BR112020017873A2

BR112020017873A2 - Módulo fechado para um sistema de fundo de poço

Info

Publication number: BR112020017873A2
Application number: BR112020017873-0A
Authority: BR
Inventors: Volker Peters; Marion Fischer
Original assignee: Baker Hughes Holdings Llc
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2020-12-22
Also published as: CN112020595A; GB2586397A; GB202015325D0; GB2586397B; US10858934B2; WO2019173177A1; NO20201023A1; US20190271227A1; CN112020595B

Abstract

um dispositivo para medir um parâmetro de interesse no fundo do poço inclui uma componente de fundo de poço configurado para ser disposto em um furo formado em uma formação de solo, e ao menos um módulo configurado para ser conectado de modo removível ao componente de fundo de poço. o ao menos um módulo circunda ao menos parcialmente um sensor configurado para medir o parâmetro de interesse. o ao menos um módulo ao menos parcialmente circunda um dispositivo de comunicação para comunicação sem fio.

Description

"MÓDULO FECHADO PARA UM SISTEMA DE FUNDO DE POÇO" REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE DEPÓSITO CORRELATOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício do pedido US nº 15/912154, depositado em 5 de março de 2018, que está incorporado na presente invenção, a título de referência, em sua totalidade.

ANTECEDENTES

[0002] A perfuração direcional é comumente empregada em operações de exploração e produção de hidrocarbonetos. A perfuração direcional é tipicamente realizada com o uso de módulos de sensor e/ou conjuntos de direcionamento que atuam para mudar a direção de uma broca de perfuração. Um tipo de conjunto de perfuração direcional envolve uma assim chamada "luva não giratória" que inclui dispositivos para gerar forças contra uma parede do poço ou dispositivos que flexionam um eixo de acionamento que passa através da luva não giratória. Em tais aplicações, a luva não giratória é tipicamente apoiada por mancais que permitem que a luva permaneça relativamente estacionária em relação à formação de solo. A posição estacionária da luva permite a aplicação de forças relativamente estacionárias à parede do poço para criar um sentido de direcionamento.

[0003] Os conjuntos de perfuração direcional contam tipicamente com os módulos sensores que medem vários parâmetros no fundo do poço. Os módulos sensores podem fornecer sinais para os operadores que, por sua vez, podem controlar os dispositivos para gerar as forças contra a parede do poço. Os módulos sensores atuais são tipicamente construídos dentro do conjunto de perfuração. O teste, verificação e manutenção de módulos sensores exige técnicos altamente qualificados, são demorados e muitas vezes exigem uma desmontagem em nível de ferramenta.

SUMÁRIO

[0004] É revelado um dispositivo para medir um parâmetro de interesse no fundo do poço que inclui uma componente de fundo de poço configurado para ser disposto em um furo formado em uma formação de solo, e ao menos um módulo configurado para ser conectado de modo removível ao componente de fundo de poço. O ao menos um módulo envolve ao menos parcialmente um sensor configurado para medir o parâmetro de interesse. O ao menos um módulo ao menos parcialmente envolve um dispositivo de comunicação para comunicação sem fio.

[0005] Também é revelado um método para medir um parâmetro de interesse em uma operação de fundo de poço que incluí dispor um componente de fundo de poço em uma formação de solo, e conectar de modo removível um módulo ao componente de fundo de poço. O módulo envolve ao menos parcialmente um sensor configurado para medir um parâmetro de interesse e um dispositivo de comunicação para comunicação sem fio. O parâmetro de interesse é detectado pelo sensor, e os dados | comunicados através do dispositivo de comunicação. Os dados são com base no parâmetro de interesse.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0006] O assunto, que é considerado como a invenção, é particularmente descrito e distintamente reivindicado nas reivindicações ao final deste relatório descritivo. O supracitado e outras características e vantagens da invenção ficarão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir tomada em conjunto com os desenhos em anexo, em que:

[0007] A Figura 1 representa uma modalidade de um sistema de perfuração e/ou medição;

[0008] A Figura 2 representa uma modalidade de um conjunto de direcionamento para um sistema de perfuração, que inclui um módulo montado em uma luva não giratória;

[0009] A Figura 3 representa o conjunto de direcionamento da Figura 2 com o módulo removido da luva não giratória;

[0010] As Figuras 4A e 4B são vistas em perspectiva de um módulo configurado para ser incorporado em um sistema de direcionamento;

[0011] A Figura 5 é uma vista interna do módulo das Figuras 4A e 4B;

[0012] A Figura 6 é uma vista em seção transversal do módulo das Figuras 4A e 4B;

[0013] A Figura 7 representa uma modalidade de um conjunto de direcionamento para um sistema de perfuração, o qual inclui um módulo montado sobre uma luva não giratória e um dispositivo de transmissão/recepção de energia;

[0014] A Figura 8 é uma vista em perspectiva do módulo do conjunto de direcionamento da Figura 7;

[0015] A Figura 9 é uma vista de perto do dispositivo secundário disposto no módulo do conjunto de direcionamento da Figura 7, que é configurado para receber energia dentro do módulo na luva não giratória de uma parte giratória do conjunto de direcionamento, que é rotacionalmente desacoplado da luva não giratória;

[0016] A Figura 10 é uma vista em seção transversal do módulo do conjunto de direcionamento da Figura 9; e

[0017] A Figura 11 representa uma modalidade de um componente de fundo de poço que inclui um módulo sensor, um dispositivo de comunicação para comunicação sem fio, um dispositivo de armazenamento de energia e um dispositivo de transmissão/recepção de energia.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0018] Aparelhos, sistemas e métodos para a perfuração através de uma formação direcional são descritos na presente invenção. Uma modalidade de um dispositivo ou sistema de perfuração direcional inclui um módulo em peça única configurado para ser incorporado em um componente de fundo de poço que pode incluir uma luva substancialmente não giratória. O módulo é hermeticamente vedado e é modular, isto é, o módulo em peça única pode ser facilmente trocado por outros módulos para reduzir o tempo de execução. De acordo com um aspecto exemplificador, o módulo em peça única pode ser instalado e/ou removido do componente de fundo de poço ou da luva substancialmente não giratória sem a necessidade de desconectar eletricamente o módulo ou de outro modo afetar outros componentes do sistema, como o componente de fundo de poço, o dispositivo de perfuração direcional, a luva substancialmente não giratória e/ou um sistema de direcionamento. Para esse efeito, em uma modalidade, o módulo em peça única inclui uma capacidade de comunicação sem fio para permitir que componentes do módulo em peça única sejam operados sem requerer qualquer conexão elétrica física, como um conector, entre o módulo em peça única e outros componentes, como a luva substancialmente não giratória, um sistema de direcionamento ou uma ferramenta de medição.

[0019] O módulo em peça única aloja e envolve ou encapsula pelo menos parcialmente um ou mais dentre uma variedade de componentes para facilitar ou realizar as funções, como direcionamento, comunicação, medição e/ou outras. Em uma modalidade, o módulo em peça única aloja e ao menos parcialmente envolve um dispositivo de propensão (por exemplo, um conjunto de cilindro e pistão) que pode ser atuado para afetar as mudanças na direção de perfuração. O módulo em peça única pode incluir um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, uma bateria, uma bateria recarregável, um capacitor, um supercapacitor ou uma célula a combustível). Em uma modalidade, o módulo em peça única pode alojar um dispositivo de transmissão/recepção de energia configurado para fornecer energia, como energia elétrica aos componentes no módulo. O dispositivo de transmissão/recepção de energia pode gerar eletricidade, por exemplo através de acoplamento indutivo com um campo magnético gerado devido à rotação de um eixo de acionamento ou o outro componente de uma coluna de perfuração.

[0020] A Figura 1 ilustra uma modalidade exemplificadora de um sistema de perfuração, exploração, produção, medição (por exemplo, perfilagem) e/ou geodirecionamento de poços 10, que inclui uma coluna de perfuração 12 configurada para ser disposta em um poço 14 que penetra em uma formação de solo 16. Embora o poço 14 seja mostrado na Figura 1 com diâmetro e direção constantes, o poço não é dessa forma limitado. Por exemplo, o poço 14 pode ser de diversos diâmetros e/ou direções (por exemplo, azimute e inclinação). A coluna de perfuração 12 é constituída de, por exemplo, uma tubulação, múltiplas seções de tubulação ou tubo enrolado em espiral. O sistema 10 e/ou a coluna de perfuração 12 inclui um conjunto de perfuração (incluindo, por exemplo, uma broca de perfuração 20 e um conjunto de direcionamento 24) e pode incluir vários outros componentes ou conjuntos de fundo de poço, como ferramentas de medição 30 e conjuntos de comunicação, uma ou mais dos quais podem ser coletivamente chamados de um conjunto de fundo de poço (BHA) 18. Ferramentas de medição podem ser incluídas para realização de regimes de medição, como aplicações de perfilagem durante a perfuração (LWD) e aplicações de medição durante a perfuração (MWD). Os sensores podem ser dispostos em um ou em múltiplos locais ao longo de uma coluna de poço, por exemplo, no BHA 18, na coluna de perfuração 12, na ferramenta de medição 30, como uma sonda de perfilagem, ou como sensores distribuídos.

[0021] A coluna de perfuração 12 aciona uma broca de perfuração 20 que penetra na formação de solo 16. Fluido de perfuração de fundo de poço, como lama de perfuração, é bombeado através de um conjunto de superfície 22 (incluindo, por exemplo, um guindaste, mesa rotativa ou de acionamento pelo topo, um tambor de tubo enrolado em espiral e/ou tubo vertical), a coluna de perfuração 12, a broca de perfuração 20 e com o uso de uma ou mais bombas, e retorna para a superfície através do poço 14.

[0022] O módulo de direcionamento 24 inclui componentes configurados para guiar a broca de perfuração 20. Em uma modalidade, o conjunto de direcionamento 24 inclui um ou mais elementos de propensão 26 configurados para serem atuados para aplicar força lateral à broca de perfuração 20 para realizar alterações na direção. Um ou mais elementos de propensão 26 podem ser alojados em um módulo 28, os quais podem ser fixados de modo removível a uma luva (não separadamente identificada) no conjunto de direcionamento 24.

[0023] Vários tipos de sensores ou dispositivos de detecção podem ser incorporados no sistema e/ou na coluna de perfuração. Por exemplo, sensores como magnetômetros, gravímetros, acelerômetros, sensores giroscópicos e outros sensores direcionais e/ou de localização podem ser incorporados no conjunto de direcionamento 24 ou em um componente separado. Vários outros sensores podem ser incorporados ao conjunto de direcionamento e/ou em um instrumento de medição

30. Exemplos de ferramentas de medição incluem ferramentas de resistividade, ferramentas de raios gama, ferramentas de densidade ou calibradores.

