BR112020008118A2

BR112020008118A2 - plataforma de perfuração eletricamente alimentada e método para operar a mesma

Info

Publication number: BR112020008118A2
Application number: BR112020008118-3A
Authority: BR
Inventors: Jean-Claude Caron; Mario Lévesque
Original assignee: Caron Technologies International Inc.
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2020-11-03
Also published as: PE20201075A1; AU2018354469A1; BR112020008118B1; US20220025708A1; WO2019079899A1; MX2020004172A; AU2018354469B2; CA3080833C; CA3080833A1; US11136827B2; US20210172252A1

Abstract

Trata-se de uma plataforma de perfuração eletricamente alimentada, tal como para perfurações de orifícios finos, que inclui um piso de perfuração posicionado sobre um poço de perfuração, um conjunto de equipamentos de perfuração operáveis para perfurar o poço, um primeiro compartimento sendo posicionado remotamente do poço de perfuração e pelo menos um motor elétrico sendo alojado dentro do primeiro compartimento. O motor elétrico é operado para fornecer energia a um ou mais dos conjuntos de equipamentos de perfuração. O motor elétrico é alojado dentro do compartimento e fica distante do poço de perfuração e fornece um amortecedor entre os mesmos para impedir que faíscas atinjam o poço de perfuração, assim, diminuindo o risco de incêndio. O motor elétrico pode ser alimentado por uma bateria móvel. O motor elétrico pode alimentar uma bomba hidráulica, que fornece fluido hidráulico sob pressão para as peças do equipamento de perfuração.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: “PLATAFORMA DE

PERFURAÇÃO ELETRICAMENTE ALIMENTADA E MÉTODO PARA OPERAR A MESMA” Pedido de Patente Relacionado

[001] O presente pedido reivindica prioridade do pedido de patente provisório nº U.S. 62/576.833, depositado em 25 de outubro de 2017 e intitulado “ELECTRICALLY-POWERED DRILLING RIG AND METHOD FOR OPERATING THEREOF”, cuja divulgação é incorporada ao presente documento a título de referência em sua totalidade. Campo da Técnica

[002] A presente divulgação refere-se, de modo geral, a uma plataforma de perfuração eletricamente alimentada e a um método para operar a plataforma de perfuração. Mais particularmente, a plataforma de perfuração inclui pelo menos um motor elétrico que alimenta um ou mais sistemas de equipamento de perfuração da plataforma de perfuração. Antecedentes

[003] Uma plataforma de perfuração típica, tais como as usadas para a perfuração de poços estratigráficos do tipo de furo fino, usam um motor de combustível fóssil, que está acoplado a uma bomba hidráulica de alta velocidade de fluxo, que alimenta ainda guinchos, cilindros hidráulicos e brocas de perfuração da plataforma de perfuração. Em uma operação de furo fino, o motor de combustível fóssil pode ser um motor a diesel avaliado em aproximadamente 250HP (186 kW). No caso de uma operação de perfuração de furo fino, a superfície de base da plataforma de perfuração típica pode ser de cerca de 12.000 m2.

[004] A Patente nº U.S. 4.899.832 fornece um aparelho de perfuração de poços altamente automatizados que é transportável em unidades modulares para um local do poço onde as unidades são rapidamente montadas em uma montagem operacional integrada. O aparelho inclui uma unidade de perfuração e duas unidades elevatórias que são travadas nos respectivos lados opostos da mesma. Depois que as estruturas de base nas unidades de elevação são abaixadas até o piso para fornecer uma sustentação, as torres das unidades de elevação e o mastro da unidade de perfuração são simultaneamente elevados à vertical. As mesmas unidades de elevação, então, são empregadas para montar estruturas de fornecimento de tubos conectadas à frente de cada torre. A unidade de perfuração inclui um acionamento giratório superior, uma pinça de força automatizada e um sistema de manuseio de tubo que é operado remotamente a partir de um centro de controle. As unidades de fornecimento de força, retorno de lama, fornecimento de lama e bomba de lama também estão localizadas em uma matriz única adjacente à unidade de perfuração para fornecer um sistema de perfuração integrado e eficiente.

[005] A Patente nº U.S. 8.955.636 fornece uma plataforma de perfuração de rocha e um método para transmissão da mesma para o campo de perfuração de rocha. A plataforma de perfuração de rocha inclui um carrinho que é móvel pelo equipamento de acionamento em uma mina. A plataforma de perfuração de rocha inclui um sistema de perfuração hidráulico para o qual a energia de pressão é gerada por uma bomba hidráulica. A plataforma de perfuração de rocha é acionada eletricamente e inclui um motor elétrico conectado para acionar o equipamento de acionamento e o sistema de perfuração hidráulico. A transmissão de acionamento mecânico incluída no equipamento de acionamento e a bomba hidráulica do sistema de perfuração hidráulica podem ser conectadas e desconectadas independentemente uma da outra por meio de embreagens.

[006] A Patente nº U.S. 9.546.543 fornece uma plataforma de perfuração controlada de forma remota que é totalmente funcional que inclui uma plataforma de perfuração, uma montagem elétrica e um controle remoto. A plataforma de perfuração inclui um caminhão para rebocar um semirreboque no qual está posicionado uma torre de perfuração e uma montagem de perfuração. A montagem elétrica é posicionada dentro da plataforma de perfuração e inclui uma bateria para alimentar os componentes da plataforma de perfuração, além de um receptor e uma placa de circuito para receber e processar sinais de comando, respectivamente. O receptor é acoplado de forma comunicável a um transmissor alojado dentro de uma caixa do controle remoto. Uma pluralidade de controles é usada para enviar comandos de entrada ao transmissor, que por sua vez são transmitidos ao receptor para controlar as funções da plataforma de perfuração, tais como elevar e abaixar a torre de perfuração. Um conjunto de guincho de perfuração permite elevar e abaixar um bloco de deslocamento dentro da torre de perfuração, enrolando e desenrolando um cabo de perfuração conectado entre os mesmos.

