fixa no conjunto de perfuração para reduzir tensões nos componentes do conjunto de perfuração e usando vários sensores de fundo do furo controlando a perfuração do furo de poço.

[004] A presente divulgação fornece aparelhos e métodos para perfurar um furo de poço, em que o conjunto de perfuração inclui um dispositivo de deflexão que permite (ou se autoajuste) de uma seção inferior do conjunto de perfuração conectado a uma broca de perfuração para inclinar ou curvar em relação a uma seção superior do conjunto de perfuração quando o conjunto de perfuração está substancialmente rotativamente estacionário para perfurar seções de furo de poço curvadas e endireitar a seção inferior do conjunto de perfuração quando o conjunto de perfuração é girado para perfurar seções retas ou relativamente retas do furo de poço. Vários sensores fornecem informação sobre os parâmetros relacionados à direção do conjunto de perfuração, dispositivo de deflexão, comportamento do conjunto de perfuração e/ou formação de subsolo que é a broca do conjunto de perfuração que podem ser usadas para perfurar o furo de poço ao longo da direção desejada e controlar vários parâmetros operacionais do dispositivo de deflexão, conjunto de perfuração e operações de perfuração.

SUMÁRIO

[005] Em um aspecto, um aparelho para perfurar furos de poços direcionais um direção de furo de poço é divulgado que em uma modalidade não limitativa inclui um acionamento para girar uma broca de perfuração, um dispositivo de deflexão que permite que uma seção inferior de um conjunto de perfuração incline em torno de um elemento do dispositivo de deflexão dentro de um plano selecionado quando o conjunto de perfuração está substancialmente rotativamente estacionário para permitir perfuração de uma seção curva do furo de poço quando a broca de perfuração é girada pelo acionamento e em que a inclinação é reduzida quando o conjunto de perfuração é girado para permitir perfuração de uma seção mais reta do furo de poço; e pelo menos uma vedação que isola pelo menos uma superfície do elemento do ambiente externo. A pelo menos uma vedação é lubrificada por uma unidade hidráulica vedada.

[006] Em outro aspecto, um método para perfurar um furo de poço é divulgado em uma modalidade não limitativa que inclui: transportar um conjunto de perfuração no furo de poço que inclui: transportar um conjunto de perfuração no furo de poço que inclui: um acionamento para girar uma broca de perfuração; um dispositivo de deflexão que permite que uma seção inferior do conjunto de perfuração incline em torno de um elemento do dispositivo de deflexão dentro de um plano selecionado quando o conjunto de perfuração está substancialmente rotativamente estacionário para permitir perfuração de uma seção curva do furo de poço quando a broca de perfuração é girada pelo acionamento e em que a inclinação é reduzida quando o conjunto de perfuração é girado para permitir perfuração de uma seção mais reta do furo de poço; e pelo menos uma vedação que isola pelo menos uma porção de uma superfície do elemento do ambiente externo; perfurar uma seção reta do furo de poço girando o conjunto de perfuração a partir de um local de superfície; fazer o conjunto de perfuração ficar pelo menos substancialmente rotativamente estacionário; e perfurar uma seção curva do furo de poço por um acionamento no conjunto de perfuração em resposta ao parâmetro de interesse determinado.

[007] Exemplos das características mais importantes de um aparelho de perfuração foram amplamente sumarizados, a fim de que a divulgação detalhada dos mesmos que se segue possa ser melhor compreendida, e a fim de que as contribuições para a técnica possam ser apreciadas. Existem características adicionais que serão descritas a seguir e que formarão o objeto das reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] Para uma compreensão detalhada do aparelho e os métodos aqui divulgados, deve ser feita referência aos desenhos anexos e a descrição detalhada do mesmo, em que elementos semelhantes são geralmente dados mesmos números e em que:

[009] A FIG. 1 mostra um conjunto de perfuração em uma seção curva de um furo de poço que inclui um dispositivo de deflexão ou mecanismo para perfurar seções curvas e retas do furo do poço, de acordo com uma modalidade não limitativa da divulgação;

[0010] A FIG. 2 mostra uma modalidade não limitativa do dispositivo de deflexão do conjunto de perfuração da FIG. 1 quando uma seção inferior do conjunto de perfuração está inclinada em relação a uma seção superior;

[0011] A FIG. 3 mostra o dispositivo de deflexão do conjunto de perfuração da FIG. 2 quando a seção inferior do conjunto de perfuração é reta em relação à seção superior;

[0012] A FIG. 4 mostra uma modalidade não limitativa de um dispositivo de deflexão que inclui um dispositivo de aplicação de força que inicia a inclinação em um conjunto de perfuração, tal como o conjunto de perfuração mostrado na FIG. 1 ;

[0013] A FIG. 5 mostra uma modalidade não limitativa de um dispositivo hidráulico que inicia a inclinação em um conjunto de perfuração, tal como o conjunto de perfuração mostrado na FIG. 1;

[0014] As FIGS. 6A e 6B mostram certos detalhes de um amortecedor, como o amortecedor

[0015] mostrado nas FIGS. 2-5 para reduzir ou controlar a taxa de inclinação do conjunto de perfuração;

[0016] A FIG. 7 mostra uma modalidade não limitativa de um dispositivo de deflexão que inclui uma seção hidráulica vedada e uma inclinação mínima predefinida da seção inferior em relação à seção superior;

[0017] A FIG. 8 mostra o dispositivo de deflexão da FIG. 7 com a inclinação máxima;

[0018] A FIG. 9 é uma vista girada de 90 graus do dispositivo de deflexão da FIG. 7 mostrando uma seção hidráulica selada com um lubrificante na parte interna da mesma que fornece lubrificação para as vedações do dispositivo de deflexão mostrado na FIG. 7;

[0019] A FIG. 10 mostra uma vista girada de 90 graus do dispositivo de deflexão da FIG. 9 que inclui ainda vedantes flexíveis para isolar as vedações mostradas na FIG. 9 a partir do ambiente externo;

[0020] A FIG. 11 mostra o dispositivo de deflexão da FIG. 9 que inclui um dispositivo de travamento que impede que um pino ou elemento de articulação do dispositivo de deflexão gire;

[0021] A FIG. 12 mostra o dispositivo de deflexão da FIG. 11 que inclui um dispositivo que reduz o atrito entre um pino ou elemento de articulação do dispositivo de deflexão e um elemento ou superfície da seção inferior que se move em torno do pino;

[0022] A FIG. 13 mostra o dispositivo de deflexão da FIG. 7 que inclui sensores que fornecem medições em relação à inclinação da seção inferior do conjunto de perfuração em relação à seção superior e sensores que fornecem medições em relação à força aplicada pela seção inferior na seção superior durante a perfuração de furos de poços;

[0023] A FIG. 14 mostra o dispositivo de deflexão da FIG. 7 mostrando uma modalidade não limitativa em relação à colocação de sensores relacionados com parâmetros de perfuração direcional e conjunto de perfuração;

[0024] A FIG. 15 mostra o dispositivo de deflexão da FIG. 7 que inclui um dispositivo para gerar energia elétrica devido a vibração ou movimento no conjunto de perfuração durante a perfuração do furo de poço; e