[0024] Outros exemplos de dispositivos que podem ser usados para realizar medições incluem ferramentas para medir temperatura ou pressão, ferramentas de nêutrons pulsados, ferramentas de acústica, ferramentas de ressonância magnética nuclear, ferramentas de aquisição de dados sísmicos, ferramentas de impedância acústica, ferramentas de teste de pressão dentro da formação, ferramentas de amostragem e/ou análise de fluido, ferramentas de sondagem, ferramentas para medir dados operacionais, como dados relacionados a vibração, por exemplo aceleração, vibração, peso, como peso na broca, o torque, como torque na broca, taxa de penetração, profundidade, tempo, velocidade rotacional, flexão, tensão, esforço, qualquer combinação destes, e/ou qualquer outro tipo de sensor ou dispositivo capaz de fornecer informações referentes à formação 16, ao poço 14 e/ou à operação.

[0025] Outros tipos de sensores podem incluir sensores distintos (por exemplo, sensores de tensão e/ou de temperatura) ao longo da coluna de perfuração ou sistemas de sensor que compreende um ou mais transmissor, de recepção, ou transceptores a alguma distância, bem como sistemas de detecção distribuídos com vários sensores distintos ou sistemas de sensores distribuídos ao longo do sistema 10. É de notar que o número e o tipo de sensores aqui descritos são exemplificadores e não se destinam a ser limitadores, já que qualquer tipo e configuração adequados de sensores podem ser usados para medir as propriedades.

[0026] A unidade de processamento 32 é conectada em comunicação operável com os componentes do sistema 10 e pode estar situada, por exemplo, em um local na superfície. A unidade de processamento 32 pode também ser incorporada ao menos parcialmente na coluna de perfuração 12 ou o BHA 18 como parte do circuito eletrônico de fundo de poço 42, ou de outro modo disposta no fundo de poço conforme desejado. Componentes da coluna de perfuração 12 podem ser conectados à unidade de processamento 32 por meio de qualquer regime de comunicação adequado, como de telemetria de pulso de lama, telemetria eletromagnética, telemetria acústica, links com fio (por exemplo, tubo de perfuração com fio e tubulação enrolada em espiral), links sem fio, links ópticos ou outros. À unidade de processamento 32 pode ser configurada para realizar funções como controlar a perfuração e o direcionamento, transmitir e receber dados (por exemplo, de e para o BHA 18 e/ou o módulo 28), processar os dados de medição e/ou monitorar as operações. A unidade de processamento 32, em uma modalidade, inclui um processador 34, um elemento de comunicação e/ou detecção 36 para comunicação com componentes de fundo de poço, e um dispositivo de armazenamento de dados (ou uma mídia legível por computador) 38 para armazenar dados, modelos e/ou programas de computador ou software 40. Outras unidades de processamento podem compreender duas ou mais unidades de processamento em locais diferentes no sistema 10, sendo que cada uma das unidades de processamento compreende ao menos um dentre um processador, um dispositivo de comunicação e um dispositivo de armazenamento de dados.

[0027] As Figuras 2 e 3 ilustam uma modalidade de um conjunto de direcionamento 50 para uso em perfuração direcional. O conjunto de direcionamento 50 pode ser incorporado ao sistema 10 (por exemplo, no BHA 18) ou pode ser parte de qualquer outro sistema configurado para realizar as operações de perfuração. O conjunto de direcionamento 50 inclui um eixo de acionamento 52 configurado para ser girado a partir da superfície, por exemplo por um acionamento de topo (não mostrado), que pode ser parte do conjunto de superfície 22, ou fundo de poço (por exemplo, por um motor de turbina ou lama (também não mostrado) que pode ser parte do BHA 18. O eixo de acionamento 52 pode ser conectado em uma extremidade a um dispositivo de desintegração, como uma broca 54 através de, por exemplo, um conector da caixa da broca 56. O dispositivo de desintegração, em combinação com ou no lugar da broca de perfuração 54, pode incluir qualquer outro dispositivo adequado para desintegrar a formação rochosa, incluindo, mas não se limitando a, um dispositivo de impulso elétrico (também chamado de dispositivo de descarga elétrica), um dispositivo de perfuração a jato ou um martelo de percussão.

[0028] O eixo de acionamento 52 pode ser conectado na outra extremidade e/ou na mesma extremidade entre a ferramenta de desintegração e o eixo de acionamento 52 para um componente de fundo de poço 58, como ferramenta de medição 30, um motor de lama (não mostrado), uma ferramenta de comunicação para fornecer comunicação de e para a superfície de montagem 22, um gerador de energia (não mostrado) que gera energia no fundo do poço para acionar outras ferramentas no BHA 18, como os circuitos eletrônicos de fundo de poço, 42, a ferramenta de medição 30 incluindo sensores, como sensores de avaliação da formação ou sensores operacionais, um escareador (por exemplo, um alargador, não mostrado) o conjunto de direcionamento 24, 50, ou uma seção de tubulação na coluna de perfuração 12 através de uma conexão de coluna adequada, como uma conexão pino-caixa. Alguns dos componentes de fundo de poço 58, como ferramentas de medição, podem se beneficiar da posição próxima ao dispositivo de desintegração quando conectado na extremidade inferior do eixo de acionamento 52 entre o dispositivo de desintegração e o conjunto de direcionamento 50.

[0029] O conjunto de direcionamento 50 também inclui uma luva 60 que circunda uma porção do eixo de acionamento 52. A luva 60 pode incluir um ou mais elementos de propensão 62 que podem ser atuados para controlar a direção da broca de perfuração 54 e da coluna de perfuração 12. Exemplos de elementos de propensão incluem dispositivos como cilindros, pistões, elementos em cunha, almofadas hidráulicas, elementos de nervura expansíveis, lâminas e outros.

[0030] A luva 60 é montada no eixo de acionamento através de mancais 61 ou outro mecanismo adequado de modo que a luva 60 seja pelo menos a alguma extensão giratoriamente desacoplada do eixo de acionamento 52 ou de outros componentes giratórios. Por exemplo, a luva 60 é conectada a mancais 61, por exemplo mancais lubrificados para lama, que podem ser qualquer tipo de mancais incluindo, mas não se limitando a, mancais de contato, como mancais de contato deslizante ou mancais de contato rolante, mancais, mancais de esferas ou coxins. A luva 60 pode ser chamada de uma "luva não giratória" ou "luva de rotação lenta", que é definida como uma luva ou outro componente que está pelo menos a alguma extensão rotacionalmente desacoplado dos componentes giratórios do conjunto de direcionamento 50. Durante a perfuração, a luva 60 pode não ser completamente estacionária, mas pode girar a uma velocidade de rotação mais baixa em comparação com o eixo de acionamento 52 devido ao atrito entre a luva 60 e o eixo de acionamento 52, por exemplo, atrito que é gerado pelos mancais 61. A luva 60 pode ter movimento rotacional lento ou nenhum em relação ao eixo de acionamento 52 (por exemplo, quando os elementos de propensão 62 são engatados com uma parede do poço), ou podem girar independentemente do eixo de acionamento 52 (geralmente a luva 60 gira a uma taxa muito menor do que o eixo de acionamento 52) especialmente quando os elementos de propensão 62 estão ativamente engatados.

[0031] Por exemplo, enquanto o eixo de acionamento 52 pode girar entre cerca de 100 a cerca de 600 revoluções por minuto (r.p.m.), a luva 60 pode girar menos que cerca de 2 r.p.m. Dessa forma, a luva 60 é substancialmente não giratória em relação ao eixo de acionamento 52 e é, portanto, chamada na presente invenção de luva substancialmente não giratória ou não giratória, independentemente de sua velocidade de rotação real. Em alguns casos, os elementos de propensão 62 podem ser sustentados por elementos de mola (não mostrados), como uma mola em espiral, ou uma arruela de pressão, por exemplo uma arruela cônica de pressão para engatar com a formação mesmo quando os elementos de propensão 62 não estão ativamente alimentados.

[0032] Em uma modalidade, o elemento de propensão 62 (ou elementos) é configurado para engatar a parede do poço e fornecer um componente de força lateral ao eixo de acionamento 52 através dos mancais 61 para fazer com que o eixo de acionamento 52 e a broca de perfuração 54 mudem a direção. Um ou mais elementos de propensão 62 são conectados à luva não giratória 60 para aplicar forças relativamente estacionárias à parede do poço (ação também chamada de "empurrar a broca") ou para defletir a eixo de acionamento 52, fazendo com que a direção de flexão do eixo de acionamento de rotação 52 crie uma direção de orientação (ação também conhecida como "apontar a broca").

[0033] Como a luva não giratória 60 gira significativamente mais lento ou não gira em relação à formação 16, os elementos de propensão 62 e, dessa forma, as forças aplicadas à parede do poço, têm uma direção que varia relativamente de forma lenta em comparação com a rotação mais rápida do eixo de acionamento 52. Isso permite que uma força aplicada à parede do poço mantenha uma direção desejada de orientação com muito menos variação em comparação com um cenário onde o elemento de propensão 62 gira com o eixo de acionamento 52. Dessa maneira, a energia necessária para alcançar e/ou manter uma direção desejada de orientação é significativamente menor em comparação com um sistema no qual o elemento de propensão 62 gira com o eixo de acionamento 52. Dessa forma, o uso da luva não giratória 60 permite a operação de sistemas de direcionamento com demanda de energia relativamente baixa.

[0034] A luva 60 pode ser um componente modular do conjunto de direcionamento 50. Em aspectos, a luva 60 pode ser instalada e removida do conjunto de direcionamento 50 sem a necessidade de desconectar eletricamente a luva ou de outro modo afetar outros componentes do sistema de direcionamento. Além disso, a luva 60 também inclui um ou mais módulos 64 configurados de modo a envolver ou alojar um ou mais componentes para facilitar as funções de direcionamento. Cada módulo 64 é mecânica e eletricamente modular e disposto em peça única, sendo que o módulo 64 pode ser fixado e removido da luva 60 sem afetar os componentes no módulo 64 ou conjunto de direcionamento 50.

[0035] Por exemplo, cada módulo 64 inclui recursos de fixação mecânica como elementos de preensão (não mostrados), por exemplo, dispositivos para fixação térmica, dispositivos incluindo liga com memória de formato, dispositivos de encaixe por pressão ou dispositivos de encaixe afunilados ou orifícios de parafuso 66, que permitem que o módulo 64 seja conectado de modo fixo à luva 60 com um mecanismo de fixação removível, como parafusos, parafusos de máquina, roscas, magnetos ou elementos de preensão, por exemplo, elementos de preensão mecânica, elementos de preensão térmica, elementos de preensão incluindo liga com memória de formato, elementos de encaixe sob pressão, elementos de encaixe afunilados e/ou qualquer combinação dos mesmos. Adicionalmente, em um outro exemplo, o módulo 64 pode ser conectado de maneira fixa à luva 60 com o mecanismo de fixação removível, como parafusos, parafusos de máquina, roscas, magnetos ou elementos de preensão, por exemplo elementos de preensão mecânica, elementos de preensão térmica, elementos de preensão incluindo liga com memória de formato, elementos de encaixe sob pressão, elementos de encaixe afunilados ou qualquer combinação dos mesmos, sem quaisquer elementos de encaixe não removível.