[007] A Patente nº U.S. 4.057.166 fornece um método de perfuração de furo fino, em que um furo de poço de diâmetro não superior a cerca de 15,24 cm (6 polegadas) é perfurado usando uma taxa de rotação de tubo de perfuração de pelo menos 500 rpm e girando o tubo de perfuração com pelo menos um motor elétrico operativamente conectado ao tubo de perfuração. Unidades de potência de perfuração para executar o método de perfuração que emprega pelo menos um motor elétrico em conexão mecânica com o tubo de perfuração para girar o tubo de perfuração e se mover com o mesmo na medida em que avança em direção ao furo de poço e para longe do mesmo. Sumário

[008] De acordo com um aspecto, é fornecida uma plataforma de perfuração elétrica com um piso de perfuração posicionado sobre um poço de perfuração, um conjunto de peças de equipamentos de perfuração operáveis para perfurar o poço, em que um primeiro compartimento é posicionado remotamente do poço de perfuração e pelo menos um motor elétrico é alojado dentro do primeiro compartimento, em que o motor elétrico fornece energia a um ou mais dos conjuntos de peças de equipamento de perfuração.

[009] De acordo com outro aspecto, é fornecida uma plataforma de perfuração eletricamente alimentada que tem um piso de perfuração posicionado sobre um poço de perfuração, um conjunto de peças de equipamento de perfuração operáveis para perfurar o poço e pelo menos um motor elétrico que está alojado dentro de um primeiro compartimento, sendo que o motor elétrico fornece energia a um ou mais dos conjuntos de peças de equipamentos de perfuração e em que o primeiro compartimento fornece um amortecedor entre o pelo menos um motor elétrico e o poço de perfuração, pelo que o primeiro compartimento impede que faíscas do motor elétrico atinjam o poço de perfuração.

[010] De acordo com ainda outro aspecto, é fornecida uma plataforma de perfuração eletricamente alimentada que tem um piso de perfuração posicionado sobre um poço de perfuração, um conjunto de peças de equipamento de perfuração operáveis para perfurar o poço, sendo que o conjunto inclui um acionador de perfuração, pelo menos um motor elétrico e uma bomba hidráulica acionada pelo motor elétrico, sendo que a bomba hidráulica é configurada para fornecer energia hidráulica ao conjunto de peças de equipamento de perfuração.

[011] De acordo com ainda outro aspecto, é fornecido um método para operar uma plataforma de perfuração eletricamente alimentada. O método inclui posicionar um piso de perfuração sobre um poço de perfuração, fornecendo energia a partir de pelo menos um motor elétrico a um conjunto de peças de equipamento de perfuração operáveis a partir da perfuração do poço, em que o pelo menos um motor elétrico é alojado dentro de um primeiro compartimento posicionado remotamente do poço de perfuração e operar um conjunto de peças de equipamento de perfuração para perfurar o poço.

Breve Descrição dos Desenhos

[012] Para uma melhor compreensão das modalidades descritas no presente documento e para mostrar mais claramente como as mesmas podem ser realizadas, agora será feita referência, apenas a título de exemplo, aos desenhos anexos que mostram pelo menos uma modalidade exemplificativa e em que:

[013] a Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma primeira direção de uma plataforma de perfuração eletricamente alimentada, de acordo com uma modalidade exemplificativa;

[014] a Figura 2 ilustra uma vista em perspectiva de uma segunda direção da plataforma de perfuração eletricamente alimentada, de acordo com a modalidade exemplificativa;

[015] a Figura 3 ilustra uma vista em perspectiva de uma terceira direção da plataforma de perfuração eletricamente alimentada, de acordo com a modalidade exemplificativa;

[016] a Figura 4 ilustra uma vista em perspectiva de uma quarta direção da plataforma de perfuração eletricamente alimentada, de acordo com a modalidade exemplificativa;

[017] a Figura 5 ilustra uma vista em elevação de um primeiro lado da plataforma de perfuração eletricamente alimentada, de acordo com a modalidade exemplificativa;

[018] a Figura 6 ilustra uma vista em elevação de um segundo lado da plataforma de perfuração eletricamente alimentada, de acordo com a modalidade exemplificativa;

[019] a Figura 7 ilustra uma vista em elevação de um terceiro lado da plataforma de perfuração eletricamente alimentada, de acordo com a modalidade exemplificativa;

[020] a Figura 8 ilustra uma vista em elevação de um quarto lado da plataforma de perfuração eletricamente alimentada, de acordo com a modalidade exemplificativa;

[021] a Figura 9 ilustra uma vista em perspectiva da primeira direção da plataforma de perfuração eletricamente alimentada, de acordo com a modalidade exemplificativa, que mostra componentes localizados embaixo do piso de perfuração da mesma;

[022] a Figura 10 ilustra uma vista em perspectiva da quarta direção da plataforma de perfuração eletricamente alimentada, de acordo com a modalidade exemplificativa, que mostra os componentes localizados embaixo do piso de perfuração da mesma;

[023] a Figura 11 ilustra uma vista esquemática em elevação lateral de uma porção da plataforma de perfuração eletricamente alimentada, de acordo com uma modalidade exemplificativa; e

[024] a Figura 12 ilustra uma vista esquemática em elevação lateral da plataforma de perfuração eletricamente alimentada, de acordo com uma modalidade exemplificativa.