[0025] A Fig. 16 mostra um sistema de perfuração exemplificador com uma coluna de perfuração transportada em um furo de poço que inclui um conjunto de perfuração com um dispositivo de deflexão feito de acordo com uma modalidade desta divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0026] Em aspectos, a divulgação aqui fornece um conjunto de perfuração ou BHA para uso em uma coluna de perfuração para perfuração direcional (perfuração de seções retas e curvas de um furo de poço) que inclui um dispositivo de deflexão que inicia uma inclinação para permitir a perfuração de seções curvas de furos de poços e se endireita para permitir a perfuração de seções retas (verticais e tangentes) dos furos de poços. Tal conjunto de perfuração permite a perfuração de seções retas quando o conjunto de perfuração é girado e permite a perfuração de seções curvas quando o conjunto de perfuração está estacionário enquanto a broca de perfuração é girada com o acionamento no fundo do furo. Em aspectos, a perfuração direcional é alcançada usando uma articulação de articulação “autoajustável” (também chamada aqui como uma “conexão pivô”, “dispositivo articulado” ou dispositivo “articulado”) para permitir uma inclinação no conjunto de perfuração quando a coluna de perfuração e, assim, o conjunto de perfuração é estacionário e, opcionalmente, usando um amortecedor para manter o conjunto de perfuração reto quando o conjunto de perfuração é girado. Em outros aspectos, um dispositivo de aplicação de força, tal como uma mola ou um dispositivo hidráulico, pode ser usado para iniciar ou assistir a inclinação aplicando uma força em uma direção articulada. Em outro aspecto, o dispositivo de articulação ou dispositivo articulado é vedado a partir do ambiente externo (isto é, fluido de perfuração fluindo através do acionamento, furo de poço e/ou anel do furo de poço). A articulação, em torno da qual uma seção inferior do conjunto de perfuração tem uma broca de perfuração na extremidade da mesma se inclina em relação a uma seção superior do conjunto de perfuração, talvez vedada para excluir contaminantes, abrasivos e fluidos a partir de erosivos de elementos relativamente móveis. O termo “seção superior” do conjunto de perfuração é a parte do conjunto de perfuração que está localizado no alto do furo do dispositivo de articulação e o termo “seção inferior” do conjunto de perfuração é usado para a parte do conjunto de perfuração que está localizado no fundo do furo do dispositivo de articulação. Em outro aspecto, o dispositivo de deflexão inclui um batente que mantém a seção inferior em uma pequena inclinação (por exemplo, cerca de 0,05 grau ou mais) para facilitar o início da inclinação da seção inferior em relação à seção superior quando a coluna de perfuração está estacionária. Em outro aspecto, o batente pode permitir que a seção inferior atinja uma posição reta em relação à seção superior quando a coluna de perfuração é girada. Em outro aspecto, o dispositivo de deflexão inclui um outro batente que define a inclinação máxima da seção inferior em relação à seção superior. O sistema de perfuração que usa o conjunto de perfuração aqui descrito inclui ainda um ou mais sensores que fornecem informação ou medições em relação a um ou mais parâmetros de interesse, tais como parâmetros direcionais, incluindo, mas não se limitando a, inclinação da face da ferramenta e azimute de pelo menos uma parte do conjunto de perfuração. O termo “face da ferramenta” é um ângulo entre um ponto de interesse, como uma direção para a qual o dispositivo de deflexão aponta e uma referência. O termo “lado alto” é uma referência que significa a direção em um plano perpendicular em torno do eixo da ferramenta onde a gravitação é a mais baixa (máximo negativo). Outras referências, tais como “lado baixo” e “norte magnético” também podem ser usadas. Outras modalidades podem incluir: sensores que fornecem medições em relação à taxa de inclinação e inclinação no dispositivo de deflexão; sensores que fornecem medições em relação à força aplicada pela seção inferior na seção superior; sensores que fornecem informações sobre o comportamento do conjunto de perfuração e do dispositivo de deflexão; e dispositivos (também conhecidos como dispositivos de captação de energia) que podem usar energia elétrica coletada a partir de movimento (por exemplo, vibração) no dispositivo de deflexão. Um controlador no conjunto de perfuração e/ou na superfície determina um ou mais parâmetros a partir de das medições do sensor e pode ser configurado para comunicar essas informações em tempo real através de um mecanismo de telemetria adequado à superfície para permitir um operador (por exemplo, um controlador de perfuração automatizado ou um operador humano) para controlar as operações de perfuração, incluindo, mas não se limitando a, selecionar a quantidade e direção da inclinação do conjunto de perfuração e, portanto, da broca de perfuração; ajustar os parâmetros de operação, como o peso aplicado no conjunto de perfuração e a taxa de bombeamento do fluido de perfuração. Um controlador no conjunto de perfuração e/ou na superfície também pode fazer com que a broca de perfuração aponte ao longo de uma direção desejada com a inclinação desejada em resposta a um ou mais parâmetro de interesse determinado.

[0027] Em outros aspectos, um conjunto de perfuração feito de acordo com uma modalidade da divulgação: reduz o espiralamento do furo de poço, reduz o atrito entre o conjunto de perfuração e a parede do furo de poço durante a perfuração de seções retas; reduz a tensão nos componentes do conjunto de perfuração, incluindo, mas não se limitando a, um acionamento de fundo do furo (como um motor de lama, acionamento elétrico, uma turbina etc.) e permite o fácil posicionamento do conjunto de perfuração para perfuração direcional. Para o propósito desta divulgação, o termo estacionário significa incluir rotativamente estacionário (não girando) ou girando a uma velocidade rotacional relativamente pequena (rpm), ou oscilação angular entre as posições angulares máxima e mínima (também chamadas como “flutuações da face da ferramenta”). Além disso, o termo “reto” usado em relação a um furo de poço ou conjunto de perfuração inclui os termos “reto”, “vertical” e “tangente” e inclui ainda as frases “substancialmente retas”, “substancialmente vertical” ou “substancialmente tangentes”. Por exemplo, a frase “seção reta do furo de poço” ou “seção substancialmente reta do furo de poço ” significará incluir qualquer seção do poço que seja “perfeitamente reta” ou uma seção que tenha uma curvatura relativamente pequena como descrito acima e com mais detalhes posteriormente.

[0028] A FIG. 1 mostra um conjunto de perfuração 100 em uma seção curva de um furo de poço 101. Em uma modalidade não limitativa, o conjunto de perfuração 100 inclui um dispositivo de deflexão (também chamado aqui como um dispositivo flexível ou um mecanismo de deflexão) 120 para perfurar seções curvas e retas do furo de poço 101. O conjunto de perfuração 100 inclui ainda um acionamento ou acionamento de fundo do furo, tal como um motor de lama 140, tendo um estator 141 e um rotor 142. O rotor 142 está acoplado a uma transmissão, tal como um eixo flexível 143 que está acoplado a outro eixo 146 (também chamado como o "eixo de transmissão") disposto em um conjunto de rolamentos 145. O eixo 146 é acoplado a um dispositivo de desintegração, tal como a broca de perfuração 147. A broca de perfuração 147 gira quando o conjunto de perfuração 100 e/ou o rotor 142 do motor de lama 140 roda devido à circulação de um fluido de perfuração, tal como lama, durante as operações de perfuração. Em outras modalidades, o acionamento de fundo de furo pode incluir qualquer outro dispositivo que possa girar a broca de perfuração 147, incluindo, mas não se limitando a, um motor elétrico e uma turbina. Em certas outras modalidades, o dispositivo de desintegração pode incluir qualquer outro dispositivo adequado para desintegrar a formação rochosa, incluindo, mas não se limitando a, um dispositivo de impulso elétrico (também chamado como dispositivo de descarga elétrica). O conjunto de perfuração 100 está ligado a um tubo de perfuração 148, o qual é girado a partir da superfície para girar o conjunto de perfuração 100 e, assim, o conjunto de perfuração 100 e a broca de perfuração 147. Na configuração do conjunto de perfuração particular mostrada na FIG. 1, a broca de perfuração 147 pode ser girada girando o tubo de perfuração 148 e assim o conjunto de perfuração 100 e/ou o motor de lama 140. O rotor 142 gira a broca de perfuração 147 quando um fluido é circulado através do conjunto de perfuração 100. O conjunto de perfuração 100 inclui ainda um dispositivo de deflexão 120 que tem um eixo 120a que pode ser perpendicular a um eixo 100a da seção superior do conjunto de perfuração 100. Enquanto na FIG. 1 o dispositivo de deflexão 120 é mostrado por baixo do motor de lama 140 e acoplado a uma seção inferior, tal como um alojamento ou tubulação 160 disposta sobre o conjunto de rolamentos 145, o dispositivo de deflexão 120 também pode estar localizado acima do acionamento 140. Em várias modalidades do dispositivo de deflexão 120 aqui descrito, o alojamento 160 inclina uma quantidade selecionada ou conhecida ao longo de um plano selecionado ou conhecido definido pelo eixo da seção superior do conjunto de perfuração 110a e o eixo da seção inferior do conjunto de perfuração 100b na FIG. 1) para inclinar a broca de perfuração 147 ao longo do plano selecionado, o que permite a perfuração de seções de furos de sondagem curvas. Como descrito posteriormente em referência às FIGS. 2-6, a inclinação é iniciada quando o conjunto de perfuração 100 é estacionário (não está em giro) ou substancialmente rotativamente estacionário. A seção curva é então perfurada rodando pelo giro da broca de perfuração 147 pelo motor de lama 140 sem girar o conjunto de perfuração 100. O dispositivo de deflexão 120 se endireita quando o conjunto de perfuração é girado, o que permite a perfuração de seções de furo de poço retas. Assim, em aspectos, o dispositivo de deflexão 120 permite uma inclinação selecionada no conjunto de perfuração 100 que permite a perfuração de seções curvas ao longo dos percursos de furo de poço desejados quando o tubo de perfuração 148 e assim o conjunto de perfuração 100 está rotativamente estacionário ou substancialmente rotativamente estacionário e a broca de perfuração 147 é girado pelo acionamento 140. No entanto, quando o conjunto de perfuração 100 é girado, tal como girando o tubo de perfuração 148 a partir da superfície, a inclinação se endireita e permite a perfuração de seções de furos de sondagem retas, como descrito em mais detalhe em referência às FIGS. 2-9. Em uma modalidade, um estabilizador 150 é fornecido por baixo do dispositivo de deflexão 120 (entre o dispositivo de deflexão 120 e a broca de perfuração 147) que inicia um momento de articulação no dispositivo de deflexão 120 e também mantém a inclinação quando o conjunto de perfuração 100 não é girado e um peso na broca de perfuração é aplicado durante a perfuração das seções de furos de sondagem curvas. Em outra modalidade, um estabilizador 152 pode ser fornecido acima do dispositivo de deflexão 120 em adição ou sem o estabilizador 150 para iniciar o momento de articulação no dispositivo de deflexão 120 e para manter a inclinação durante a perfuração de seções de furo de poço curvas. Em outras modalidades, mais do que um estabilizador pode ser fornecido acima e/ou abaixo do dispositivo de deflexão 120. A modelagem pode ser realizada para determinar a localização e o número de estabilizadores para operação otimizada. Em outras modalidades, uma curvatura adicional pode ser fornecida em uma localização adequada acima do dispositivo de deflexão 120, o qual pode incluir, mas não se limitando a, uma dobra fixa, uma curvatura flexível, um dispositivo de deflexão e um dispositivo de pino ou dispositivo de articulação.