[0036] Cada módulo 64 pode ao menos parcialmente circundar um ou mais elementos de propensão 62 e pode incluir um único tipo de elemento de propensão 62 ou múltiplos tipos de elementos de propensão 62. Observa-se que cada módulo 64 pode incluir um respectivo elemento de propensão 62 e um controlador associado, permitindo que cada elemento de propensão 62 seja operado de maneira independente.

[0037] Na modalidade das Figuras 2 e 3, a luva 60 inclui três módulos 64 circunferencialmente dispostos (por exemplo, separados pela mesma distância angular). No entanto, a luva 60 não é dessa forma limitada e pode incluir um único módulo 64 ou qualquer número adequado de módulos 64. Além disso, o módulo ou módulos 64 podem ser posicionados em qualquer configuração ou local adequado.

[0038] Cada módulo 64 e/ou luva 60 podem incluir componentes vedantes para permitir vedar hermeticamente o módulo 64 à luva 60 de modo a evitar que o fluido flua através da parede da luva 60. Alternativamente, o módulo 64 pode ser fixado à luva 60 sem vedação do módulo 64 à luva 60, por exemplo sem quaisquer elementos de vedação de fluidos além da fixação mecânica discutida acima.

[0039] Em uma modalidade, cada módulo 64 é configurado para se comunicar com os componentes fora do módulo 64 sem uma conexão elétrica física, como um fio ou cabo. O módulo 64 pode, dessa forma, ser instalado e removido sem a necessidade de conectar ou desconectar quaisquer conexões elétricas, ou outras, além da fixação mecânica. Por exemplo, conforme mostrado nas Figuras 2 e 3, cada módulo 64 pode ser equipado com uma antena 68 e circuitos eletrônicos adequados para transmitir/receber sinais para/de uma ou mais antenas 69 em outros componentes da coluna de perfuração ou antenas 68 em um ou mais dos módulos 64.

[0040] Portanto, os módulos 64 podem ser manuseados como unidades fechadas, mesmo quando eles são separados da luva 60. Dessa forma, como os módulos 64 podem ser unidades hermeticamente fechadas, eles podem ser, por exemplo, testados, verificados, calibrados e submetidos a manutenção e/ou reparo, ou eles podem trocar dados (fazer download ou upload), sem a necessidade de fixar os módulos 64 à luva 60, ou simplesmente serem limpos com o uso de uma arruela regular de alta pressão, por exemplo. Os módulos 64 podem ainda ser trocados quando não estão funcionando corretamente para conserto rápido do conjunto de direcionamento 50 durante ou na preparação de um trabalho de perfuração. Ou seja, os módulos 64 podem ser trocados para acessar o BHA 18 ou conjunto de direcionamento 24 a partir da periferia externa do conjunto de direcionamento 24 ou do BHA 18. Isto permite trocar os módulos 64 sem romper as conexões de coluna.

[0041] Em particular, o módulo 64 pode ser trocado sem desconectar as conexões de coluna na extremidade superior e/ou inferior do conjunto de direcionamento e sem desmontar o conjunto de direcionamento 24 do BHA 18 ou da coluna de perfuração 12. Em particular, o módulo 64 pode ser trocado enquanto o conjunto de direcionamento 24 está conectado, por exemplo mecanicamente conectado a ao menos uma parte do BHA 18 ou da coluna de perfuração 12 através de uma ou mais conexões da coluna de perfuração. Os módulos trocados podem ser enviados para uma unidade externa de reparo e manutenção para investigação e manutenção adicionais sem a necessidade de enviar o conjunto de direcionamento 50 ou de desconectar o conjunto de direcionamento 50 de ao menos uma parte do BHA 18 ou da coluna de perfuração 12. Ou seja, teste, verificação, calibração, transferência de dados (carregar ou descarregar dados), manutenção e reparo podem ser feitos em um módulo a nível de módulos ao invés de a nível de ferramentas. Esse método possibilita uma rápida troca dos módulos para reparo dos conjuntos e para envio de módulos relativamente pequenos ao invés de todas as ferramentas de perfuração de fundo de poço.

[0042] Além disso, as modalidades exemplificadoras permitem uma rápida troca de módulos a partir de uma periferia externa do conjunto de direcionamento 24 para efetuar um reparo com o conjunto de direcionamento 24 ainda fisicamente conectado ao BHA 18 e/ou à coluna de perfuração 12. A capacidade para uma rápida troca de módulos para reparo do conjunto de direcionamento 24 e a opção de envio de módulos relativamente pequenos em vez de todas as ferramentas de perfuração de fundo de poço, e/ou a capacidade para uma rápida troca de módulos para reparo dos conjuntos de direcionamento 24 estando ainda fisicamente conectado ao BHA 18 e/ou à coluna de perfuração 12, por exemplo através do conector da coluna, é um dos grandes benefícios que facilita uma redução significativa no custo operacional.

[0043] Conforme observado, um ou mais dos módulos 64 podem ser configurados para se comunicar sem fio com um dispositivo de comunicação, como uma antena 69 e/ou um dispositivo de acoplamento indutivo em um componente, como um segmento de tubulação, o BHA 18, a broca de perfuração 20, o eixo de acionamento 52 ou outro componente de fundo de poço 58 ou outro módulo em um outro componente. Embora a invenção seja descrita neste documento com relação a antenas, é para ser entendido que as antenas também podem ser dispositivos de acoplamento indutivo, dispositivos de acoplamento eletromagnético, dispositivos de ressonância eletromagnética, dispositivos de acoplamento acústico e/ou combinações desses dispositivos, ou outros meios para comunicação sem fio conhecidos na técnica. De acordo com um aspecto exemplificador, qualquer método ou protocolo adequado de transferência de dados pode ser utilizado, incluindo, mas não se limitando a, Bluetooth, ZigBee, LoRA, Wireless LAN, DECT, GSM, UWB e UMTS, em qualquer frequência adequada, como uma frequência entre 500 Hz e 100 GHz. A comunicação sem fio entre as partes giratórias e as partes não giratórias de uma ferramenta de perfuração de fundo de poço, como uma ferramenta de direcionamento, é descrita por exemplo, nos documentos de patente US20100200295 e US6540032, ambos os quais são aqui incorporados, a título de referência, em sua totalidade.

[0044] Embora as antenas 68 para comunicação de/para os módulos 64 sejam mostradas como estando situadas na periferia externa dos módulos 64, elas também podem ser instaladas em outros locais como, mas não se limitando a, o interior, por exemplo a superfície interna dos módulos 64 ou uma parede de extremidade do módulo

64. A localização do dispositivo de comunicação, como as antenas 68 na superfície interna, pode facilitar a comunicação com o eixo de acionamento 52, quando a antena 69 for instalada sobre o eixo de acionamento 52, por exemplo próximo ou dentro da luva 60, e quando a antena 68 estiver a uma distância relativamente baixa com relação à antena 69 dentro ou sobre o eixo de acionamento 52, por exemplo quando a antena 68 deslizar-se sobre a antena 69 ao montar o conjunto de direcionamento 50. Um ou mais dos módulos 64 também podem ser configurados para se comunicar com outros módulos 64 na luva 60, por exemplo, para coordenar a atuação dos elementos de propensão 62. Por exemplo, cada módulo 64 fornece uma interface de comunicação para se comunicar ao menos parcialmente sem fio com outros módulos 64 e/ou com outras seções do BHA 18.

[0045] A comunicação entre os módulos 64 pode também ser feita através de um módulo de comunicação (não mostrado) dentro do eixo de acionamento 52, da luva não giratória 60, de um dos módulos 64, ou de qualquer outro componente de fundo de poço 58 que recebe informações de um dos módulos 64 e transmite as mesmas informações, ou uma informação processada, amplificada, ou de outro modo modificada, a pelo menos um dos outros módulos 64. De acordo com um aspecto exemplificador, o módulo de comunicação pode também ser usado para a comunicação entre os módulos 64 e entre os módulos e outros componentes de fundo de poço. Uma interface e/ou um módulo de comunicação podem ser alimentados por um dispositivo de armazenamento de energia no módulo 64 (por exemplo, uma bateria, uma bateria recarregável, um capacitor, um supercapacitor ou uma célula a combustível) e/ou por um dispositivo de recepção de energia na luva 60 não giratória ou no módulo 64, que pode receber energia do interior do conjunto de direcionamento 50. Por exemplo, o dispositivo de recepção de energia pode receber energia no módulo 64 partir de uma fonte de energia externa como um dispositivo de energia indutivo dentro do eixo de acionamento 52. Uma modalidade de um dispositivo de energia indutiva é um transformador indutivo. Outras modalidades do dispositivo de energia indutiva são discutidas adicionalmente abaixo.

[0046] As Figuras 4A e 4B mostram vistas em perspectiva do módulo 64. Conforme mostrado, em uma modalidade, o módulo 64 inclui um compartimento 70 que tem um formato configurado para ser fixado de modo removível (por exemplo, através de parafusos, parafusos de máquina, roscas, magnetos ou elementos de preensão, por exemplo elementos de preensão mecânica, elementos de preensão térmica, elementos de preensão incluindo liga com memória de formato, elementos de encaixe sob pressão, elementos de encaixe afunilados ou qualquer combinação dos mesmos) a um recorte em formato correspondente (não separadamente identificado) na parede da luva 60. O módulo 64 pode ter uma espessura igual ou similar à espessura da luva 60 e, assim, fazer parte da parede. Alternativamente, o módulo 64 pode ter uma espessura que é menor que a espessura da luva 60 e pode ser montado em uma reentrância (não separadamente identificada) formada na parede da luva. A espessura do módulo 64 pode ser dimensionada para alojar as várias partes e componentes incluídos no módulo 64, conforme discutido adicionalmente abaixo. O módulo 64 também pode ser curvo de modo a se conformar à curvatura da luva 60, que é tipicamente cilíndrica.

Opcionalmente, o módulo 64 pode ser encoberto por uma cobertura com escotilha (não separadamente identificada).