[025] Será observado que, por razões de simplificação e clareza de ilustração, os elementos mostrados nas figuras não foram necessariamente desenhados em escala. Por exemplo, as dimensões de alguns dos elementos podem ser exageradas em relação a outros elementos para maior clareza. Descrição Detalhada

[026] Será observado que, para simplificação e clareza da ilustração, quando considerado apropriado, números de referência podem ser repetidos entre as figuras para indicar elementos ou etapas correspondentes ou análogas. Além disso, inúmeros detalhes específicos são estabelecidos para fornecer um entendimento completo das modalidades exemplificativas descritas no presente documento. No entanto, será entendido pelos versados na técnica que as modalidades descritas no presente documento podem ser praticadas sem esses detalhes específicos. Em outros casos, métodos, procedimentos e componentes conhecidos não foram descritos em detalhes para não obscurecer as modalidades descritas no presente documento. Além disso, essa descrição não deve ser considerada como limitativa do escopo das modalidades descritas no presente documento de forma alguma, mas apenas como uma descrição da implementação das várias modalidades descritas no presente documento.

[027] Com referência agora às Figuras 1 a 4, são ilustradas no presente documento vistas em perspectiva de quatro direções diferentes da plataforma de perfuração eletricamente alimentada 1, de acordo com uma modalidade exemplificativa em um estado implantado. As Figuras 5 a 8 ilustram vistas em elevação de quatro lados diferentes da plataforma de perfuração eletricamente alimentada 1. A plataforma de perfuração 1, quando implantada, inclui um piso de perfuração 8 que está posicionado sobre um poço 16 sendo perfurado. Como comumente usado na técnica anterior, o piso de perfuração 8 é uma plataforma que é elevada sobre a superfície do piso a ser perfurado. Uma escada 24 é fornecida para os trabalhadores acessarem a superfície do piso de perfuração 8 durante uma operação de perfuração.

[028] A plataforma de perfuração 1 inclui um conjunto de peças de equipamento de perfuração que podem ser operadas em conjunto para realizar a operação de perfuração, conforme descrito mais adiante no presente documento.

[029] A plataforma de perfuração 1 inclui um mastro de perfuração 32 e torre de sustentação 36 que se estendem verticalmente para cima a partir do piso de perfuração 8 e são substancialmente alinhados com o poço de perfuração 16.

[030] O mastro de perfuração 32 sustenta várias peças de equipamento de perfuração usadas para perfurar o poço 16, tal como uma polia de bloco de coroa

40, uma porção da linha de perfuração, um bloco de deslocamento 42, um acionador de perfuração 44, um tubo de perfuração 46 e uma broca de perfuração.

[031] Um primeiro compartimento 48 é posicionado ao lado do piso de perfuração 8 quando a plataforma de perfuração 1 é implantada adequadamente. Conforme ilustrado, o primeiro compartimento 48 é posicionado nas proximidades de uma borda do piso de perfuração 8. No entanto, o primeiro compartimento 48 está localizado remotamente do poço de perfuração 16 (como visto na Figura 10). No exemplo ilustrado, a superfície de base do primeiro compartimento 48 sobre a superfície do solo não se sobrepõe à superfície de base do piso de perfuração 8. O primeiro compartimento 48 pode ser disposto na superfície de piso que está sendo perfurada. Por exemplo, e como ilustrado, o primeiro compartimento 48 é um contêiner de transporte.

[032] Com referência agora à Figura 11, é ilustrada uma vista em corte elevada de uma porção da plataforma de perfuração 1 que inclui o primeiro compartimento 48. Conforme ilustrado, uma parede lateral da broca 56 do primeiro compartimento 48 é posicionada nas proximidades de uma primeira borda 64 do piso de perfuração 8. No entanto, no exemplo ilustrado, a superfície de base 72 ocupada pelo primeiro compartimento 48 não se sobrepõe à superfície de base 80 do piso de perfuração

1.

[033] O primeiro compartimento 48 aloja vários componentes da plataforma de perfuração 1. Como ilustrado, pelo menos um motor elétrico 88 está alojado dentro do primeiro compartimento 48. O motor elétrico 88 fornece energia elétrica para um ou mais dos conjuntos de peças de equipamento de perfuração. Um sistema de gerenciamento de bateria operável para gerenciar a entrega de eletricidade de uma bateria ao motor elétrico 88 também pode ser alojado dentro do primeiro compartimento 48. Alternativamente, o sistema de gerenciamento de bateria pode ser localizado fora do primeiro compartimento 48.

[034] Mais particularmente, o motor elétrico 88 fornece energia a pelo menos uma bomba hidráulica 90 que fornece energia hidráulica a uma ou mais peças de equipamento de perfuração alimentadas hidraulicamente. A bomba hidráulica 90 também pode ser alojada dentro do primeiro compartimento 48.

[035] A pelo menos uma bomba hidráulica 90 alimentada pelo motor elétrico 88 pode ser usada para alimentar um guincho de tração 96 usado para estender ou retrair a linha de perfuração.

[036] A pelo menos uma bomba hidráulica 90 alimentada pelo motor elétrico 88 também pode ser usada para alimentar o acionador de perfuração 44 para girar a broca de perfuração.

[037] Continuando com a Figura 11, o primeiro compartimento 48 também pode alojar uma bomba de lama 104. O pelo menos um motor elétrico 88 também pode alimentar a bomba de lama 104 (através da bomba hidráulica 90). O primeiro compartimento 48 pode ainda alojar pelo menos um acumulador hidráulico 112. O fluido hidráulico usado pela bomba hidráulica 90, a bomba de lama 104 e/ou outras peças de equipamento de perfuração alimentadas hidraulicamente podem ser armazenadas dentro do acumulador hidráulico 112.

[038] Um sistema de controle hidráulico também pode ser alojado dentro do primeiro compartimento 48. Esse sistema de controle hidráulico pode ser usado para selecionar equipamentos hidráulicos (por exemplo, guincho de trabalho de tração 96, bomba de lama 104, etc.) que recebe fluido hidráulico sob pressão da bomba hidráulica 90 e/ou acumulador hidráulico 112. O sistema de controle hidráulico pode ser uma série de válvulas interconectadas. Em outra modalidade, o sistema de controle hidráulico pode incluir uma pluralidade de conectores de encaixe rápido para conectar seletivamente várias peças de equipamento hidráulico ao acumulador hidráulico 112.