[0029] A FIG. 2 mostra uma modalidade não limitativa de um dispositivo de deflexão 120 para uso em um conjunto de perfuração, tal como o conjunto de perfuração 100 mostrado na FIG. 1. Com referência às FIGS. 1 e 2, em uma modalidade não limitativa, o dispositivo de deflexão 120 inclui um elemento pivotante, tal como um pino ou articulação 210 tendo um eixo 212 que pode ser perpendicular ao eixo longitudinal 214 do conjunto de perfuração 100, em torno do qual o alojamento 270 de uma seção inferior 290 do conjunto de perfuração 100 inclina ou pende uma quantidade selecionada em relação à seção superior 220 (parte de uma seção superior) sobre o plano definido pelo eixo 212. O alojamento 270 se inclina entre um batente de extremidade substancialmente reto 282 e um batente de extremidade inclinado 280 que define a inclinação máxima. Quando o alojamento 270 da seção inferior 290 é inclinada na direção oposta, o batente de extremidade reto 282 define a posição reta do conjunto de perfuração 100, em que a inclinação zero ou alternativamente uma posição substancialmente reta quando a inclinação é relativamente pequena, mas maior de zero, como cerca de 0,2 graus ou mais. Uma tal inclinação pode ajudar a iniciar a inclinação da seção inferior 290 do conjunto de perfuração 100 para perfurar seções curvas quando o conjunto de perfuração está rotativamente estacionário. Em tais modalidades, o alojamento 270 se inclina ao longo de um plano particular ou direção radial, conforme definido pelo eixo de pino 212. Uma ou mais vedações, tais como a vedação 284, fornecidas entre a parte interna do alojamento 270 e outro elemento do conjunto de perfuração 100 vedam a seção interna do alojamento 270 abaixo da vedação 284 a partir do ambiente externo, tal como o fluido de perfuração.

[0030] Ainda com referência às FIGS. 1 e 2, quando um peso na broca 147 é aplicado e a perfuração progride enquanto o tubo de perfuração 148 está substancialmente rotativamente estacionário, iniciará uma inclinação do alojamento 270 em torno do eixo de pino 212 do pino 210. A broca de perfuração 147 e/ou o estabilizador 150 por baixo do dispositivo de deflexão 120 inicia um momento de curvatura no dispositivo de deflexão 120 e também mantém a inclinação quando o tubo de perfuração 148 e assim o conjunto de perfuração 100 é substancialmente rotativamente estacionário e um peso na broca de perfuração 147 é aplicado durante a perfuração das seções de furo de poço curvas. Similarmente, o estabilizador 152, em adição a ou sem o estabilizador 150 e a broca de perfuração, pode também determinar o momento de curvatura no dispositivo de deflexão 120 e mantém a inclinação durante a perfuração de seções de furo de poço curvas. Os estabilizadores 150 e 152 podem ser dispositivos de giro ou não giro. Em uma modalidade não limitativa, um dispositivo de amortecimento ou amortecedor 240 pode ser fornecido para reduzir ou controlar a taxa da variação de inclinação quando o conjunto de perfuração 100 é girado. Em uma modalidade não limitativa, o amortecedor 240 pode incluir um pistão 260 e um compensador 250 em comunicação fluida com o pistão 260 através de uma linha 260a para reduzir, restringir ou controlar a taxa da variação de inclinação. A aplicação de uma força F1 no alojamento 270 fará com que o alojamento 270 e, assim, a seção inferior 290 se inclinem em torno do eixo do pino 212. A aplicação de uma força F1' oposta à direção da força F1 no alojamento 270 faz com que o alojamento 270 e, assim, o conjunto de perfuração 100 se endireite ou incline para a direção oposta da força F1'. O amortecedor pode também ser usado para estabilizar a posição reta do alojamento 270 durante o giro do conjunto de perfuração 100 a partir da superfície. A operação do dispositivo de amortecimento 240 é descrito em maior detalhe em referência às FIGS. 6A e 6B. Qualquer outro dispositivo adequado, no entanto, pode ser usado para reduzir ou controlar a taxa da variação de inclinação do conjunto de perfuração 100 em torno do pino 210.

[0031] Com referência agora às FIGS. 1-3, quando o tubo de perfuração 148 está substancialmente rotativamente estacionário (não girando) e um peso é aplicado na broca de perfuração 147 enquanto a perfuração está progredindo, o dispositivo de deflexão iniciará uma inclinação do conjunto de perfuração 100 no pivô 210 em torno do eixo pivotante 212. A rotação da broca de perfuração 147 pelo acionamento de fundo do furo 140 fará com que a broca de perfuração 147 inicie a perfuração de uma seção curva. À medida que a perfuração continua, o peso contínuo aplicado na broca de perfuração 147 continuará a aumentar a inclinação até a inclinação atingir o valor máximo definido pela batente de extremidade inclinado 280. Assim, em um aspecto, uma seção curva pode ser perfurada incluindo o pivô 210 no conjunto de perfuração 100 com uma inclinação definida pelo batente de extremidade inclinado 280. Se o dispositivo de amortecimento 240 estiver incluído no conjunto de perfuração 100, como mostrado na FIG. 2, inclinando o conjunto de perfuração 100 em torno do pivô 210 fará com que o alojamento 270 na seção 290 aplique uma força F1 no pistão 260, fazendo com que um fluido 261, tal como óleo, seja transferido a partir do pistão 260 para o compensador 250 através de um conduta ou percurso, tal como a linha 260a. O fluxo do fluido 261 a partir do pistão 260 para o compensador 250 pode ser restringido para reduzir ou controlar a taxa da variação de inclinação e evitar a inclinação súbita da seção inferior 290, como descrito em mais detalhe em referência às FIGS. 6A e 6B. Nas ilustrações particulares das FIGS. 1 e 2, a broca de perfuração 147 irá perfurar uma seção curva para cima. Para perfurar uma seção reta após a perfuração da seção curva, o conjunto de perfuração 100 pode ser girado 180 graus para remover a inclinação e, em seguida, girado a partir da superfície para perfurar a seção reta. Contudo, quando o conjunto de perfuração 100 é girado, com base nas posições dos estabilizadores 150 e/ou 152 ou outro equipamento de furo de poço entre o dispositivo de deflexão 120 e a broca de perfuração 147 e em contato com a parede do furo de poço, as forças de curvatura no furo de poço atuam no alojamento 270 e exercer as forças no sentido oposto ao sentido da força F1, endireitando assim o alojamento 270 e assim o conjunto de perfuração 100, que permite que o fluido 261 flua a partir do compensador 250 para o pistão 260 fazendo com que o pistão se mova para fora. Tal fluxo de fluido pode ou não ser restringido, o que permite que o alojamento 270 e, assim, a seção inferior 290 se endireite rapidamente (sem atraso substancial). O movimento para fora do pistão 260 pode ser suportado por uma mola, posicionada em comunicação de força com o pistão 260, o compensador 250, ou ambos. Os batentes de extremidade retos 282 restringem o movimento do elemento 270, fazendo com que a seção inferior 290 permaneça reta enquanto o conjunto de perfuração 100 estiver sendo girado. Assim, a modalidade do conjunto de perfuração 100 mostrado nas FIGS. 1 e 2 fornecem uma inclinação autoiniciada quando o conjunto de perfuração 120 é estacionário (não girado) ou substancialmente estacionário e se endireita quando o conjunto de perfuração 100 é girado. Embora o acionamento de fundo do furo 140 mostrado na FIG. 1 é mostrado para ser um motor de lama, qualquer outro acionamento adequado pode ser usado para girar a broca de perfuração 147. A FIG. 3 mostra o conjunto de perfuração 100 na posição reta, em que o alojamento 270 repousa contra o batente de extremidade reto 282.