[0047] O alojamento 70 pode ser uma parte integral que é acessível através de aberturas, como orifícios abertos ou portas podem também incluir inúmeros componentes de alojamento, como um componente de alojamento inferior 72, que pode ser um componente de alojamento único ou ter múltiplos componentes de alojamento. Um componente de alojamento superior 74 pode também ser um componente de alojamento único e integral ou ter múltiplos componentes de alojamento, e pode ser fixado ao invólucro inferior 72 por meio de um componente de união permanente (por exemplo, por soldagem, colagem, soldagem com latão, fixação adesiva) ou uma união removível (por exemplo, parafusos, parafusos de máquina, roscas, magnetos ou elementos de preensão, por exemplo elementos de preensão mecânica, elementos de preensão térmica, elementos de preensão incluindo liga com memória de formato, elementos de encaixe sob pressão, elementos de encaixe afunilados ou qualquer combinação dos mesmos). É observado que os termos "superior" e "inferior" não se destinam a prescrever qualquer direcionamento específico do módulo 64 no que diz respeito a, por exemplo, uma coluna de perfuração, luva ou poço.

[0048] Conforme mostrado nas Figuras 4A e 4B, o compartimento 70, o componente de alojamento inferior 72 e/ou o componente de alojamento superior 74 podem ser feitos de múltiplas seções 76. Por exemplo, o compartimento 70 é dividido em múltiplas seções 76 que podem alojar diferentes componentes e podem ser unidas de forma removível (como por parafusos, parafusos de máquina, roscas, magnetos ou elementos de preensão, por exemplo elementos de preensão mecânica, elementos de preensão térmica, elementos de preensão incluindo liga com memória de formato, elementos de encaixe sob pressão, elementos de encaixe afunilados ou qualquer combinação dos mesmos) ou de forma permanente (como por soldagem, colagem, soldagem com latão ou fixação adesiva).

[0049] As Figuras 5 e 6 mostram um exemplo de componentes que podem ser alojados no módulo 64. É de notar que os componentes não se limitam àqueles mostrados nas Figuras 5 e 6 nem se limitam às orientações, formatos e posições específicas mostradas. Cada componente pode ser preso em qualquer maneira adequada. Por exemplo, o módulo 64 pode incluir reentrâncias conformadas para se adaptarem aos respectivos dispositivos a serem dispostos no mesmo. Em uma modalidade, os dispositivos podem ser encapsulados e fixados no lugar através do componente de alojamento superior 72 e/ou de um ou mais painéis. Em outra modalidade, os dispositivos podem ser instalados nos módulos 64 por meio de portas ou orifícios abertos, como entre os componentes de compartimento superior e inferior. Os dispositivos podem também ser dispostos separadamente nas seções 76.

[0050] No exemplo das Figuras 5 e 6, o módulo 64 inclui o elemento de propensão 62, a antena 68 e vários dispositivos para realizar funções relacionadas com o direcionamento, a comunicação, a alimentação de energia, o processamento, entre outras. Tais dispositivos podem incluir dispositivos de fonte de alimentação, dispositivos de armazenamento de energia, dispositivos de armazenamento de dados, dispositivos de controle de propensão, dispositivos de comunicação e componentes eletrônicos como um ou mais controladores/processadores ou dispositivos de armazenamento de dados. Exemplos de dispositivos que podem ser alojados no módulo 64 são discutidos abaixo, no entanto, o módulo 64 e os dispositivos constituintes não são limitados a esses exemplos.

[0051] O módulo 64 também pode incluir um mecanismo de controle para operar o elemento de propensão 62. Exemplos do mecanismo de controle incluem uma bomba hidráulica e/ou um atuador controlado hidraulicamente e um motor, como um motor elétrico.

[0052] No exemplo das Figuras 5 e 6, o módulo 64 inclui um conjunto de controle de propensão para controlar o elemento de propensão 62 (por exemplo, um conjunto de êmbolo hidráulico), que inclui uma bomba, compreendendo um motor 80, como um motor elétrico e um dispositivo de movimento linear 84 como um acionamento do tipo fuso ou um acionamento do tipo rosca com esferas. Opcionalmente, uma engrenagem (não mostrada) poderia ser incluída entre o motor 80 e o dispositivo de movimento linear 84 para aumentar a eficiência de movimento giratório do motor 80 e o movimento linear do dispositivo de movimento linear 84. O dispositivo de movimento linear 84 é acoplado ao elemento de propensão 62, por exemplo, por meio de um acoplamento hidráulico 86 com o uso de um fluido circulante, como um óleo hidráulico. Além disso, ou alternativamente, as válvulas (não mostradas) podem ser controladas por um controlador 88 para direcionar o fluido circulante para aplicar pressão adequada ao elemento de propensão 62 através do acoplamento hidráulico

86. Opcionalmente, um transformador diferencial variável linear (LVDT) (não mostrado) pode ser incluído para monitorar, confirmar e/ou medir o movimento e/ou uma quantidade de engate de um elemento de propensão. Conforme observado acima, a utilização da luva não giratória 60 em conjunto com a operação dos elementos de propensão 62 permite a operação dos sistemas de direcionamento com demanda de energia relativamente baixa. Por exemplo, o módulo 64 apresenta hidráulica com baixa energia estacionária (hidrostática) para diminuir a demanda energética geral.

[0053] Para controlar a força e a posição do elemento de propensão 62, o módulo 64 inclui componentes eletrônicos de controle ou controlador 88 que pode incluir um dispositivo de armazenamento de dados. O controlador 88 controla a operação do conjunto de controle de propensão por meio do controle de ao menos um dentre a bomba, o motor 80, o dispositivo de movimento linear 84 e/ou uma ou mais válvulas (não separadamente identificadas). O módulo 64 pode incluir ou estar em comunicação (por exemplo, através da antena 68) com um ou mais sensores direcionais para medir as características direcionais do BHA 18 ou partes do BHA 18, como a ferramenta de medição 30, o conjunto de direcionamento 50 e/ou a broca de perfuração 54. Em uma modalidade, os sensores direcionais são configurados para detectar ou estimar a direção azimutal, a direção da ferramenta ou a inclinação da luva 60. Exemplos de sensores direcionais incluem sensores de flexão, acelerômetros, gravímetros, magnetômetros e sensores giroscópicos.

[0054] Quaisquer outros sensores adequados podem ser incluídos no módulo ou podem estar em comunicação com o módulo, que se beneficiariam de uma posição próxima à broca. Exemplos de tais sensores incluem sensores como sensores de avaliação de formação como, mas não se limitando a, sensores para medir a resistividade, radiação gama, densidade, calibre e/ou agentes químicos, Ou sensores para medir dados operacionais, como o tempo, propriedades do fluido de perfuração, temperatura, pressão, dados relacionados à vibração, por exemplo aceleração, peso, como peso na broca, o torque, como torque na broca, profundidade, taxa de penetração, velocidade rotacional, flexão, tensão, esforço e/ou qualquer outro tipo de sensor ou dispositivo capaz de fornecer informações referentes a uma formação, poço e/ou operação.

[0055] Outro componente que pode ser incluído no módulo 64 é um dispositivo de compensação de pressão, como um compensador de pressão 90. O compensador de pressão 90, nesse exemplo, é encapsulado no interior do módulo 64, exceto por uma superfície que é móvel ou flexível e exposta à pressão hidrostática. O compensador de pressão 90 pode ser utilizado para fornecer pressão de referência, que pode ser igual a ou estar relacionada com a pressão hidrostática externa ao módulo 64 e/ou para fornecer volume de fluido de compensação. A pressão de referência pode ser fornecida ao dispositivo de movimento 84 e/ou ao motor 80 para criar uma diferença de pressão em relação à pressão de referência para direcionar o fluido circulante para aplicar pressão adequada ao elemento de propensão 62 através do acoplamento hidráulico 86. Como alternativa, ou adicionalmente, o volume de fluido de compensação pode ser usado para compensar o volume preenchido com fluido, que varia em resposta ao movimento do dispositivo de movimento 84 ou do motor 80.

[0056] Em outra modalidade, o dispositivo de movimento 84 e/ou o motor 80 estão se movendo em relação a uma barreira mecânica como um ombro mecânico que impede o movimento do dispositivo de movimento 84 em ao menos uma direção. Em ainda outra modalidade, o volume de fluido de compensação pode ser tirado de um volume confinado de fluido compressível como o gás, por exemplo ar. Portanto, se o dispositivo de movimento 84 e/ou o motor 80 estão se movendo em relação a uma barreira mecânica que impede o movimento em pelo menos uma direção, e o volume de fluido de compensação é tirado de um volume confinado de fluido compressível como gás, por exemplo ar, a configuração pode ser operável sem um compensador de pressão 90.

[0057] Um dispositivo de comunicação para comunicação ao menos parcialmente sem fio pode ser incluído no módulo 64. O dispositivo de comunicação inclui a antena 68 ou outros meios para transmissão/recepção de informações sem fio, como um dispositivo de acoplamento indutivo, um dispositivo de acoplamento eletromagnético, um dispositivo de acoplamento de ressonância eletromagnética, um dispositivo de acoplamento acústico etc., e componentes eletrônicos como um controlador de comunicação 92 que pode incluir um dispositivo de armazenamento de dados. Nesse exemplo, a antena 68 é disposta em ou próximo a uma superfície externa do compartimento 70, de modo que a antena 68 fica situada em ou próximo ao diâmetro externo do módulo 64 quando montada. A antena 68 pode ser uma antena de microfita (patch), uma antena de quadro (loop), uma antena fractal, uma antena dipolo ou qualquer outro tipo adequado de antena.

[0058] O dispositivo de comunicação pode usar qualquer protocolo ou meio adequado para comunicação. Por exemplo, o dispositivo de comunicação pode usar ondas eletromagnéticas para a transmissão de dados (por exemplo, as ondas eletromagnéticas selecionadas a uma frequência entre cerca de 500 Hz e cerca de 100 GHz, por exemplo, ondas eletromagnéticas selecionadas a uma frequência entre cerca de 100 kHz e cerca de 30 GHz). Em outro exemplo, o dispositivo de comunicação pode usar modulação acústica para transmissão de dados (por exemplo, as ondas acústicas selecionadas dentre uma frequência entre 100 Hz e 100 kHz), ou pode usar modulação óptica para transmissão de dados.

[0059] O dispositivo de comunicação pode se comunicar, por exemplo, com uma outra seção da coluna de perfuração ou BHA, com um ou mais outros módulos na luva 60, com um ou mais outros módulos em outros componentes de fundo de poço 58 ou com o dispositivo de desintegração 54. Por exemplo, o dispositivo de comunicação pode se comunicar com um ou mais outros módulos 64 para coordenar a operação dos elementos de propensão 62. Além disso, o dispositivo de comunicação pode atuar como um relé, repetidor, amplificador ou dispositivo de processamento para encaminhar a comunicação para outro dispositivo de comunicação.

[0060] O controlador de comunicação 92 é conectado ao dispositivo de comunicação para enviar e/ou receber comandos, dados e outras comunicações para e/ou de outros controladores. Para estimar ou mesmo sincronizar a posição giratória relativa entre a coluna de perfuração e a luva 60, um sensor dedicado, como um magnetômetro (por exemplo, um sensor de efeito Hall ou um fluxômetro) ou outros meios para detectar posições giratórias momentâneas, pode ser incluído no módulo 64 (por exemplo, invariâncias de um magneto permanente de um dispositivo de transmissão/recepção de energia 96).