[039] O primeiro compartimento 48 também pode alojar uma caixa de engrenagens (não ilustrada) para o guincho de trabalho de tração 96. Um banho de óleo lubrificante no qual a caixa de engrenagens é mergulhada para manter a lubrificação da caixa de engrenagens também pode ser alojado dentro da caixa de engrenagens.

[040] Será entendido que vários componentes da plataforma de perfuração 1 são alimentados pelo pelo menos um motor elétrico 88 de maneira indireta. Mais particularmente, uma ou mais peças de equipamento de perfuração são alimentadas indiretamente pelo motor elétrico 88 através da bomba hidráulica 90. O pelo menos um motor elétrico 88 fornece energia elétrica para acionar a bomba hidráulica 90. A bomba hidráulica 90, então, fornece fluido pressurizado para acionar as peças de equipamento de perfuração, tais como o guincho de tração e o acionador de perfuração 44.

[041] Observou-se que o motor elétrico 88 pode ser suscetível a soltar faíscas durante a operação. Tais faíscas podem ser um risco de incêndio se ocorrerem perto de substâncias inflamáveis ou combustíveis, tal como gás natural ou óleo. De acordo com várias modalidades exemplificativas descritas no presente documento, alojar o motor elétrico 88 dentro do primeiro compartimento 48 fornece uma importante medida de segurança em que a plataforma de perfuração 1 é usada em uma operação para perfurar substâncias inflamáveis ou combustíveis, tal como gás natural ou óleo. Além disso, o posicionamento do primeiro compartimento 48 remotamente do poço de perfuração também melhora a segurança. Ao alojar o motor elétrico 88 dentro do primeiro compartimento 48, o compartimento 48 atua como um amortecedor entre o motor elétrico 88 e o poço de perfuração 16, pelo que quaisquer faíscas liberadas pelo motor elétrico 88 são impedidas de serem liberadas fora do compartimento 48, em que os mesmos apresentam risco de incêndio. A localização remota do primeiro compartimento 48 do poço de perfuração 16 reduz significativamente a probabilidade de quaisquer faíscas liberadas pelo motor elétrico 88 atingirem o poço de perfuração 16.

[042] O alojamento do motor elétrico 88 e outras peças de equipamento, tais como a bomba de lama 104, o acumulador hidráulico 112, a bomba hidráulica 90, o sistema de controle hidráulico, etc., dentro do primeiro compartimento 48 facilita o transporte dessas peças de equipamento. Por exemplo, onde o primeiro compartimento 48 é um contêiner de transporte, essas peças de equipamento podem ser facilmente transportadas por caminhão, trem ou navio para vários locais.

[043] A plataforma de perfuração de energia elétrica 1 inclui ainda pelo menos uma bateria 120 para fornecer eletricidade ao motor elétrico 88. A bateria 120 pode ser conectada seletivamente ao motor elétrico 88. Como ilustrado, as linhas de energia elétrica 128 conectam seletivamente a bateria 120 ao motor elétrico 88 alojado dentro do primeiro compartimento 48. Múltiplas baterias 120 podem ser conectadas juntas para fornecer energia ao motor elétrico 88. Cada bateria 120 pode ser formada por uma pluralidade de células de bateria que estão alojadas dentro de um segundo compartimento. O segundo compartimento pode ser um segundo contêiner de transporte ou pode ter o tamanho e o formato de um contêiner de transporte. Como ilustrado na Figura 1, em que a bateria 120 está alojada dentro do segundo contêiner de transporte foi montada em um reboque com rodas 136, de modo que a bateria 120 seja móvel. Por conseguinte, quando a carga elétrica em uma primeira bateria 120 foi drenada, essa bateria 120 pode ser desconectada do motor elétrico 88 e movida para um local de carregamento. Uma segunda bateria carregada 120 pode, então, ser movida para perto do motor elétrico 88 e conectada ao mesmo para continuar alimentando o motor elétrico 88.

[044] De acordo com várias modalidades exemplificativas, o local de carregamento pode ser localizado remotamente do local de perfuração. Por exemplo, o local de carregamento pode ser conectado a uma rede elétrica e a bateria esgotada 120 é transportada para o local de carregamento e carregada com o uso de energia da rede elétrica. Será observado que o carregamento da bateria da rede elétrica pode reduzir o impacto ambiental geral da operação da plataforma de perfuração 1, como onde a energia na rede elétrica é produzida usando recursos renováveis.

[045] De acordo com outras modalidades exemplificativas, o local de carregamento pode estar localizado no local de perfuração ou próximo do mesmo. Quando não houver uma conexão com uma rede elétrica, a bateria pode ser carregada usando um gerador. Como descrito em outra parte do presente documento, o uso de um gerador para recarregar a bateria também pode reduzir o impacto ambiental da operação da plataforma de perfuração 1 em comparação com o uso de um motor de combustível fóssil para acionar diretamente as várias peças do equipamento de perfuração.

[046] Continuando com a Figura 1, de acordo com uma modalidade exemplificativa, a plataforma de perfuração 1 inclui ainda um terceiro compartimento 142, que pode ser um terceiro contêiner de transporte, que abriga um ou mais reservatórios para armazenar fluido de perfuração (comumente conhecido como lama de perfuração). Como é conhecido na técnica, o fluido de perfuração é eficaz para remover aparas do poço 16, controlar a pressão dentro do poço 16 e resfriar e lubrificar a broca, além de fornecer outras funções úteis na operação de perfuração. Como ilustrado, o terceiro compartimento 142 está localizado próximo ao piso de perfuração 8 em um terceiro lado do mesmo. O fluido de perfuração é bombeado para o poço de perfuração durante uma operação de perfuração pela bomba de lama 104.