[0032] A FIG. 4 mostra uma outra modalidade não limitativa de um dispositivo de deflexão 420 que inclui um dispositivo de aplicação de força, tal como uma mola 450, que continuamente exerce uma força radialmente para fora F2 no alojamento 270 da seção inferior 290 para fornecer ou iniciar uma inclinação para a seção inferior 290. Em uma modalidade, a mola 450 pode ser colocada entre a parte interna do alojamento 270 e um alojamento 470 fora da transmissão 143 (FIG. 1). Nesta modalidade, a mola 450 faz com que o alojamento 270 se incline radialmente para fora em torno do pivô 210 até a curvatura máxima definida pelo batente de extremidade inclinado 280. Quando o conjunto de perfuração 100 é estacionário (não está girando) ou substancialmente rotativamente estacionário, um peso na broca de perfuração 147 é aplicado e a broca de perfuração é girada pelo acionamento de fundo do furo 140, a broca de perfuração 147 iniciará a perfuração de uma seção curva. À medida que a perfuração continua, a inclinação aumenta até o seu nível máximo definido pela batente de extremidade inclinado 280. Para perfurar uma seção reta, o conjunto de perfuração 100 é girado a partir da superfície, o que faz com que os furos de sondagem apliquem a força F3 no alojamento 270, comprimindo a mola 450 para endireitar o conjunto de perfuração 100. Quando a mola 450 é comprimida pela aplicação da força F3, o alojamento 270 alivia a pressão no pistão 260, que permite que o fluido 261 a partir do compensador 250 flua através da linha 262 de volta ao pistão 260 sem um atraso substancial, como descrito em mais detalhe na referência às FIGS. 6A e 6B.

[0033] [0016] A FIG. 5 mostra uma modalidade não limitativa de um dispositivo de aplicação de força hidráulica 540 para iniciar uma inclinação selecionada no conjunto de perfuração 100. Em uma modalidade não limitativa, o dispositivo de aplicação de força hidráulica 540 inclui um pistão 560 e um dispositivo de compensação ou compensador 550. O conjunto de perfuração 100 também pode incluir um dispositivo de amortecimento ou amortecedor, tal como o amortecedor 240 mostrado na FIG. 2. O dispositivo de amortecimento 240 inclui um pistão 260 e um compensador 250 mostrado e descrito em referência à FIG. 2. O dispositivo de aplicação de força hidráulica 540 pode ser colocado a 180 graus a partir do dispositivo 240. O pistão 560 e o compensador 550 estão em comunicação hidráulica um com o outro. Durante a perfuração, um fluido 512a, tal como lama de perfuração, flui sob pressão através do conjunto de perfuração 100 e regressa à superfície através de um anel entre o conjunto de perfuração 100 e o furo de poço, como mostrado pelo fluido 512b. A pressão P1 do fluido 512a no conjunto de perfuração 100 é maior (tipicamente 20-50 bar) do que a pressão P2 do fluido 512b no anel. Quando o fluido 512a flui através do conjunto de perfuração 100, a pressão P1 atua no compensador 550 e correspondentemente no pistão 560 enquanto a pressão P2 atua no compensador 250 e correspondentemente no pistão 260. A pressão P1 sendo maior que a pressão P2 cria uma pressão diferencial (P1-P2) através do pistão 560, cujo diferencial de pressão que é suficiente para fazer com que o pistão 560 se mova radialmente para fora, o que empurra o alojamento 270 para fora para iniciar uma inclinação. Um restritor 562 pode ser fornecido no compensador 550 para reduzir ou controlar a taxa da variação de inclinação conforme descrito em mais detalhe em referência às FIGS. 6A e 6B. Assim, quando o tubo de perfuração 148 está substancialmente rotativamente estacionário (não girando), o pistão 560 sangra lentamente o fluido hidráulico 561 através do restritor 562 até que o ângulo de inclinação total seja alcançado. O restritor 562 pode ser selecionado para criar uma resistência ao fluxo alta para impedir o rápido movimento do pistão que pode estar presente durante as flutuações da face da ferramenta do conjunto de perfuração para estabilizar a inclinação. A força do pistão de pressão diferencial está sempre presente durante a circulação da lama e o restritor 562 limita a taxa da inclinação. Quando o conjunto de perfuração 100 é girado, os momentos de curvatura no alojamento 270 forçam o pistão 560 a retrair, o que endireita o conjunto de perfuração 100 e, em seguida, mantém o mesmo desde que o conjunto de perfuração 100 seja girado. A taxa de amortecimento do dispositivo de amortecimento 240 pode ser ajustada para um valor mais alto do que a taxa do dispositivo 540, a fim de estabilizar a posição reta durante a rotação do conjunto de perfuração 100.

[0034] As FIGS. 6A e 6B mostram certos detalhes do dispositivo de amortecimento 600, que é o mesmo que o dispositivo 240 nas FIGS. 2, 4 e 5. Com referência às FIG. 2 e FIGS. 6A e 6B, quando o alojamento 270 aplica força F1 no pistão 660, ele move um fluido hidráulico (tal como óleo) a partir de uma câmara 662 associada ao pistão 660 para uma câmara 652 associada a um compensador 620, como mostrado pela seta 610. Um restritor 611 restringe o fluxo do fluido a partir da câmara 662 para a câmara 652, o que aumenta a pressão entre o pistão 660 e o restritor 611, restringindo ou controlando desse modo a taxa da inclinação. À medida que o fluxo de fluido hidráulico continua através do restritor 611, a inclinação continua a aumentar até ao nível máximo definido pelo batente de inclinação de extremidade 280 mostrado e descrito em referência à FIG. 2. Assim, o restritor 611 define a taxa da variação de inclinação. Com referência às FIG. 6B, quando a força F1 é libertada a partir do alojamento 270, como mostrado pela seta F4, a força F5 no compensador 620 move o fluido a partir da câmara 652 de volta para a câmara 662 do pistão 660 através de uma válvula de retenção 612, passando o restritor 611, que permite que o alojamento 270 se mova para a sua posição reta sem um atraso substancial. Uma válvula de alívio de pressão 613 pode ser fornecida como uma característica de segurança para evitar pressão excessiva além da especificação de projeto dos elementos hidráulicos.