[0061] Os componentes alojados no módulo 64 podem ser alimentados por meio de um dispositivo de armazenamento de energia 94, como uma bateria, um capacitor, um supercapacitor, uma célula a combustível e/ou uma bateria recarregável.

[0062] Em adição a, ou no lugar de, o dispositivo de armazenamento de energia 94, o módulo 64 pode incluir o dispositivo de transmissão/recepção de energia 96 para fornecer energia para controlar a orientação de direcionamento e executar outras funções. Ao usar o dispositivo de transmissão/recepção de energia 96, a energia pode ser transmitida para e/ou recebida do conjunto de superfície 22 através de condutores (não mostrados) que se estendem ao longo da coluna de perfuração 12 para um dispositivo de armazenamento de energia (também não mostrado), como baterias, baterias recarregáveis, capacitores, supercapacitores ou células a combustível, disposto dentro da parte giratória do BHA, ou para conversores de energia que converte uma forma de energia (por exemplo, vibração, fluxo de fluidos como o fluxo do fluido de perfuração, rotação/movimento relativo das peças, como o movimento relativo entre o eixo de acionamento 52 e a luva não giratória 60) em outra forma de energia (por exemplo, energia elétrica, energia química dentro de uma bateria ou qualquer combinação das mesmas). Conversores de energia comumente conhecidos usados no fundo do poço são, por exemplo, turbinas que convertem o fluxo de fluidos em rotação de partes mecânicas, geradores/dínamos para converter a rotação de partes mecânicas em energia elétrica, dispositivos de carregamento para converter energia elétrica em energia química das baterias. Se a energia é fornecida no fundo do poço por outras razões senão para fornecer energia, os conversores de energia são, às vezes, chamados dispositivos de coleta de energia.

[0063] Em uma modalidade, o dispositivo de recepção/transmissão de energia 96 inclui uma ou mais bobinas (por exemplo, bobinas de captação de energia) que são confinadas no interior do módulo 64. As bobinas são posicionadas de modo que fiquem dentro de um campo magnético gerado por um dispositivo magnético (ou dispositivos) montado no eixo de acionamento 52 ou em outros locais adequados.

[0064] Em uma modalidade, o dispositivo magnético inclui um ou mais magnetos 98 (Fig. 3), como magnetos (por exemplo, bobinas, como bobinas enrolados ao redor de material magnético) ou magnetos permanentes ou uma combinação de ambos, que são fixadas a e giram com o eixo de acionamento 52 ou outro componente giratório, gerando assim um campo magnético alternado que é recebido pelas bobinas do dispositivo de recepção/de transmissão de energia 96. Eletromagnetos podem incluir uma ou mais bobinas condutivas sobre a rotação do eixo de acionamento 52. A corrente pode ser aplicada às bobinas condutivas para gerar um campo magnético. A corrente que é aplicada às bobinas condutivas pode ser modulada para criar um campo magnético modulado, que pode ser usado para a comunicação e/ou que pode permitir a transferência de energia para o módulo mesmo quando o eixo de acionamento 52 não está girando (ou quando não há pelo menos nenhuma rotação relativa substancial entre o eixo de acionamento 52 e a luva 60).

[0065] O dispositivo de transmissão/recepção de energia 96 descrito no presente documento usa transmissão de energia magnética através de um separador em uma unidade encapsulada (por exemplo, as bobinas coletoras de energia). O acoplamento magnético de energia é realizado, em uma modalidade, pela geração e variação de um campo magnético primário pelo dispositivo magnético, que é recebido por um dispositivo secundário. O dispositivo secundário pode ser uma ou mais bobinas estacionárias montadas em uma direção e posição adequadas em relação ao campo magnético alternado ou variável com o tempo criado pelo dispositivo magnético. Dessa forma, a energia mecânica é convertida diretamente em energia elétrica.

[0066] O dispositivo de transmissão/recepção de energia 96 pode incluir um controlador de energia 100, que pode incluir um dispositivo de armazenamento de dados para controlar o fornecimento de energia aos componentes no módulo e/ou para controlar a carga e a recarga do dispositivo de armazenamento de energia 94. O controlador de energia 100 pode incluir um retificador para gerar uma corrente contínua a partir da energia elétrica recebida que será fornecida a outros componentes eletrônicos dentro do módulo 64 pelo controlador de energia 100. O controlador de energia 100 pode ser um controlador distinto ou pode ser configurado para controlar vários componentes no módulo, como o dispositivo de transmissão/recepção de energia 96, o dispositivo de comunicação para comunicação sem fio, como antena 68, e/ou o elemento de propensão 62. Como tal, um ou mais dentre o controlador de energia 100, o controlador de comunicação 92 e o controlador 88 para controlar o elemento de propensão 62 podem ser os mesmos dispositivos de controle em si ou circuitos de controle diferentes com várias funções de controle, conforme for adequado. Ou seja, o escopo desta revelação não se limita a respeito onde é implementada a função de controle.

[0067] Em uma modalidade, o dispositivo secundário inclui um outro dispositivo magnético disposto no campo magnético primário. O dispositivo secundário pode ser configurado para ser girado ou de outro modo movido pelo campo magnético primário e/ou para gerar um campo magnético secundário.

[0068] As Figuras 7 a 10 mostram um exemplo de um dispositivo magnético secundário configurado para ser posicionado no campo magnético primário. Neste exemplo, o dispositivo magnético secundário inclui um eixo de acionamento secundário 102 disposto no interior ou conectado ao módulo 64. O eixo de acionamento secundário 102 é suportado por mancais ou outro mecanismo adequado de modo que o eixo de acionamento secundário 102 é capaz de girar independentemente da luva e do módulo 64 como uma resposta ao campo magnético primário criado pelos magnetos 98 girando com o eixo de acionamento

52. O eixo de acionamento secundário 102 pode apresentar magnetos, bobinas elétricas ou outros dispositivos fixados para permitir uma transferência de torque a partir do campo magnético primário para o campo magnético secundário. O campo magnético secundário pode ser criado através de, por exemplo, magnetos permanentes, dispositivos de corrente parasita, bobinas elétricas e/ou materiais de histerese. Conforme mostrado na Figura 10, o eixo de acionamento secundário pode ser operacionalmente conectado a um dispositivo alternador 104 para converter energia mecânica em energia elétrica, que pode ser fornecida a vários componentes, por exemplo, para alimentar o motor 80 e/ou para carregar um dispositivo de armazenamento de energia. Opcionalmente, uma caixa de engrenagem (não mostrada), incluindo uma engrenagem (também não mostrada), por exemplo uma engrenagem planetária, pode ser conectada entre o eixo de acionamento secundário 102 e o dispositivo alternador 104 para alcançar uma transferência de energia mais eficiente.

[0069] Os módulos aqui descritos melhoram e facilitam a aplicação de força direcional (por exemplo, por meio de elementos de propensão) para controlar a direção de um conjunto de perfuração. Em uma modalidade, os módulos são configurados para alojar mecanismos de propensão ativo, como pistões, alavancas e blocos, que são ativamente controlados por meio de um controlador. Em outra modalidade, os mecanismos de propensão podem ser sustentados por mecanismos passivos, como molas, por exemplo, para engatar a formação mesmo em caso de perda da capacidade de controlar ativamente os mecanismos de propensão. Ambos elementos passivos e ativos podem ser confinados. Por exemplo, o elemento de propensão 62 pode ser parcialmente energizado por molas. Se a capacidade de armazenamento de energia do dispositivo de armazenamento de energia 94 acaba por ser demasiado pequena para fornecer comunicação e formação de engate ativo, o elemento de propensão 62 pode ser energizado pelas molas exclusivamente ou como um auxiliar para um elemento de propensão ativo.

[0070] A Figura 11 representa um componente de fundo de poço 958, de acordo com outro aspecto de uma modalidade exemplificadora. O componente de fundo de poço 958 pode ser parte do BHA 18, como uma ferramenta de medição 30 ou qualquer outro componente de fundo de poço 958 que é conectado de modo operacional à coluna de perfuração 12 através de uma conexão adequada de coluna 1112, como uma conexão pino-caixa. O componente de fundo de poço 958 pode compreender um orifício interno 1109, onde o fluido de perfuração 1108, comumente denominado lama, flui para ser fornecido ao componente de fundo de poço 958 ou outros componentes de fundo de poço para lubrificação, comunicação, remoção de cortes, estabilização de poço e/ou resfriamento.

[0071] O componente de fundo de poço 958 tem conexões de coluna 1112 na extremidade superior e inferior similar à conexão de caixa de broca 56 na Figura 2. Alternativamente, o componente de fundo de poço 958 pode incluir uma conexão padrão de coluna de fundo de poço, por exemplo uma conexão padrão de coluna de pino-caixa, conforme mostrado na Figura 11. O componente de fundo de poço 958 pode compreender adicionalmente um ou mais módulos 1101 compreendendo um sensor ou sonda 1102 para detectar um parâmetro de interesse. O parâmetro de interesse pode ser um parâmetro operacional, como mas não se limitando a uma direção (por exemplo, relacionados a inclinação, azimute, ou face da ferramenta) de ao menos uma parte do BHA 18, um ou mais componentes do campo magnético do solo, um campo gravitacional, uma velocidade rotacional, uma taxa de penetração ou uma profundidade do componente de fundo de poço 958,

um peso (por exemplo, relacionado ao peso na broca), um torque (por exemplo, relacionado ao torque na broca), uma flexão, uma tensão ou um alongamento do componente de fundo de poço 958, um parâmetro de cortes, como uma quantidade de cortes, densidade dos cortes, tamanho dos cortes ou uma composição química dos cortes, um parâmetro relacionado à vibração (por exemplo, relacionada com a aceleração), uma propriedade de lama (por exemplo, relacionada a uma pressão da lama, uma temperatura da lama, uma velocidade da lama, uma velocidade do som da lama ou um componente químico dentro da lama) da lama que está presente no orifício 1109 ou dentro de um anel 1111 entre a formação de solo 16 e o componente de fundo de poço 958, ou um parâmetro de formação, como mas não se limitando a uma pressão ou um parâmetro de temperatura da formação de solo 16 ou uma formação de fluido, um parâmetro nuclear (por exemplo, relacionado a atividade de radiação gama natural ou dispersão de nêutrons da formação de solo 16), uma densidade, permeabilidade ou porosidade da formação de solo 16, um parâmetro elétrico (por exemplo, relacionado a resistividade, condutividade ou permissividade) da formação de solo 16, um parâmetro de acústica da formação de solo 16 (por exemplo, relacionado à velocidade do som ou lentidão ou tempos de viagem de ondas acústicas) e pode incluir um dispositivo de amostragem como uma sonda para obter amostras da formação de solo 16 (por exemplo, amostra de lama, amostra de formação de fluido, amostra de núcleo).