[047] A plataforma de perfuração 1 inclui ainda um separador de vapor e líquido 150 que recebe o líquido recuperado do poço 16 durante a operação de perfuração. O separador de vapor-líquido 150 é eficaz para separar substâncias gasosas dentro do material recuperado das substâncias líquidas. As substâncias líquidas que são separadas ainda são recebidas dentro de um tanque de retorno 158. No exemplo ilustrado, o separador de vapor-líquido 150 e o tanque de retorno de fluxo 158 estão localizados nas proximidades do piso de perfuração 8 em um segundo lado do mesmo.

[048] Um centro de controle 164 também está posicionado nas proximidades do piso de perfuração 8 e a uma altura nivelada ou superior à superfície superior do piso de perfuração 8. O centro de controle 164 aloja os controles eletrônicos para controlar várias peças de equipamento de perfuração durante uma operação de perfuração. O pessoal operacional está posicionado no centro de controle 164, supervisiona a operação de perfuração, emite comandos necessários e controla as peças do equipamento de perfuração durante a operação de perfuração. No exemplo ilustrado, o piso de perfuração 8 tem uma altura aproximadamente igual a um contêiner de transporte padrão e o centro de controle 164 está posicionado no topo do terceiro compartimento 142. Uma escada é fornecida para acessar o centro de controle.

[049] O exemplo de plataforma de perfuração 1 ilustrado nas figuras inclui ainda um suporte de tubos 168 e uma rampa de tubo 172 posicionada em um quarto lado do piso de perfuração 8. Os segmentos de tubo de perfuração são armazenados no suporte de tubos 168 e são transportados através da rampa de tubo 172 para o piso de perfuração 8, pelo que cada segmento é gradualmente conectado a um tubo de perfuração que já se estende para o poço de perfuração 16 enquanto a operação de perfuração está em andamento.

[050] Com referência agora à Figura 12, é ilustrada uma vista em elevação lateral da plataforma de perfuração 1 em estado implantado. Como já descrito, o piso de perfuração 8 é posicionado sobre o poço de perfuração 16. Mais particularmente, o mastro de perfuração 32 é erguido de modo que a broca 176 esteja alinhada com o poço de perfuração 16. O primeiro compartimento 48 está posicionado próximo ao piso de perfuração 8, mas remotamente do poço de perfuração 16.

[051] No exemplo ilustrado, o guincho de tração 96 é posicionado perto do compartimento 48 para receber energia do motor elétrico 88 alojado dentro do compartimento 48. Uma linha de perfuração 180 se estende a partir do guincho de tração 96 até a base do mastro 32, até a polia do bloco de coroa 40 e até a broca de perfuração 176.

[052] Em várias modalidades exemplificativas, o mastro de perfuração 32 é dobrável. Ou seja, o mastro de perfuração 32 pode ser transportado para o local de perfuração já tendo sido montado. O mastro de perfuração 32 é, então, elevado até a sua posição ereta para implantação. A montagem do mastro de perfuração 32 pode ser executada com o uso de pelo menos um atuador hidráulico. O atuador hidráulico pode ser alimentado pela bomba hidráulica 90 e/ou acumulador hidráulico 112 alojado no compartimento 48.

[053] No exemplo ilustrado nas figuras, os atuadores hidráulicos 188 são fornecidos para elevar e abaixar o mastro de perfuração dobrável 32. Os atuadores hidráulicos 188 se conectam em suas extremidades do cilindro a um membro de base 204 que fica no topo do piso de perfuração 1. As extremidades do pistão do atuador hidráulico 188 estão conectadas ao mastro de perfuração dobrável 32. O membro de base 204 pode alojar ainda mais linhas hidráulicas que recebem fluido hidráulico da bomba hidráulica 90 e/ou do acumulador hidráulico 112.

[054] No exemplo ilustrado nas Figuras 11 e 12, um par de atuadores hidráulicos paralelos 188 é fornecido para elevar e abaixar o mastro de perfuração dobrável 32. No entanto, um único atuador ou mais de dois atuadores podem ser usados. Uma linha de montagem 220 também é fornecida para elevar e abaixar o mastro de perfuração dobrável 32. Como ilustrado, um guincho secundário 228 controla a extensão e a retração da linha de montagem 220. A linha de montagem 220 se estende a partir do guincho secundário 228 até um topo do mastro de perfuração dobrável 32. O guincho secundário 228 também pode ser alimentado pelo motor elétrico 88 alojado dentro do compartimento 48. Como ilustrado adicionalmente, o guincho secundário 228 é fixado a uma parede frontal 56 do compartimento 48, pelo que o compartimento 48 atua como base para o guincho 228 e a linha de montagem

220.

[055] De acordo com uma modalidade exemplificativa da plataforma de perfuração 1 para perfuração de furo fino, um motor elétrico 88 classificado com aproximadamente 300 kW de potência é selecionado. Deverá ser observado que esta classificação de potência está na mesma ordem de magnitude de um motor diesel de 250HP (186kW). Além disso, uma bateria 120 com uma capacidade de armazenamento de aproximadamente 4MWh é selecionada para fornecer energia ao motor elétrico 88. Isso fornece ao motor elétrico 88 uma autonomia de bateria contínua de cerca de 12 horas. Por exemplo, 16 baterias classificadas em 210 kWh (por exemplo: bateria PowerPackTM da TeslaTM) fornecem uma capacidade de armazenamento de 4,2MWh. No entanto, será entendido que o motor elétrico 88 pode ter uma classificação de potência diferente. De modo similar, as baterias oferecidas por diferentes fabricantes podem ser usadas.

[056] Várias modalidades exemplificativas da plataforma de perfuração elétrica 1 descrita no presente documento fornecem uma superfície de base menor quando implantada quando comparada às plataformas de perfuração convencionais.