[0035] A FIG. 7 mostra uma modalidade alternativa de um dispositivo de deflexão 700 que pode ser usado em um conjunto de perfuração, tal como o conjunto de perfuração 100 mostrado na FIG. 1. O dispositivo de deflexão 700 inclui um pino 710 com um eixo de pino 714 perpendicular ao eixo da ferramenta 712. O pino 710 é suportado por um elemento de suporte 750. O dispositivo de deflexão 700 está ligado a uma seção inferior 790 de um conjunto de perfuração e inclui um alojamento 770. O alojamento 770 inclui uma superfície curva interna ou esférica 771 que se move ao longo de um acoplamento exterior curvo ou superfície esférica 751 do elemento de suporte 750. O dispositivo de deflexão 700 inclui ainda um mecanismo de vedação 740 para separar ou isolar um fluido de lubrificação (fluido interno) 732 a partir da pressão externa e fluidos (fluido 722a na parte interna do conjunto de perfuração e fluido 722b fora do conjunto de perfuração). Em uma modalidade, o dispositivo de deflexão 700 inclui uma ranhura ou câmara 730 que está aberta e comunica a pressão do fluido 722a ou 722b a um fluido de lubrificação 732 através de uma vedação móvel a uma câmara de fluido interno 734 que está em comunicação fluida com as superfícies 751 e 771. Uma vedação flutuante 735 fornece compensação de pressão à câmara 734. Uma vedação 772 colocada em uma ranhura 774 em torno da superfície interna 771 do alojamento 770 veda ou isola o fluido 732 do ambiente externo. Alternativamente, o elemento de vedação 772 pode ser colocado dentro de uma ranhura em torno da superfície externa 751 do elemento de suporte 750. Nestas configurações, o centro 770c da superfície 771 é o mesmo ou aproximadamente o mesmo que o centro 710c do pino 710. Na modalidade da FIG. 7, quando a seção inferior 790 se inclina em torno do pino 710, a superfície 771 juntamente com o elemento de vedação 772 se move sobre a superfície 751. Se a vedação 772 estiver disposta dentro da superfície 751, em seguida o elemento de vedação 772 permanecerá estacionário juntamente com o elemento de suporte 750. O mecanismo de vedação 740 inclui ainda uma vedação que isola o fluido de lubrificação 732 a partir da pressão externa e do fluido externo 722b. Na modalidade mostrada na FIG. 7, esta vedação inclui uma superfície curvada externa ou circular 791 associada com a seção inferior 790 que se move sob uma superfície fixa curvada ou circular 721 da seção superior 720. Um elemento de vedação, tal como um anel-O 724, colocado em uma ranhura 726 em torno da parte interna da superfície 721, veda o fluido de lubrificação 732 a partir da pressão externa e do fluido 722b. Quando a seção inferior se inclina em torno do pino 710, a superfície 791 se move sob a superfície 721, em que a vedação 724 permanece estacionária. Alternativamente, a vedação 724 pode ser colocada dentro da superfície externa 791 e, nesse caso, essa vedação se deslocará juntamente com a superfície 791. Assim, em aspectos, a divulgação fornece um dispositivo de deflexão vedado, em que a seção inferior de um conjunto de perfuração, tal como a seção 790, inclina-se sobre superfícies lubrificadas vedadas em relação à seção superior, tal como a seção 720. Em uma modalidade, a seção inferior 790 pode ser configurada de modo a permitir que a seção inferior 790 atinja uma posição perfeitamente reta em relação à seção superior 220. Nesta configuração, o eixo da ferramenta 712 e o eixo 717 da seção inferior 790 irá alinhar um com o outro. Em outra modalidade, a seção inferior 790 pode ser configurada para fornecer uma inclinação mínima permanente da seção inferior 290 em relação à seção superior, tal como a inclinação Amin. mostrada na FIG. 7. Tal inclinação pode ajudar a seção inferior a se inclinar a partir da posição inicial de inclinação Amin para uma inclinação desejada em comparação com uma inclinação inicial da seção inferior. Por exemplo, a inclinação mínima pode ser de 0,2 graus ou maior pode ser suficiente para a maioria das operações de perfuração.

[0036] A FIG. 8 mostra o dispositivo de deflexão 700 da FIG. 7 quando a seção inferior 790 atingiu um ângulo de inclinação máximo ou de inclinação Amáx. Em uma modalidade, quando a seção inferior 790 continua a se inclinar em torno do pino 210, uma superfície 890 da seção inferior 790 é parada por uma superfície 820 da seção superior 720. O intervalo 850 entre as superfícies 890 e 820 define o ângulo de inclinação máximo Amáx. Uma porta 830 é fornecida para encher a câmara 733 com o fluido de lubrificação 732. Em uma modalidade, uma porta de comunicação de pressão 831 é fornecida para permitir a comunicação de pressão do fluido 722b no exterior do conjunto de perfuração com a câmara 730 e a pressão da câmara de fluido interna 734 através da vedação flutuante 735. Na FIG. 8, ressalto t820 atua como o batente de extremidade de inclinação. A câmara de fluido interna 734 também pode ser usada como um dispositivo de amortecimento. O dispositivo de amortecimento usa fluido presente no intervalo 850, como mostrado na FIG. 8 e uma posição de inclinação máxima definida pelo ângulo de inclinação máximo Amax sendo forçado ou comprimido a partir do intervalo 850 quando a inclinação é reduzida para Amin. As passagens de fluido adequadas são concebidas para permitir e restringir o fluxo entre os dois lados do intervalo 850 e outras áreas da câmara de fluido 734 que trocam o volume de fluido pelo movimento do dispositivo de deflexão. Para suportar o amortecimento, vedações adequadas, dimensões de intervalo ou vedações de labirinto podem ser adicionadas. As propriedades do fluido lubrificante 732, em termos de densidade e viscosidade, podem ser selecionadas para ajustar os parâmetros de amortecimento.

[0037] A FIG. 9 é uma vista girada de 90 graus do dispositivo de deflexão 700 da FIG. 7 mostrando uma seção hidráulica vedada 900 do dispositivo de deflexão 700. Em uma modalidade não limitativa, a seção hidráulica vedada 900 inclui um reservatório ou câmara 910 cheia com um lubrificante 920 que está em comunicação fluida com cada uma das vedações no dispositivo de deflexão 700 através de certos percursos de fluxo de fluido. Na FIG. 9, um percurso de fluido 932a fornece lubrificante 920 para a vedação externa 724, o percurso de fluido 932b fornece lubrificante 720 para uma vedação estacionária 940 em torno do pino 710 e um percurso de fluxo de fluido 932c fornece lubrificante 920 para a vedação interna 772. Na configuração da FIG. 9, a vedação 772 isola o lubrificante a partir da contaminação a partir do fluido de perfuração 722a que flui através do conjunto de perfuração e da pressão P1 do fluido de perfuração 722a dentro do conjunto de perfuração que é maior do que a pressão P2 na parte externa do conjunto de perfuração durante as operações de perfuração. A vedação 724 isola o lubrificante 920 a partir da contaminação pelo fluido externo 722b. Em uma modalidade, a vedação 724 pode ser uma vedação de fole. A vedação de fole flexível pode ser usada como um dispositivo de compensação de pressão (em vez de usar um dispositivo dedicado, tal como uma vedação flutuante 735, como descrito em referência às FIGS. 7 e 8 ) para comunicar a pressão a partir do fluido 722b ao lubrificante 920. A vedação 725 isola o lubrificante 920 a partir da contaminação pelo fluido externo 722b e em torno do pino 710. A vedação 725 permite o movimento diferencial entre o pino 710 e o elemento de seção inferior 790. A vedação 725 também está em comunicação fluida com o lubrificante 920 através do percurso de fluxo de fluido 932c. Uma vez que a pressão entre o fluido 722b e o lubrificante 920 é equalizado através da vedação 724, a vedação do pino 725 não isola dois níveis de pressão, permitindo uma vida útil mais longa para uma função de vedação dinâmica, como para a vedação 725.

[0038] A FIG. 10 mostra o dispositivo de deflexão 700 da FIG. 7 que pode ser configurado para incluir um ou mais vedações flexíveis para isolar as vedações dinâmicas 724 e 772 a partir do fluido de perfuração. Uma vedação flexível é qualquer vedação que se expande e contrai à medida que o volume de lubrificante dentro de tal vedação aumenta e diminui, respectivamente, e um que permite o movimento entre as partes que se deseja vedar.. Qualquer flexível adequado pode ser usado, incluindo, mas não se limitando a, uma vedação de fole e uma vedação de borracha flexível. Na configuração da FIG. 10, uma vedação flexível 1020 é fornecida em torno da vedação dinâmica 724 que isola a vedação 724 a partir do fluido 722b na parte externa do conjunto de perfuração. Uma vedação flexível 1030 é fornecida em torno da vedação dinâmica 772 que protege a vedação 772 a partir do fluido 722a dentro do conjunto de perfuração. Um dispositivo de deflexão feito de acordo com a divulgação aqui pode ser configurado; uma vedação única, tal como a vedação 772, que isola o fluido que flui através do conjunto de perfuração na parte interna a sua pressão do fluido na parte externa do conjunto de perfuração; uma segunda vedação, tal como a vedação 724, que isola o fluido externo do fluido interno ou componentes do dispositivo de deflexão 700 ; um ou mais vedações flexíveis para isolar um ou mais outras vedações, tais como as vedações dinâmicas 724 e 772 ; e um reservatório de lubrificante, tal como o reservatório 920 (a FIG. 9 ) fechado por pelo menos duas vedações para lubrificar as várias vedações do dispositivo de deflexão 700.