[0072] Consequentemente, o sensor 1102 pode compreender um dentre um sensor direcional (inclinômetro, magnetômetro, gravímetro, giroscópio), um sensor para determinar a taxa de penetração no fundo do poço, uma força, tensão, esforço, flexão, ou sensor de aceleração para determinar uma força, um peso, um torque, uma tensão, um esforço, flexão e/ou vibração, ou um sensor de pressão ou temperatura, um sensor de velocidade ou taxa de fluxo de fluido, um sensor de velocidade de som, um sensor para determinar as composições químicas (por exemplo, espectrômetro de massa ou cromatografia gasosa, fluida ou iônica), um sensor para radiação nuclear (por exemplo, radiação alfa, beta ou gama), um sensor de ressonância magnética nuclear, ou um sensor elétrico, magnético ou eletromagnético, um sensor acústico, ou qualquer combinação dos mesmos.

[0073] O sensor 1102 pode ser um único elemento de detecção (por exemplo, uma sonda de temperatura) ou pelo menos uma parte de um sistema de sensor de transmissão-recepção que compreende um transmissor que transmite um sinal para o sistema que deve ser medido (como formação ou lama) e um de recepção que recebe esse sinal após ser afetado pelo sistema que deve ser medido, sendo que o sinal recebido permite derivar um ou mais dos parâmetros de interesse. O sensor de sistema de transmissão-recepção pode ser distribuído ao longo de mais do que um módulo 1101, onde pelo menos um transmissor é disposto em um módulo 1101 e pelo menos um de recepção é disposto em um outro módulo similar ao módulo 1101 onde o transmissor está localizado. Adicionalmente, o sensor 1102 pode ser parte de um sistema de sensor distribuído com uma pluralidade de sensores distintos ou sistemas de sensor dispostos em uma pluralidade de módulos 1101 distribuídos ao longo da coluna de perfuração 12 em vários componentes de fundo de poço 58.

[0074] O módulo 1101 pode compreender adicionalmente um dispositivo de comunicação 1104 para comunicação sem fio como aqueles discutidos na presente invenção com relação às Figuras 2 a 5. O dispositivo de comunicação 1104 para comunicação sem fio permite comunicação de e/ou para um outro dispositivo de comunicação 1110 para comunicação sem fio, que pode estar situado fora do módulo

1101. Por exemplo, o dispositivo de comunicação 1110 pode estar situado externo ao módulo 1101 dentro do mesmo componente de fundo do poço 958 ou um componente de fundo de poço diferente dentro do BHA 18 que pode ser separado do componente de fundo de poço 958 por uma ou mais conexões de coluna, como as conexões de coluna 1112. Alternativamente, ou em adição, o dispositivo de comunicação 1110 pode ser disposto em um segundo módulo que pode ser similar ao módulo 1101. O dispositivo de comunicação 1110 pode ser ainda incluído em um dispositivo de teste, verificação ou calibração externo ao componente de fundo de poço 958 quando o módulo 1101 é desmontado do componente de fundo de poço 958 para reparo ou manutenção. O dispositivo de comunicação 1104 permite comunicar dados que são produzidos por um controlador 1103 (que pode incluir um dispositivo de armazenamento de dados) com base na detecção do sensor 1102 e/ou para receber dados de fora do módulo 1101, como dados que compreendem instruções, comandos ou dados de calibração, que podem ser processados pelo controlador 1103 para operar o sensor 1102.

[0075] O módulo 1101 é mecânica e eletricamente modular e disposto em peça única, sendo que o módulo 1101 pode ser fixado e removido do componente de fundo de poço 958 sem afetar os componentes no módulo 1101 ou o componente de fundo de poço 958. Por exemplo, cada módulo 1101 inclui recursos de fixação mecânica como elementos de preensão (não mostrados), por exemplo, dispositivos para preensão térmica, dispositivos incluindo liga com memória de formato, dispositivos de encaixe sob pressão ou dispositivos de encaixe afunilados, ou roscas ou orifícios de parafuso que permitem que o módulo 1101 seja conectado de modo fixo ao componente de fundo de poço 958 com um mecanismo de fixação removível, como parafusos, parafusos de fábrica, roscas, magnetos ou elementos de preensão, ou qualquer combinação dos mesmos. Por exemplo, o módulo 1101 inclui um compartimento (não separadamente identificado) que tem um formato configurado para ser fixado de modo removível (por exemplo, através de parafusos, parafusos de máquina, roscas, magnetos ou elementos de preensão, por exemplo elementos de preensão mecânica, elementos de preensão térmica, elementos de preensão incluindo liga com memória de formato, elementos de encaixe sob pressão, elementos de encaixe afunilados ou qualquer combinação dos mesmos) a um recorte em formato correspondente (não separadamente identificado) na parede do componente de fundo de poço 958. Por exemplo, o módulo 1101 pode ser conectado de maneira fixa ao componente de fundo de poço 958 com mecanismo de fixação removível sem quaisquer elementos de fixação não removíveis.

[0076] Em uma modalidade, o módulo 1101 pode ser conectado ao componente de fundo de poço 958 por meio de uma conexão que não seja a conexão de coluna 1112. Portanto, o módulo 1101 pode ser manuseado como unidade fechada, mesmo quando ele é separado do componente de fundo de poço

958. Dessa forma, como o módulo 1101 pode ser uma unidade hermeticamente fechada, ele pode, por exemplo, ser testado, verificado, calibrado, submetido a reparo ou manutenção ou ele pode trocar dados (fazer download ou upload), sem a necessidade de fixar o módulo 1101 ao componente de fundo de poço 958, ou simplesmente ser limpo, por exemplo com o uso de uma arruela regular de alta pressão. O módulo 1101 pode ainda ser trocado quando não está funcionando corretamente para conserto rápido do componente de fundo de poço 958 durante ou na preparação de um trabalho de perfuração.

[0077] Em uma modalidade, o módulo 1101 pode ser trocado para acessar o BHA 18 ou o componente de fundo de poço 958 a partir da periferia externa do BHA 18 ou do componente de fundo do poço 958. Isso permite trocar o módulo 1101 sem romper as conexões de coluna. De acordo com um aspecto exemplificador, o módulo 1101 pode ser trocado sem desconectar as conexões de coluna 1112 na extremidade superior e/ou inferior do componente de fundo de poço 958 na Figura 11 e sem desmontar o componente de fundo de poço 958 do BHA 18 ou da coluna de perfuração 12. Em conformidade com um aspecto exemplificador adicional, o módulo 1101 pode ser trocado com o componente de fundo de poço 58 conectado, por exemplo mecanicamente conectado a ao menos uma parte do BHA 18 ou da coluna de perfuração 12 através de uma ou mais conexões de coluna.

[0078] Por exemplo, o módulo 1101 pode ser rapidamente trocado a partir da periferia externa do componente de fundo de poço 958 para reparar o componente de fundo de poço 958 estando o componente de fundo de poço 958 ainda fisicamente conectado ao BHA 18 e/ou à coluna de perfuração 12. Os módulos trocados podem ser enviados a uma unidade externa para reparo e manutenção para investigação e manutenção adicionais sem a necessidade de transportar o componente de fundo de poço 958 ou de desconectar as conexões de coluna 1112 ou 1102 do componente de fundo de poço 958 do BHA 18 ou da coluna de perfuração 12. Ou seja, teste, verificação, calibração, transferência de dados (download ou upload), manutenção e reparo podem ser feitos no nível do módulo em vez de no nível da ferramenta. À capacidade para uma rápida troca dos módulos para reparar o componente de fundo de poço 958 e a opção de envio de módulos relativamente pequenos ao invés de todas as ferramentas de perfuração de fundo de poço e/ou a capacidade para uma rápida troca dos módulos para reparar componentes de fundo de poço estando o componente de fundo de poço ainda fisicamente conectado ao BHA 18 e/ou à coluna de perfuração 12 é um dos grandes benefícios, em particular, se mais de um módulo 1101 estão dispostos no componente de fundo de poço 958, e ajuda a obter uma redução significativa no custo operacional.

[0079] Ainda com referência à Figura 11, o módulo 1101 pode compreender adicionalmente um dispositivo de armazenamento de energia 1105 que é configurado para armazenar energia para a operação de um ou mais dentre o sensor 1102, o controlador 1103 e o dispositivo de comunicação 1104. O dispositivo de armazenamento de energia 1105 pode ser recarregável para permitir recarregar o dispositivo de armazenamento de energia 1105 durante os ciclos de reparo e manutenção e/ou durante a operação do componente de fundo de poço 58. Nessa proporção, o módulo 1101 pode compreender adicionalmente um dispositivo de recepção de energia 1107 que recebe energia sem fio de um dispositivo de transmissão de energia 1106 externo ao módulo 1101. A energia que é transmitida pelo dispositivo de transmissão de energia 1106 pode ser obtida do movimento do fluido de perfuração 1108 (por exemplo, mediante o uso de uma turbina) ou das partes mecânicas dentro do componente de fundo de poço 958 ou BHA 18, como mas não se limitando a rotação da coluna de perfuração 12 (por exemplo, através da utilização de luvas não giratórias em combinação com magnetos de rotação e transformadores indutivos, ou dispositivos de energia indutiva conforme discutido acima em relação à dispositivo de transmissão/recepção de energia 96 na Figura 5 dentro da luva não giratória 60, ou em combinação com um acoplamento mecânico entre as partes giratórias e as partes não giratórias), ou vibração dos componentes de fundo de poço (por exemplo, utilizando massas oscilantes que estão energizadas pela vibração do BHA 18).

[0080] Alternativamente, a energia que é transmitida pelo dispositivo de transmissão de energia 1106 pode ser fornecida a partir de uma fonte de energia na superfície do solo através de uma conexão elétrica ao longo da coluna de perfuração 12, como um fio, a conexão elétrica conectando o BHA 18 de fundo de poço com o conjunto de superfície 22 na superfície do solo ou no fundo do poço na coluna de perfuração 12 através de um conexão elétrica junto à coluna de perfuração 12, como um fio, sendo que a conexão elétrica conecta o BHA 18 de fundo de poço com uma fonte de energia do fundo de poço. Em ainda outra modalidade alternativa, a energia que é transmitida pelo dispositivo de transmissão de energia 1106 é fornecida por um dispositivo de armazenamento de energia, como uma bateria, uma bateria recarregável, um capacitor ou um supercapacitor, ou uma célula a combustível que não está incluída no módulo 1101. O dispositivo de transmissão de energia 1106 pode ser disposto externo ao módulo 1101 dentro do mesmo componente de fundo do poço 958 ou um componente de fundo de poço diferente dentro do BHA 18, que pode ser separado do componente de fundo de poço 958 por uma ou mais conexões de coluna, como as conexões de coluna 1112.