[057] O uso de um motor elétrico 88 para alimentar a plataforma de perfuração 1 é particularmente bem-adaptado para perfurações de furos finos. As modalidades exemplificativas descritas no presente documento podem usar equipamento desenvolvido para mineração e perfuração de bobina e adaptar esse equipamento para exploração de petróleo e gás. Essa exploração pode ser mais segura e eficiente do que os métodos atualmente disponíveis. Quando comparadas a uma plataforma de petróleo regular, as operações descritas no presente documento podem usar um tubo de perfuração mais curto, o que resulta em um mastro de perfuração mais curto e em um piso de perfuração menor. Além disso, para perfuração de furo fino, menos fluido de perfuração é usado, o que permite reduzir a capacidade do recipiente que contém o fluido de perfuração. Ao combinar os tubos de perfuração usados para mineração com um motor de lama para perfuração em bobina, é possível perfurar com flexibilidade até 3.500 metros de profundidade.

[058] Além disso, a superfície de base da plataforma de perfuração 1 pode ser substancialmente reduzida, por exemplo, para cerca de 900 m2 (ex: 30 m por 30 m). A superfície de base da plataforma de perfuração 1 corresponde à área ocupada pelo piso de perfuração 8 e a todos os outros elementos localizados ao redor dos pisos de perfuração, tais como o compartimento 48, a bateria 120, o centro de controle 164, o suporte de tubos 168, a rampa de tubo 172, separador de líquidos 150 e tanque de retorno de fluxo 158, etc. Além disso, o uso do motor elétrico 88 pode reduzir a necessidade de manutenção, o que reduz ainda mais a quantidade de pessoal necessária para operar a plataforma.

[059] Observou-se que a demanda de energia no motor de várias peças de equipamento de perfuração pode ser altamente variável durante uma operação de perfuração. Por exemplo, a demanda de energia variará de acordo com qual equipamento (ex: guincho de tração, acionador de perfuração, etc.) está sendo atualmente acionado. Observou-se ainda que a demanda variável de energia geralmente pode fazer com que um motor a diesel ou outro motor de combustível fóssil seja operado fora de uma faixa de pico de eficiência do motor (ex: fora de uma faixa de RPM na qual o motor fornece energia da maneira mais eficiente). Por outro lado, o motor elétrico 88 usado em várias modalidades exemplificativas descritas no presente documento consome uma quantidade de energia elétrica de uma bateria 120 que é substancialmente linear proporcional à demanda de energia. Ou seja, o motor elétrico 88 não tem uma faixa de eficiência de pico tão clara quanto um motor a diesel ou similar. Por conseguinte, o uso do motor elétrico 88 pode alcançar maior eficiência energética geral na operação de perfuração. Além disso, como descrito em outra parte do presente documento, a bateria 120 pode ser carregada com o uso de energia renovável, quando disponível, o que pode reduzir ainda mais o impacto ambiental.

[060] Em várias modalidades exemplificativas em que um gerador (por exemplo, um gerador a diesel) é usado para recarregar a bateria 120 que é, então, usada para alimentar o motor elétrico 88, uma eficiência mais alta no uso de energia pode ser alcançada em comparação com o uso de um motor a diesel para alimentar diretamente as várias peças do equipamento de perfuração. Como descrito acima, enquanto o motor a diesel seria operado fora de sua faixa de eficiência de pico devido à variabilidade na demanda de energia dos equipamentos de perfuração, o consumo de energia pelo motor elétrico 88 é substancialmente linear com a demanda de energia. Além disso, ao ser operado para carregar uma bateria, o gerador pode ser operado de modo contínuo dentro de sua faixa de pico de eficiência. Será observado que a combinação do motor elétrico 88 e do gerador evita o desperdício de energia causado pelos períodos de operação de um motor de combustível fóssil fora de sua faixa de pico de eficiência.

[061] De acordo com um método para operar uma plataforma de perfuração 1, os componentes da plataforma de perfuração 1 são transportados para o local de perfuração em sua forma desmontada. Como descrito em outra parte do presente documento, o alojamento de vários componentes em vários compartimentos, tais como os contêineres 48, 120 e 142, facilita o transporte para o local de perfuração.

[062] Após a chegada ao local de perfuração, a plataforma de perfuração 1 é montada. A montagem inclui a montagem do piso de perfuração 8 e a colocação de vários contêineres que abrigam o equipamento de perfuração em seus locais apropriados, conforme descrito em outra parte do presente documento.

[063] Será observado que vários componentes estão prontos para uso quando fechados no contêiner de transporte, tais como o motor elétrico 88 e a bomba hidráulica 90 estando prontos para uso a partir do primeiro contêiner 48, sendo que a bateria 120 pode ser utilizada enquanto montada no reboque com rodas 136 e o fluido de perfuração está pronto para uso enquanto fechado no terceiro recipiente

142. Isso facilita ainda mais a instalação na chegada ao local de perfuração.

[064] A bateria 120 é, então, conectada ao pelo menos um motor elétrico 88 para que a energia possa ser fornecida a várias peças de equipamento de perfuração. Inicialmente, o motor elétrico 88 pode ser operado para alimentar a bomba hidráulica 90, de modo a carregar ainda mais o acumulador 112. Por conseguinte, a energia do motor elétrico 88 (através da bomba hidráulica 90 e do acumulador 112) pode ser usada para concluir a montagem da plataforma de perfuração. Isso inclui operar o atuador hidráulico 188 e/ou o guincho secundário 228 para erguer o mastro de perfuração dobrável 32.

[065] Após a conclusão da montagem da plataforma de perfuração 1, a plataforma 1 pode ser operada para perfurar o poço de perfuração. A perfuração do poço inclui a operação do motor elétrico 88 para fornecer energia ao conjunto de peças de equipamento de perfuração. Isso pode incluir alimentar a bomba hidráulica 90, usar o fluido pressurizado para alimentar o acionador de perfuração 44 e causar a rotação da broca, controlar a altura do acionador de perfuração 44 e da broca 176 através do guincho de tração 96 e operar a bomba de lama 104.