[0039] A FIG. 11 mostra o dispositivo de deflexão da FIG. 9 que inclui um dispositivo de travamento para impedir que o pino ou elemento de articulação 710 do dispositivo de deflexão gire. Na configuração da FIG. 11, um elemento de travamento 1120 pode ser colocado entre o pino 710 e um elemento ou elemento do elemento não móvel 720 do conjunto de perfuração. O elemento de travamento 1120 pode ser um elemento ou membro chaveado, tal como um pino, que impede a rotação do pino 710 quando a seção inferior 790 se inclina ou gira em torno do pino 710. Qualquer outro dispositivo ou mecanismo adequado pode também ser usado como dispositivo de travamento, incluindo, mas não se limitando a, dispositivos de atrito e adesão.

[0040] A FIG. 12 mostra o dispositivo de deflexão 700 da FIG 10 que inclui um dispositivo de redução de atrito 1220 entre o pino ou elemento de articulação 710 do dispositivo de deflexão 700 e um elemento ou superfície 1240 da seção inferior 790 que se move em torno do pino 710. O dispositivo de redução de atrito 1220 pode ser qualquer dispositivo que reduz a atrito entre elementos móveis, incluindo, mas não se limitando a rolamentos.

[0041] A FIG. 13 mostra o dispositivo de deflexão 700 da FIG. 7 que em um aspecto inclui um sensor 1310 que fornece medições em relação ao ângulo de inclinação ou inclinação da seção inferior 790 em relação à seção superior 710. Em uma modalidade não limitativa, o sensor 1310 (também chamado aqui como sensor de inclinação) pode ser colocado ao longo, aproximadamente ou pelo menos parcialmente embutido no pino 710. Qualquer sensor adequado pode ser usado como sensor 1310 para determinar o ângulo de inclinação ou inclinação, incluindo, mas não se limitando a, um sensor angular, um sensor de efeito de hall, um sensor magnético e um sensor de contato ou tátil. Tais sensores também podem ser usados para determinar a taxa da variação de inclinação. Se tal sensor incluir dois componentes que se enfrentam ou se movem um em relação ao outro, então um desses componentes pode ser colocado, ao longo ou embutido numa superfície externa 710a do pino 710 e o outro componente pode ser colocado, ao longo ou embutido dentro 790a da seção inferior 790 que se move ou gira em torno do pino 710. Em outro aspecto, um sensor de distância 1320 pode ser colocado, por exemplo, no intervalo 1340 que fornece medições sobre a distância ou comprimento do intervalo 1340. A medida do comprimento do intervalo pode ser usada para determinar a inclinação ou o ângulo de inclinação ou a taxa da variação de inclinação. Adicionalmente, um ou mais sensores 1350 podem ser colocados no intervalo 1340 para fornecer um sinal em relação à presença de contato entre e a quantidade de força aplicada pela seção inferior 790 na seção superior 720.

[0042] A FIG. 14 mostra o dispositivo de deflexão 700 da FIG. 7, que inclui sensores 1410 em uma seção 1440 da seção superior 720, que fornecem informação sobre os parâmetros do conjunto de perfuração e os parâmetros do furo de poço que são úteis para perfurar o furo de poço ao longo de um percurso de poço desejado, por vezes chamado na técnica como "georrotação". Alguns desses sensores podem incluir sensores que fornecem medições relacionadas a parâmetros como face da ferramenta, inclinação (gravidade) e direção (magnética). Os acelerômetros, magnetômetros e giroscópios podem ser usados para tais parâmetros. Além disso, um sensor de vibração pode estar localizado na localização 1440. Em uma modalidade não limitativa, a seção 1440 pode estar na seção superior 720, próxima do batente de extremidade 1445. Os sensores 1410, no entanto, podem estar localizados em qualquer outra localização adequada no conjunto de perfuração acima ou abaixo do dispositivo de deflexão 700 ou na broca de perfuração. Além disso, os sensores 1450 podem ser colocados no pino 710 para fornecer informações sobre certas condições físicas do dispositivo de deflexão 700, incluindo, mas não se limitando a torque, curvatura e peso. Tais sensores podem ser colocados dentro e/ou em torno do pino 710, quando forças relevantes relacionadas com esses parâmetros são transferidas através do pino 710.

[0043] A FIG. 15 mostra o dispositivo de deflexão 700 da FIG. 7 que inclui um dispositivo 1510 para gerar energia elétrica devido a deflexão dinâmica, tal como energia de vibração, movimento e deformação no dispositivo de deflexão 700 e o conjunto de perfuração. O dispositivo 1510 pode incluir, mas não se limitando a, cristais piezoelétricos, gerador eletromagnético, dispositivo MEMS. A energia gerada pode ser armazenada em um dispositivo de armazenamento, tal como bateria ou um capacitor 1520, no conjunto de perfuração e pode ser usada para alimentar vários sensores, circuitos elétricos e outros dispositivos no conjunto de perfuração.

[0044] Com referência às FIGS. 13-14, os sinais a partir dos sensores 1310, 1320, 1350, 1410 e 1450 podem ser transmitidos ou comunicados a um controlador ou outro circuito adequado no conjunto de perfuração por fio rígido, dispositivo óptico ou método de transmissão sem fio, incluindo, mas se limitando a métodos acústicos, de radiofrequência e eletromagnéticos. O controlador no conjunto de perfuração pode processar os sinais do sensor, armazenar tal informação em uma memória no conjunto de perfuração e/ou comunicar ou transmitir informação relevante em tempo real a um controlador de superfície através de qualquer método de telemetria adequado, incluindo, mas não se limitando a tubo, telemetria de pulso de lama, transmissão acústica e telemetria eletromagnética. A informação de inclinação a partir do sensor 1310 pode ser usada por um operador para controlar a direção de perfuração ao longo de um percurso de poço desejado ou predeterminado, isto é, georrotação e para controlar parâmetros de operação, tal como peso em bit. Informações sobre a força aplicada pela seção inferior 790 na seção superior 720 pelo sensor 1320 podem ser usadas para controlar o peso na broca de perfuração para mitigar os danos ao dispositivo de deflexão 700. As informações de torque, curvatura e peso dos sensores 1450 são relevantes para a integridade do dispositivo de deflexão e do processo de perfuração e podem ser usadas para controlar os parâmetros de perfuração, como o peso aplicado e transferido na broca de perfuração. As informações sobre a pressão na parte interna do conjunto de perfuração e nos anéis podem ser usadas para controlar a pressão diferencial em torno das vedações e, portanto, do lubrificante.

[0045] A FIG. 16 é um diagrama esquemático de um sistema de perfuração exemplificador 1600 que pode usar um conjunto de perfuração 1630 que inclui um dispositivo de deflexão 1650 descrito em referência às FIGS 2-12 para perfurar furos de poços retos e desviados. O sistema de perfuração 1600 é mostrado para incluir um furo de poço 161 0 sendo formado em uma formação 1619 que inclui uma seção de furo de poço superior 1611 com um alojamento 1612 instalado no mesmo e uma seção de furo de poço inferior 1614 sendo perfurado com uma coluna de perfuração 1620. A coluna de perfuração 1620 inclui um elemento tubular 1616 que transporta um conjunto de perfuração 1630 na extremidade inferior do mesmo. O elemento tubular 1616 pode ser um tubo de perfuração feito unindo seções de tubo, um fio de tubo enrolado ou uma combinação dos mesmos. O conjunto de perfuração 1630 é mostrado conectado a um dispositivo de desintegração, tal como uma broca de perfuração 1655, ligado à extremidade inferior do mesmo. O conjunto de perfuração 1630 inclui um número de dispositivos, ferramentas e sensores para fornecer informação em relação a diversos parâmetros da formação 1619, do conjunto de perfuração 1630 e das operações de perfuração. O conjunto de perfuração 1630 inclui um dispositivo de deflexão 1650 feito de acordo com uma modalidade descrita em referência às FIGS. 2-15. Na FIG. 16, a coluna de perfuração 1630 é mostrada transportando para dentro do furo de poço 1610 a partir de um equipamento exemplificador 1680 na superfície 1667. O equipamento exemplificador 1680 é mostrado como um equipamento terrestre para facilidade de explicação. O aparelho e métodos aqui divulgados podem também ser usados com equipamentos em alto mar. Uma mesa rotatória 1669 ou um acionamento superior 1669a acoplado à coluna de perfuração 1620 pode ser usada para girar a coluna de perfuração 1620 e, portanto, o conjunto de perfuração 1630. Uma unidade de controle 1690 (também chamada como um "controlador" ou um "controlador de superfície"), que pode ser um sistema com base em computador, na superfície 1667 pode ser usada para receber e processar dados recebidos a partir de sensores no conjunto de perfuração 1630 e para controlar as operações de perfuração dos vários dispositivos e sensores no conjunto de perfuração 1630. O controlador de superfície 1690 pode incluir um processador 1692, um dispositivo de armazenamento de dados (ou um meio legível por computador) 1694 para armazenar dados e programas de computador 1696 acessíveis ao processador 1692 para determinar vários parâmetros de interesse durante a perfuração do furo de poço 1610 e para controlar operações selecionadas dos vários dispositivos e ferramentas no conjunto de perfuração 1630 e aquelas para perfuração do furo de poço 1610. O dispositivo de armazenamento de dados 1694 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 dispositivo óptico. Para perfurar o furo de poço 1610, um fluido de perfuração 1679 é bombeado sob pressão para o elemento tubular 1616, fluido esse que passa através do conjunto de perfuração 1630 e descarrega na parte inferior 1610a da broca de perfuração 1655. A broca de perfuração 1655 desintegra a rocha de formação em cortes 1651. O fluido de perfuração 1679 retorna à superfície 1667 juntamente com os cortes 1651 através do espaço anular (também chamado como o "anel") 1627 entre a coluna de perfuração 1620 e o furo do poço 1610.