[0081] O dispositivo de transmissão de energia 1106 pode ser ainda incluído em um dispositivo de teste, verificação, calibração, reparo ou manutenção quando o módulo 1101 é desmontado do componente de fundo de poço 958 para reparo ou manutenção. Os dispositivos de transmissão/recepção de energia para transmissão/recepção sem fio de energia que podem ser usados no fundo do poço são conhecidos na técnica e podem ser acopladores indutivos, dispositivos de energia indutiva, transformadores indutivos, magnetos móveis, acoplamento mecânico ou acoplamento magnético.

[0082] Em uma modalidade alternativa, a Figura 11 ilustra o componente de fundo de poço 958 compreendendo um ou mais módulos 1101', que compreende um sensor ou a sonda 1102' similar ao sensor 1102 para detectar um parâmetro de interesse. À diferença entre o módulo 1101' e o módulo 1101 é que o módulo 1101' está disposto dentro de um furo 1109 do componente de fundo de poço 958 enquanto o módulo 1101 está disposto em uma cavidade ou reentrância (não separadamente identificada) na superfície externa (também não separadamente identificada) do componente de fundo de poço 958. Por exemplo, o módulo 1101' pode ser centralizado no orifício 1109 mediante o uso de um ou mais centralizadores (não mostrados). O parâmetro de interesse detectado pelo sensor 1102' pode ser igual ou similar àquele detectado pelo sensor 1102. Igual ao módulo 1101, o módulo 1101' é mecânica e eletricamente modular e disposto em peça única, em que o módulo 1101' pode ser fixado e removido do componente de fundo de poço 958 sem afetar os componentes no módulo 1101' ou componente de fundo de poço 58.

[0083] O módulo 1101' pode compreender adicionalmente um dispositivo de comunicação 1104' para comunicação sem fio, como o dispositivo de comunicação 1104 do módulo 1101, um controlador 1103', como o controlador 1103 do módulo 1101, um dispositivo de armazenamento de energia 1105' similar ao dispositivo de armazenamento de energia 1105 do módulo 1101, um dispositivo de recepção de energia 1107' que recebe, de forma sem fio, energia de um dispositivo de transmissão de energia 1106 externo ao módulo 1101' similar aos dispositivos de transmissão/recepção de energia 1106/1107 do módulo 1101. Portanto, mediante o uso de ao menos o sensor 1102' e o dispositivo de comunicação 1104' para comunicação sem fio, o módulo 1101' pode ser disposto sem qualquer conexão elétrica física, como um fio, um conector ou similares. Isso permite um módulo que não tem um ponto de conexão elétrica, como uma tomada ou entrada elétrica (por exemplo, plugue, soquete, receptáculo ou similares). Isso pode ter grande impacto sobre a confiabilidade do módulo, visto que as entradas ou tomadas elétricas são geralmente os pontos fracos das partes de poço, em especial se tal for necessário para vedar o lado interno do módulo de fluidos externos com altas pressões que podem ocorrer em ambiente típico de fundo de poço.

[0084] As configurações dos aparelhos de medição e da antena aqui descritas podem ser usadas em vários métodos para a realização de operações de perfuração. Um exemplo de um método inclui controlar os componentes do sistema de direcionamento ou módulo de sensor incluindo componentes dispostos em um módulo de luva não giratória discutidos na presente invenção. O método pode ser realizado em conjunto com o sistema 10 e/ou módulo(s) 64, 1101, 1101', mas não está limitado a esses. O método inclui um ou mais estágios descritos abaixo. Em uma modalidade, o método inclui a execução de todos os estágios na ordem descrita. No entanto, certas etapas podem ser omitidas, estágios podem ser adicionados ou a ordem dos estágios alterada.

[0085] Em um primeiro estágio, um conjunto de perfuração conectado a uma coluna de perfuração é disposto em um poço, por exemplo, como parte de uma operação de LWD ou MWD. Em um segundo estágio, o conjunto de perfuração é operado pela rotação de um eixo de acionamento e uma broca de perfuração através de uma superfície ou dispositivo de fundo de poço. Em uma modalidade, o eixo de acionamento é circundado por uma luva não giratória que inclui um ou mais módulos que alojam e envolvem ao menos parcialmente um ou mais elementos de propensão. Em outra modalidade, um ou mais módulos são incluídos nas partes giratórias do BHA. Um ou mais componentes em cada módulo são equipados com motor através de um dispositivo de armazenamento de energia e/ou dispositivo de transmissão/recepção de energia, como uma bobina para receber um campo magnético alternado, um acoplador indutivo, transformador indutivo, um dispositivo de energia indutiva, magnetos móveis, acoplamento mecânico ou acoplamento magnético que transforma energia mecânica a partir do fluxo de fluido de perfuração, da rotação do eixo de acionamento ou da vibração do BHA de energia elétrica em energia elétrica que alimenta os dispositivos de controle de potência, os sensores e/ou os dispositivos de atuação para os elementos de propensão. Em um terceiro estágio, as comunicações entre o módulo e outros componentes da coluna de perfuração são realizadas. Por exemplo, o módulo se comunica com uma outra porção da coluna de perfuração, como um segundo módulo, uma ferramenta de MWD ou outro componente de fundo de poço, por exemplo para fornecer comunicação à superfície, para comunicar dados de sensor, como direção e posição de perfuração, ou para coordenar a operação dos elementos de propensão. Cada módulo também pode se comunicar sem fio para coordenar a operação de múltiplos sensores ou elementos de propensão em vários módulos.

[0086] No quarto estágio, os sensores ou os elementos de propensão são operados para detectar um parâmetro de interesse ou para controlar e direcionar o conjunto de perfuração. Por exemplo, cada módulo inclui um controlador que pode receber comunicações ou comandos a partir de um dispositivo de processamento de superfície ou de fundo de poço (por exemplo, a unidade de processamento de superfície, ver Fig. 1) para acionar os elementos de propensão, por exemplo para entrar em contato com a parede do poço, ou para controlar a descoberta de presença de um parâmetro de interesse ou o armazenamento de dados gerados com base no parâmetro detectado de interesse para um dispositivo de armazenamento de dados. Os elementos de propensão que são operados para direcionar o conjunto de perfuração ou os elementos de propensão adicionais/alternativos (não mostrados) não operados para direcionar o conjunto de perfuração (por exemplo, lâminas afastadoras ou lâminas estabilizantes de afastadores ou de estabilizantes expansíveis, respectivamente) podem ser inicialmente expandidos ou atuados por elementos ativos (por exemplo, atuadores) ou elementos passivos (por exemplo, molas) para aumentar o atrito entre os elementos de propensão e uma parede de poço.

[0087] Por exemplo, o atrito entre os elementos de propensão e a parede de poço pode aumentar até um nível que seja próximo ou até maior que o atrito do mancal criando, assim, uma resistência inicial de rotação da luva em relação à parede de poço e, dessa forma, iniciando uma rotação relativa entre o eixo de acionamento e a luva não giratória. Por exemplo, o atrito entre os elementos de propensão e uma parede do poço de “poço pode aumentar até um nível que permite preensão inicial entre a parede de poço e a luva não giratória e, dessa forma, iniciando uma rotação relativa entre o eixo de acionamento e a luva não giratória.

[0088] Tais elementos de propensão que são configurados para ser inicialmente expandidos ou atuados para aumentar a fricção entre a luva não giratória e a parede do fundo de poço pode ser pelo menos um dentre blocos de deslizamento, cilindros energizados, molas, lâminas ou alavancas giratórias. Os elementos de propensão, que são configurados para ser inicialmente expandidos ou atuados para aumentar a fricção entre a luva não giratória e a parede de poço, podem ser elementos ativos que requerem fontes externas de energia ou elementos passivos que podem ser atuados ou expandidos sem fontes externas de energia, como, por exemplo, molas. Se a expansão ou a atuação inicial dos elementos de propensão é fornecida por elementos ativos, a energia necessária para expandir/atuar o elementos de propensão pelos elementos ativos pode ser fornecida por um dispositivo de armazenamento de energia, como um capacitor, um supercapacitor, uma bateria, uma célula a combustível ou uma bateria recarregável. Tal dispositivo de armazenamento de energia pode também ser utilizado para energizar controladores ou sensores dentro do módulo.

[0089] O maior atrito inicial causado pela atuação ou expansão inicial do um ou mais elementos de propensão causa rotação relativa do eixo de acionamento e da luva para permitir a recepção de energia por um dispositivo de recepção de energia que recebe energia que é convertida a partir da energia de rotação da coluna de perfuração. A energia recebida é então usada para operar elementos de propensão, controladores, circuitos eletrônicos, sensores, ou para carregar o dispositivo de armazenamento de energia. O dispositivo de armazenamento de energia pode também ser recarregado durante a operação do conjunto de direcionamento pelo dispositivo de recepção de energia. Um ou mais elementos de propensão são então operados para controlar a direção do conjunto de perfuração.

[0090] No quinto estágio, a ferramenta de perfuração é removida do poço, e o módulo, que inclui o elemento de propensão, os sensores e/ou os componentes eletrônicos como dispositivos de comunicação para comunicação sem fio e/ou dispositivos de transmissão/recepção de energia para transmitir/receber energia de modo sem fio, é desmontado do conjunto de perfuração. O módulo será enviado para um local remoto para limpeza, verificação, calibração, manutenção, transferência de dados (download ou upload), ou reparo. Durante essas atividades, o dispositivo de comunicação para comunicação sem fio, o dispositivo de armazenamento de energia e/ou o dispositivo de transmissão/recepção de energia permitem ao menos parcialmente operar o módulo, ou se comunicar com o módulo, sem fio. Por exemplo, algumas ou todas dentre as etapas durante a limpeza, verificação, calibração, transferência de dados (download ou upload), manutenção ou reparo podem ser realizadas sem uma conexão física, como um conector elétrico ao módulo. Isso permite um módulo que não tem um ponto de conexão elétrica, como uma tomada ou entrada elétrica (por exemplo, plugue, soquete, receptáculo ou similares). Isso pode ter grande impacto sobre a confiabilidade do módulo, visto que as entradas ou tomadas elétricas são geralmente os pontos fracos das partes de poço, em especial se tal for necessário para vedar o lado interno do módulo de fluidos externos com altas pressões que podem ocorrer em ambiente típico de fundo de poço.

[0091] No sexto estágio, um outro módulo que é pelo menos similar ao módulo que foi desmontado do conjunto de perfuração durante o quinto estágio será instalado no conjunto de perfuração que já está preparado e pronto para ser implantado no fundo do poço para um ou mais dentre limpeza, verificação, calibração, manutenção, transferência de dados (download ou upload) ou reparo. Devido à modularidade do módulo, nenhuma medida ou procedimento adicional tem de ser utilizado para garantir a vedação do módulo ou outras partes de fundo de poço durante essa etapa. Portanto, não é necessário nenhum manuseio de vedação na plataforma local. Isso permite durações mais curtas do conjunto e, definitivamente, uma redução nos custos operacionais.