[066] A operação de perfuração é continuada até que a bateria 120 que fornece energia elétrica se esgote. Quando a bateria 120 está descarregada, a bateria 120 descarregada é desconectada do motor elétrico 88 e levada a um local de carregamento para recarga. Como descrito em outra parte no presente documento,

a bateria 120 pode ser carregada a partir de uma rede elétrica ou usando um gerador. Outra bateria 120 totalmente carregada é transportada imediatamente para o local de perfuração e conectada a pelo menos um motor elétrico 88 para que a operação de perfuração possa continuar. Como descrito no presente documento, a capacidade de armazenamento da bateria 120 é selecionada de acordo com a classificação do motor elétrico 88, de modo a permitir a operação por um ciclo de aproximadamente 12 horas de duração. Esse ciclo de 12 horas corresponde à duração típica de um turno de trabalho no setor de exploração de petróleo e gás.

[067] A operação de perfuração pode ser continuada até que uma profundidade desejada do poço de perfuração 16 seja alcançada. Embora a descrição acima forneça exemplos das modalidades, será observado que algumas características e/ou funções das modalidades descritas são suscetíveis à modificação sem se afastar da essência e dos princípios de operação das modalidades descritas. Por conseguinte, o que foi descrito acima pretende ser ilustrativo e não limitativo e será entendido por pessoas versadas na técnica que outras variantes e modificações podem ser feitas sem se afastar do escopo da invenção, conforme definido nas reivindicações anexadas ao presente documento.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Plataforma de perfuração alimentada eletricamente caracterizada pelo fato de que compreende: um piso de perfuração posicionado sobre um poço de perfuração; um conjunto de peças de equipamento de perfuração operáveis para perfurar o poço; um primeiro compartimento sendo posicionado remotamente do poço de perfuração; pelo menos um motor elétrico sendo alojado dentro do primeiro compartimento, em que o motor elétrico fornece energia a um ou mais dos conjuntos de peças de equipamento de perfuração; e pelo menos uma bateria móvel seletivamente conectável ao motor elétrico para fornecer energia elétrica ao mesmo, sendo a bateria móvel alojada dentro de um segundo compartimento.

2. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro compartimento está posicionado nas proximidades do piso de perfuração.

3. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que uma superfície de base do primeiro compartimento não se sobrepõe a uma superfície de base do piso de perfuração.

4. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o primeiro compartimento fornece um amortecedor entre o pelo menos um motor elétrico e o poço de perfuração, pelo que o primeiro compartimento impede que faíscas do motor elétrico atinjam o poço de perfuração.

5. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o primeiro compartimento é um primeiro contêiner de transporte.

6. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que compreende ainda pelo menos uma bomba hidráulica sendo alimentada pelo motor elétrico e configurada para fornecer energia hidráulica ao conjunto de peças de equipamento de perfuração, a bomba hidráulica também sendo alojada dentro do primeiro compartimento.

7. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o conjunto de peças de equipamento de perfuração alimentado pela bomba hidráulica compreende tubos de perfuração usados para mineração e um motor de lama para perfuração em bobina.

8. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o conjunto de peças de equipamento de perfuração compreende uma bomba de lama para bombear fluido de perfuração para o poço de perfuração, sendo que a bomba de lama é alimentada pelo motor elétrico e está alojada dentro do primeiro compartimento.

9. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um acumulador hidráulico para a bomba de lama, sendo que o acumulador hidráulico está alojado dentro do primeiro compartimento.

10. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que uma capacidade de armazenamento da bateria fornece aproximadamente 12 horas de duração de bateria para fornecer energia elétrica ao pelo menos um motor elétrico.

11. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que o segundo compartimento é montável em um reboque com rodas.

12. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um terceiro compartimento para armazenar fluido de perfuração.

13. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o terceiro compartimento é um terceiro contêiner de transporte.

14. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que o conjunto de peças de equipamento de perfuração que recebem energia do motor elétrico compreende um ou mais dentre uma bomba hidráulica, um guincho de tração, acionador de perfuração e atuador hidráulico e um guincho secundário para erguer um mastro de perfuração dobrável.

15. Plataforma de perfuração alimentada eletricamente caracterizada pelo fato de que compreende: um piso de perfuração posicionado sobre um poço de perfuração; um conjunto de peças de equipamento de perfuração operáveis para perfurar o poço; pelo menos um motor elétrico sendo alojado dentro de um primeiro compartimento, em que o motor elétrico fornece energia a um ou mais do conjunto de peças de equipamento de perfuração e o primeiro compartimento fornece um amortecedor entre o pelo menos um motor elétrico e o poço de perfuração, pelo que o primeiro compartimento impede que faíscas do motor elétrico atinjam o poço de perfuração; e pelo menos uma bateria móvel seletivamente conectável ao motor elétrico para fornecer energia elétrica ao mesmo, sendo que a bateria móvel é alojada dentro de um segundo compartimento.

16. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que o primeiro compartimento está posicionado na proximidade do piso de perfuração.

17. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 15 ou 16, caracterizada pelo fato de que uma superfície de base do primeiro compartimento não se sobrepõe a uma superfície de base do piso de perfuração.

18. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 17, caracterizada pelo fato de que o primeiro compartimento é um primeiro contêiner de transporte.

19. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 18, caracterizada pelo fato de que compreende ainda pelo menos uma bomba hidráulica sendo alimentada pelo motor elétrico e configurada para fornecer energia hidráulica ao conjunto de peças de equipamento de perfuração, a bomba hidráulica também sendo alojada dentro do primeiro compartimento.

20. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelo fato de que o conjunto de peças de equipamento de perfuração alimentado pela bomba hidráulica compreende tubos de perfuração usados para mineração e um motor de lama para perfuração em bobina.

21. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 20, caracterizada pelo fato de que o conjunto de peças de equipamento de perfuração compreende uma bomba de lama para bombear fluido de perfuração para o poço de perfuração, sendo que a bomba de lama é alimentada pelo motor elétrico e está alojada dentro do primeiro compartimento.

22. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um acumulador hidráulico para a bomba de lama, sendo que o acumulador hidráulico está alojado dentro do primeiro compartimento.

23. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 22, caracterizada pelo fato de que uma capacidade de armazenamento da bateria fornece aproximadamente 12 horas de duração de bateria para fornecer energia elétrica ao pelo menos um motor elétrico.

24. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 23, caracterizada pelo fato de que o segundo compartimento é montável em um reboque com rodas.

25. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 24, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um terceiro compartimento para armazenar fluido de perfuração.

26. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 25, caracterizada pelo fato de que o terceiro compartimento é um terceiro contêiner de transporte.

27. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 26, caracterizada pelo fato de que o conjunto de peças de equipamento de perfuração que recebem energia do motor elétrico compreende um ou mais dentre uma bomba hidráulica, um guincho de tração, acionador de perfuração, atuador hidráulico e um secundário guincho para erguer um mastro de perfuração dobrável.

28. Plataforma de perfuração alimentada eletricamente caracterizada pelo fato de que compreende: um piso de perfuração posicionado sobre um poço de perfuração; um conjunto de peças de equipamento de perfuração operáveis para perfurar o poço, sendo que o conjunto inclui um acionador de perfuração; pelo menos um motor elétrico; pelo menos uma bateria móvel seletivamente conectável ao motor elétrico para fornecer energia elétrica ao mesmo; e uma bomba hidráulica alimentada pelo motor elétrico, sendo que a bomba hidráulica é configurada para fornecer energia hidráulica ao conjunto de peças de equipamento de perfuração, sendo a bomba hidráulica juntamente com o motor elétrica fechados fornecendo um amortecedor entre a bomba hidráulica juntamente com o motor elétrico e o poço de perfuração, prevenindo, assim, que faíscas do motor elétrico alcancem o poço de perfuração.

29. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 28, caracterizada pelo fato de que o conjunto de peças de equipamento de perfuração que recebe energia do motor elétrico compreende um ou mais dentre um guincho de tração, acionador de perfuração, atuador hidráulico e um guincho secundário para erguer um mastro de perfuração dobrável.

30. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 29, caracterizada pelo fato de que o conjunto de peças de equipamento de perfuração alimentado pela bomba hidráulica compreende tubos de perfuração usados para mineração e um motor de lama para perfuração em bobina.

31. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 29 ou 30, caracterizada pelo fato de que o conjunto de peças de equipamento de perfuração compreende uma bomba de lama para bombear fluido de perfuração para o poço de perfuração.

32. Plataforma de perfuração, de acordo com a reivindicação 31, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um acumulador hidráulico para a bomba de lama.

33. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 32, caracterizada pelo fato de que uma capacidade de armazenamento da bateria fornece aproximadamente 12 horas de duração de bateria para fornecer energia elétrica ao pelo menos um motor elétrico.

34. Plataforma de perfuração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 33, caracterizada pelo fato de que a bateria móvel é montável em um reboque com rodas.

35. Método para operar uma plataforma de perfuração elétrica, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: posicionar um piso de perfuração sobre um poço de perfuração; fornecer energia a partir de pelo menos um motor elétrico sendo fornecida por uma bateria móvel a um conjunto de peças de equipamento de perfuração operáveis para perfurar o poço, sendo que o pelo menos um motor elétrico está alojado dentro de um primeiro compartimento posicionado remotamente do poço de perfuração, sendo que o primeiro compartimento é um primeiro contêiner de transporte; e operar um conjunto de peças de equipamento de perfuração para perfurar o poço.

36. Método, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o primeiro compartimento é posicionado próximo ao piso de perfuração.

37. Método, de acordo com a reivindicação 35 ou 36, caracterizado pelo fato de que uma superfície de base do primeiro compartimento não se sobrepõe a uma superfície de base do piso de perfuração.

38. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 35 a 37, caracterizado pelo fato de que o primeiro compartimento fornece um amortecedor entre pelo menos um motor elétrico e o poço de perfuração, pelo que o primeiro compartimento impede que faíscas do motor elétrico atinjam o poço de perfuração.

39. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 35 a 38, caracterizado pelo fato de que fornecer energia a partir de pelo menos um motor elétrico para o conjunto de peças de equipamento de perfuração compreende: alimentar uma bomba hidráulica com o uso de energia elétrica do motor elétrico, sendo que a bomba hidráulica está alojada dentro do primeiro compartimento; e fornecer fluido pressurizado a partir da bomba hidráulica para alimentar o conjunto de peças de equipamento de perfuração.

40. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 35 a 39, caracterizado pelo fato de que o conjunto de peças de equipamento de perfuração compreende uma bomba de lama para bombear fluido de perfuração para o poço de perfuração, sendo que a bomba de lama é alimentada pelo motor elétrico e está alojada dentro do primeiro compartimento.

41. Método, de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que o fluido de perfuração é armazenado em um compartimento diferente do primeiro compartimento.

42. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 35 a 41, caracterizado pelo fato de que uma capacidade de armazenamento da bateria fornece aproximadamente 12 horas de duração de bateria para fornecer energia elétrica ao pelo menos um motor elétrico.

43. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 35 a 42, caracterizado pelo fato de que a bateria móvel é substituível.

44. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 35 a 43, caracterizado pelo fato de que o conjunto de peças de equipamento de perfuração que recebe energia do motor elétrico compreende um ou mais dentre um guincho de tração, acionador de perfuração, atuador hidráulico e um guincho secundário para erguer um mastro de perfuração dobrável.