[0046] Ainda com referência às FIGS. 16, o conjunto de perfuração 1630 pode ainda incluir um ou mais sensores de fundo do furo (também chamados como sensores de medição durante a perfuração (MWD), sensores ou ferramentas de registo durante a perfuração (LWD) e sensores descritos em referência às FIGS. 13-15, coletivamente chamados como dispositivos de fundo do furo e designados pelo numeral 1675, e pelo menos uma unidade de controle ou controlador 1670 para processar dados recebidos a partir de dispositivos de fundo do furo 1675. Os dispositivos de fundo do furo 1675 incluem uma variedade de sensores que fornecem medições ou informações em relação à direção, posição e/ou orientação do conjunto de perfuração 1630 e/ou da broca de perfuração 1655 em tempo real. Tais sensores incluem, mas não se limitando a, acelerômetros, magnetômetros, giroscópios, sensores de medição de profundidade, taxa de dispositivos de medição de penetração. Os dispositivos 1675 também incluem sensores que fornecem informações sobre o comportamento da coluna de perfuração e as operações de perfuração, incluindo, mas não se limitando a sensores que fornecem informações sobre vibração, giro, deslizamento, taxa de penetração da broca de perfuração na formação, peso sobre a broca, torque, curvatura, turbilhão, vazão, temperatura e pressão. Os dispositivos 1675 podem ainda incluir ferramentas ou dispositivos que fornecem medição ou informação sobre propriedades de rochas, gás, fluidos ou qualquer combinação dos mesmos na formação 1619, incluindo, mas não se limitando a, uma ferramenta de resistividade, uma ferramenta acústica, uma ferramenta de raio gama, uma ferramenta nuclear, uma ferramenta de amostragem ou teste, uma ferramenta de perfuração e uma ferramenta de ressonância magnética nuclear. O conjunto de perfuração 1630 também inclui um dispositivo de geração de energia 1686 para fornecer energia elétrica aos vários dispositivos de fundo do furo 1675 e um sistema de telemetria ou unidade 1688, que pode usar qualquer técnica de telemetria adequada, incluindo, mas não se limitando a, telemetria de pulso de lama, telemetria eletromagnética, telemetria acústica e tubo com fio. Tais técnicas de telemetria são conhecidas na técnica e não são, portanto, descritas aqui em detalhe. O conjunto de perfuração 1630, como mencionado acima, inclui ainda um dispositivo de deflexão (também chamado como uma unidade de direção ou dispositivo) 1650 que permite que um operador dirija a broca de perfuração1655 nas direções desejadas para perfurar furos de poços desviados. Os estabilizadores, tais como estabilizadores 1662 e 1664 são fornecidos ao longo da seção de direção 1650 para estabilizar a seção contendo o dispositivo de deflexão 1650 (também chamado como a seção de direção) e o resto do conjunto de perfuração 1630. O controlador de fundo do furo 1670 pode incluir um processador 1672, tal como um microprocessador, um dispositivo de armazenamento de dados 1674 e um programa 1676 acessível ao processador 1672. Em aspectos, o controlador 1670 recebe medições a partir dos vários sensores durante a perfuração e pode parcialmente ou completamente processar tais sinais para determinar um ou mais parâmetros de interesse e fazer com que o sistema de telemetria 1688 transmita algumas ou todas essas informações para o controlador de superfície 1690. Em aspectos, o controlador 1670 pode determinar a localização e orientação do conjunto de perfuração ou da broca de perfuração e enviar essa informação para a superfície. Alternativamente, ou em adição, o controlador 1690 na superfície determina esses parâmetros a partir dos dados recebidos do conjunto de perfuração. Um operador na superfície, o controlador 1670 e/ou o controlador 1690 podem orientar (direção e inclinação) o conjunto de perfuração ao longo das direções desejadas para perfurar seções de furo de poço desviadas em resposta a tais parâmetros direcionais determinados ou calculados. O sistema de perfuração 1600, em vários aspectos, permite que um operador oriente o dispositivo de deflexão em qualquer direção desejada orientando o conjunto de perfuração com base na medição de orientação (por exemplo em relação ao norte, em relação ao lado alto, etc.) que são determinadas nas superfície de medições de fundo do furo descritas anteriormente para perfurar seções retas e curvas ao longo dos percursos de poço desejados, monitorar a direção da perfuração e ajustar continuamente a orientação conforme desejado em resposta aos vários sensores de parâmetros determinados pelos sensores descritos aqui e ajustar os parâmetros de perfuração para mitigar os danos aos componentes do conjunto de perfuração. Tais ações e ajustes podem ser feitos automaticamente pelos controladores no sistema ou pela entrada a partir de um operador ou semimanualmente.

[0047] Assim, em certos aspectos, o dispositivo de deflexão inclui um ou mais sensores que fornecem medições em r aos parâmetros de perfuração direcional ou o status do dispositivo de deflexão, tais como um ângulo ou taxa de ângulo, uma distância ou uma taxa de distância, ambos em relação à taxa de inclinação ou inclinação. Tal sensor pode incluir, mas não se limita a, um sensor de curvatura e um sensor eletromagnético. O sensor eletromagnético traduz a mudança de ângulo ou a mudança de distância que está relacionada à mudança de inclinação em uma voltagem usando a lei de indução ou uma mudança de capacidade. O mesmo sensor ou outro sensor pode medir parâmetros dinâmicos de perfuração, como aceleração, peso em bit, flexão, torque, RPM. O dispositivo de deflexão pode também incluir sensores de avaliação de formação que são usados para tomar decisões de georrotação, seja através de comunicação para a superfície ou automaticamente através de um controlador de fundo de poço. Os sensores de avaliação de formação, tais como resistividade, acústica, ressonância magnética nuclear (NMR), nuclear, etc. podem ser usados para identificar características de formação de fundo do furo, incluindo fronteiras geológicas.

[0048] Em certos outros aspectos, os conjuntos de perfuração descritos aqui incluem um dispositivo de deflexão que: (1) fornece uma inclinação quando o conjunto de perfuração não é girado e a broca de perfuração é girada por um acionamento no fundo do furo, tal como um motor de lama, para permitir a perfuração de seções de furos de sondagem curvos ou articulados; e (2) a inclinação reta quando o conjunto de perfuração é girado para permitir a perfuração de seções de furos de sondagem retas. Em uma modalidade não limitativa, um dispositivo de aplicação de força mecânica pode ser fornecido para iniciar a inclinação. Em outra modalidade não limitativa, um dispositivo hidráulico pode ser fornecido para iniciar a inclinação. Um dispositivo de amortecimento pode ser fornecido para ajudar a manter a inclinação reta quando o conjunto de perfuração é girado. Um dispositivo de amortecimento pode também ser fornecido para suportar a posição articulada do conjunto de perfuração quando forças rápidas são exercidas sobre a inclinação, tal como durante as flutuações da face da ferramenta. Adicionalmente, um restritor pode ser fornecido para reduzir ou controlar a taxa da inclinação. Assim, em vários aspectos, o conjunto de perfuração se articula automaticamente em uma posição inclinada ou articulada quando o conjunto de perfuração não é girado e automaticamente atinge uma posição reta ou substancialmente reta quando o conjunto de perfuração é girado. Os sensores fornecem informações sobre a direção (posição e orientação) do conjunto de perfuração inferior no furo do poço, informações essas que são usadas para orientar a seção inferior do conjunto de perfuração ao longo de uma direção de perfuração desejada. Uma inclinação predeterminada permanente pode ser fornecida para auxiliar a inclinação da seção inferior quando o conjunto de perfuração está rotativamente estacionário. Os batentes de extremidade são fornecidos no dispositivo de deflexão que define a inclinação mínima e máxima da seção inferior em relação à seção superior do conjunto de perfuração. Uma variedade de sensores no conjunto de perfuração, incluindo aqueles ou associados ao dispositivo de deflexão, são usados para perfurar furos de poços ao longo dos poços desejados e tomar ações corretivas para mitigar os danos aos componentes do conjunto de perfuração. Para o propósito desta divulgação, substancialmente rotativamente estacionário significa em geral que o conjunto de perfuração não é girado pela rotação da coluna de perfuração da superfície. A frase “substancialmente rotativamente estacionário” e o termo “estacionário” são considerados equivalentes. Além disso, uma seção “reta” deve incluir uma seção “substancialmente reta”.

[0049] A divulgação anterior é direcionada para as modalidades e métodos exemplificadores. Várias modificações serão evidentes para os versados na técnica. Pretende-se que todas essas modificações no escopo das reivindicações anexas sejam abrangidas pela divulgação anterior. As palavras "compreendendo" e "compreende", como usadas nas reivindicações, devem ser interpretadas como significando "incluindo, mas não limitando a".

Claims (26)

1. Conjunto de perfuração (100) para perfurar um furo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende: um alojamento (160) tendo uma seção superior (220) e uma seção inferior (290) separada da seção superior (220); um acionamento de fundo de poço (140) para girar uma broca de perfuração (147) em relação a um tubo de perfuração (148); um elemento de articulação (210) que acopla seção superior (220) do alojamento (160) à seção inferior (290) do alojamento (160), em que a seção inferior (290) do alojamento (160) se inclina em relação à seção superior (220) do alojamento (160) em torno do elemento de articulação (210) quando o tubo de perfuração (148) é rotativamente estacionário para permitir perfuração de uma seção curva do furo de poço, e em que a rotação do tubo de perfuração (148) causa uma redução da inclinação entre a seção superior (220) e a seção inferior (290) para permitir a perfuração de uma seção mais reta do furo de poço; em que o elemento de articulação (210) compreende um primeiro pino (210) através de uma parede do alojamento (160) e um segundo pino (210) através da parede do alojamento (160); e pelo menos uma vedação (724, 725, 735, 740, 772, 940, 1020, 1030) que veda pelo menos uma porção de uma superfície do elemento de articulação (210).

2. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um lubrificante (720, 732, 920) está em contato com a superfície do elemento de articulação (210).

3. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma vedação (724, 725, 735, 740, 772, 940, 1020, 1030) inclui pelo menos duas vedações (724, 725, 735, 740, 772, 940) que vedam a porção da superfície do elemento de articulação (210).

4. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que uma das pelo menos duas vedações (724, 725, 735, 740, 772, 940) está em contato com a superfície do elemento de articulação (210) e a segunda das pelo menos duas vedações (724, 725, 735, 740, 772, 940) está em torno de um batente de extremidade do conjunto de perfuração (100).

5. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma vedação (724, 725, 735, 740, 772, 940, 1020, 1030) é um fole elástico.

6. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um dispositivo de redução de atrito (1220) configurado para reduzir atrito entre o elemento de articulação (210) e pelo menos uma de uma seção superior (220) do alojamento (160) e a seção inferior (290) do alojamento (160).

7. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um dispositivo de amortecimento (240) configurado para amortecer variação de inclinação.

8. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de amortecimento (240) compreende uma vedação de labirinto.

9. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a vedação de labirinto é parte de pelo menos uma vedação (724, 725, 735, 740, 772, 940, 1020, 1030).

10. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as pelo menos duas vedações (724, 725, 735, 740, 772, 940) incluem uma vedação dinâmica em contato com o elemento de articulação (210) e uma vedação flexível que isola a vedação dinâmica do ambiente externo.

11. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma vedação (724, 725, 735, 740, 772, 940, 1020, 1030) compreende ainda uma terceira vedação ao longo do batente de extremidade do conjunto de perfuração (100).

12. Método para perfurar um furo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende: transportar um conjunto de perfuração (100) no furo de poço por um tubo de perfuração (148) a partir de um local de superfície, o conjunto de perfuração (100) incluindo: um alojamento (160) tendo uma seção superior (220) e seção inferior (290) separada da seção superior (220); um acionamento de fundo de poço (140) para girar uma broca de perfuração (147); um elemento de articulação (210, 710) que acopla a seção superior (220) do alojamento (160) à seção inferior (290) do alojamento (160), em que a seção inferior (290) do alojamento (160) se inclina em relação à seção superior (220) do alojamento (160) em torno do elemento de articulação (210) quando o tubo de perfuração (148) é rotativamente estacionário para permitir perfuração de uma seção curva do furo de poço, e em que a rotação do tubo de perfuração (148) reduz a inclinação entre a seção superior (220) e a seção inferior (290) para permitir a perfuração de uma seção mais reta do furo de poço; e em que o elemento de articulação (210) compreende um primeiro pino (210) através de uma parede do alojamento (160) e um segundo pino (210) através da parede do alojamento (160); e pelo menos uma vedação (724, 725, 735, 740, 772, 940, 1020, 1030) que veda pelo menos uma porção de uma superfície do elemento de articulação (210); perfurar a seção mais reta do furo de poço girando a broco tubo de perfuração (148) a partir de um local de superfície; e perfurar a seção curva do furo de poço fazendo com que o tubo de perfuração (148) se torne rotacionalmente estacionário e girando a broca de perfuração (147) com o acionamento de fundo de poço (140).

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que um lubrificante (720, 732, 920) está em contato com uma superfície do elemento de articulação (210).

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma vedação (724, 725, 735, 740, 772, 940, 1020, 1030) inclui pelo menos duas vedações (724, 725, 735, 740, 772, 940) que vedam o lubrificante (720, 732, 920).

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que uma das pelo menos duas vedações (724, 725, 735, 740, 772, 940, 772, 940) está em contato com o elemento de articulação (210) e a segunda das pelo menos duas vedações (724, 725, 735, 740, 772, 940) está em torno de um batente (280, 282) de extremidade do conjunto de perfuração (100).

16. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma vedação (724, 725, 735, 740, 772, 940, 1020, 1030) é um fole elástico.

17. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o conjunto de perfuração (100) compreende ainda um dispositivo de redução de atrito (1220) configurado para reduzir atrito entre o elemento de articulação (210) e pelo menos uma de uma seção superior (220) do alojamento (160) e a seção inferior (290) do alojamento (160).

18. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o conjunto de perfuração (100) compreende ainda um dispositivo de amortecimento (240) configurado para amortecer variação da inclinação.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de amortecimento (240) compreende uma vedação de labirinto.

20. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma vedação (724, 725, 735, 740, 772, 940) inclui uma vedação dinâmica (724, 725, 772) em contato com o elemento de articulação (210) e uma vedação flexível (1020, 1030) que isola a vedação dinâmica (724, 725, 772) do ambiente externo.

21. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um dispositivo de aplicação de força (540) que exerce continuamente uma força radialmente para fora na seção inferior (290) do alojamento (160) para inclinar a seção inferior (290) do alojamento (160) em relação à seção superior (220) do alojamento (160).

22. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de aplicação de força (540) está entre uma parte interna da seção inferior (290) do alojamento (160) e uma parte externa da seção superior (220) do alojamento (160).

23. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de aplicação de força (540) é um dispositivo hidráulico incluindo um pistão (560) e um compensador (550) em comunicação hidráulica com o pistão (560).

24. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um dispositivo de amortecimento (240) disposto oposto 180 graus ao dispositivo de aplicação de força (540).

25. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um eixo (143) acoplado ao acionamento de fundo de poço (140) e à broca (147) e disposto no alojamento (160); em que o eixo (143) está disposto e configurado para ser girado pelo acionamento de fundo de poço (140) dentro da seção superior (220), da seção inferior (290), e do elemento de articulação (210).

26. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: eixo (143) acoplado ao acionamento de fundo de poço (140) e à broca (147) e disposto no alojamento (160); em que o eixo (143) está disposto e configurado para ser girado pelo acionamento de fundo de poço (140) dentro da seção superior (220), da seção inferior (290) e do elemento de articulação (210).