[0092] As modalidades aqui descritas fornecem numerosas vantagens. As vantagens das modalidades incluem simplificar a montagem, o reparo, a manutenção, o teste, a verificação, a transferência de dados (download ou upload) e a calibração de um conjunto de direcionamento ou ferramenta de medição mediante o fornecimento de energia e/ou comunicação aos módulos que compreendem elementos de propensão ou sensores sem qualquer conector elétrico físico. Por exemplo, a manutenção do conjunto de direcionamento é simplificada permitindo que os módulos sejam removidos e substituídos sem afetar outros componentes do conjunto de direcionamento ou da coluna de perfuração, sem ter que realizar procedimentos complexos para montar e desmontar uma luva do conjunto de direcionamento, sem precisar conectar e/ou desconectar os módulos físicos com relação a conectores elétricos a ou do conjunto de direcionamento e sem necessariamente exigir o uso de pessoal altamente qualificado. A modularidade dos módulos fornece substituições relativamente simples dos módulos e melhor tempo de execução. Outras vantagens incluem o sistema de menor complexidade, maior confiabilidade e menores custos do ciclo de vida, e ferramenta menores em geral e/ou luva com comprimentos mais curtos.

[0093] Serão apresentadas a seguir algumas modalidades referentes à revelação supracitada:

[0094] Modalidade 1: Um dispositivo para medir um parâmetro de interesse no fundo do poço que inclui uma componente de fundo de poço configurado para ser disposto em um furo formado em uma formação de solo, e ao menos um módulo configurado para ser conectado de modo removível ao componente de fundo de poço. O ao menos um módulo envolve ao menos parcialmente um sensor configurado para medir o parâmetro de interesse. O ao menos um módulo ao menos parcialmente circunda um dispositivo de comunicação para comunicação sem fio.

[0095] Modalidade 2: O dispositivo de qualquer modalidade anterior, em que o dispositivo de comunicação é operável para se comunicar com um dispositivo que é externo ao ao menos um módulo.

[0096] Modalidade 3: O dispositivo de qualquer modalidade anterior em que o ao menos mm módulo compreende adicionalmente: um controlador operável para controlar ao menos um dentre a medição do parâmetro de interesse, um processamento do parâmetro medido de interesse e um armazenamento do parâmetro medido de interesse.

[0097] Modalidade 4: O dispositivo de qualquer modalidade anterior, em que o dispositivo de comunicação é configurado para transmitir o parâmetro de interesse ao menos parcialmente sem fio.

[0098] Modalidade 5: O dispositivo de qualquer modalidade anterior em que o sensor é pelo menos um dentre um sensor direcional, um sensor de avaliação de formação e um sensor para medir dados operacionais.

[0099] Modalidade 6: O dispositivo de qualquer modalidade anterior em que o módulo é conectado de maneira removível ao componente de fundo de poço através de ao menos um dentre um parafuso, um parafuso de máquina, uma rosca, um magneto e um dispositivo de preensão.

[0100] Modalidade 7: O dispositivo de qualquer modalidade anterior em que o ao menos um módulo é conectado ao componente de fundo de poço através do dispositivo de aperto que compreende ao menos um dentre um dispositivo de aperto mecânico, um dispositivo de preensão térmica, um dispositivo de liga com memória de formato, um dispositivo de encaixe por pressão e um dispositivo de encaixe afunilado.

[0101] Modalidade 8: O dispositivo de qualquer modalidade anterior que inclui adicionalmente: um dispositivo de armazenamento de energia disposto no ao menos um módulo, sendo que o dispositivo de armazenamento de energia é configurado para fornecer energia a ao menos um dentre o dispositivo de comunicação e o sensor.

[0102] Modalidade 9: O dispositivo de qualquer modalidade anterior em que o ao menos um módulo é vedado.

[0103] Modalidade 10: O dispositivo de qualquer modalidade anterior em que o dispositivo de comunicação para comunicação sem fio compreende ao menos um dentre uma antena, um dispositivo de acoplamento indutivo, um dispositivo de acoplamento — eletromagnético, um dispositivto de acoplamento ressonante eletromagnético e um dispositivo de acoplamento acústico.

[0104] Modalidade 11: O dispositivo de qualquer modalidade anterior que inclui adicionalmente: um dispositivo de transmissão de energia e um dispositivo de recepção de energia, sendo o dispositivo de recepção de energia ao menos parcialmente envolvido no módulo, sendo que o dispositivo de transmissão de energia transmite energia de maneira ao menos parcialmente sem fio ao dispositivo de recepção de energia.

[0105] Modalidade 12: O dispositivo de qualquer modalidade anterior que inclui adicionalmente: um dispositivo de armazenamento de energia disposto em pelo menos um dentre um módulo, sendo o dispositivo de armazenamento de energia configurado para armazenar energia que é recebida pelo dispositivo de recepção de energia.

[0106] Modalidade 13: O dispositivo de qualquer modalidade anterior em que o dispositivo de transmissão de energia compreende ao menos um dentre uma antena, um transformador indutivo, um magneto permanente, um eletromagneto e uma bobina.

[0107] Modalidade 14: O dispositivo de qualquer modalidade anterior em que pelo menos um dentre o dispositivo de transmissão de energia e o dispositivo de recepção de energia inclui adicionalmente um dispositivo alternador operável para converter energia mecânica em energia elétrica.

[0108] Modalidade 15: O dispositivo de qualquer modalidade anterior em que o componente de fundo de poço inclui um furo interno, sendo que o ao menos um módulo disposto no furo interno do componente de fundo de poço.

[0109] Modalidade 16: O dispositivo de qualquer modalidade anterior em que o componente de fundo de poço inclui uma superfície externa que tem uma cavidade, sendo o ao menos um módulo disposto na cavidade.

[0110] Modalidade 17: Um método para medir um parâmetro de interesse em uma operação de fundo de poço que inclui dispor um componente de fundo de poço em uma formação de solo, e conectar de modo removível um módulo a componente de fundo de poço. O módulo envolve ao menos parcialmente um sensor configurado para medir um parâmetro de interesse e um dispositivo de comunicação para comunicação sem fio. O parâmetro de interesse é detectado pelo sensor, e os dados | comunicados através do dispositivo de comunicação. Os dados são com base no parâmetro de interesse.

[0111] Modalidade 18: O método de qualquer modalidade anterior em que a comunicação de dados compreende comunicar os dados para um dispositivo que é externa ao módulo.

[0112] Modalidade 19: O método de qualquer modalidade anterior que inclui adicionalmente fornecer energia ao menos parcialmente sem fio ao módulo por um dispositivo de transmissão de energia e um dispositivo de recepção de energia, sendo que o dispositivo de recepção de energia disposto no modulo.

[0113] Modalidade 20: O método de qualquer modalidade anterior em que a conexão de forma removível dos módulos inclui conectar de modo removível com ao menos um dentre um parafuso, um parafuso de máquina, uma rosca, um magneto e um dispositivo de preensão.

[0114] Em apoio aos ensinamentos da presente invenção, várias análises e/ou componentes de análise podem ser usados, incluindo sistemas digitais e/ou analógicos. O sistema pode ter componentes como um processador, mídias de armazenamento, memória, entrada, saída, link de comunicação (com fio, sem fio, lama pulsada, óptico ou outros), interfaces de usuário, programas de software, processadores de sinal e outros tais componentes (ex., como resistores, capacitores, indutores etc.) para fornecer operação e análises do aparelho e métodos revelados na presente invenção em qualquer uma de várias maneiras bem entendidas na técnica. É considerado que esses ensinamentos podem ser, mas não precisam ser, implementados em combinação com um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas em uma mídia legível por computador, incluindo memória (ROMs, RAMs), meios ópticos (CD-ROMs) ou magnéticos (discos, discos rígidos) ou qualquer outro tipo que, quando executado, faz com que um computador implemente o método da presente invenção. Essas instruções podem fornecer operação do equipamento, controle, coleta de dados e análise e outras funções consideradas relevantes por um designer de sistemas, proprietário, usuário, ou outro pessoal, além das funções descritas nesta revelação.

[0115] O versado na técnica reconhecerá que os vários componentes ou tecnologias podem fornecer certos recursos ou funcionalidades necessárias ou benéficas. Consequentemente, essas funções e recursos conforme pode ser necessário em apoio às reivindicações anexas e variações das mesmas, são reconhecidos como sendo inerentemente incluídos como uma parte dos ensinamentos da presente invenção e uma parte da invenção revelada.

[0116] Embora a invenção tenha sido descrita com referência às modalidades exemplificadoras, será entendido pelos versados na técnica que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem que se afaste do escopo da invenção. Adicionalmente, muitas modificações serão reconhecidas pelos versados na técnica para adaptar uma situação ou um material específico aos ensinamentos da invenção sem que se afaste do escopo essencial da mesma. Portanto, é pretendido que a invenção não se limite à modalidade específica apresentada como o melhor modo contemplado para realizar a presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para medir um parâmetro de interesse no fundo do poço, caracterizado por compreender: um componente de fundo de poço (58/958) configurado para ser disposto em um furo (14) formado em uma formação de solo (16); e ao menos um módulo (28/64/101) configurado para ser conectado de modo removível ao componente de fundo de poço (58/958), sendo que o ao menos um módulo (28/64/101) ao menos circunda parcialmente um sensor (1102) configurado para medir o parâmetro de interesse, sendo que o ao menos um módulo (28/64/101) circunda ao menos parcialmente envolve um dispositivo de comunicação (1104/1110) para comunicação sem fio.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dispositivo de comunicação (1104/1110) ser operável para se comunicar com um dispositivo que é externo a o ao menos um módulo (28/64/101).

3. Dispositivo; de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o ao menos um módulo (28/64/101) compreender adicionalmente: um controlador (88/1103) operável para controlar ao menos um dentre a medição do parâmetro de interesse, um processamento do parâmetro medido de interesse e um armazenamento do parâmetro medido de interesse.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dispositivo de comunicação (1104/1110) ser configurado para transmitir o parâmetro de interesse ao menos parcialmente sem fio.

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sensor (1102) ser ao menos um dentre um sensor (1102) direcional, um sensor (1102) de avaliação de formação e um sensor (1102) para medir dados operacionais (40).

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o módulo (28/64/101) ser conectado de maneira removível ao componente de furo de poço (58/958) através de ao menos um dentre, um parafuso, um parafuso, um prendedor, uma rosca, um magneto (98) e um dispositivo de aperto.

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o ao menos um módulo (28/64/101) ser conectado ao componente de fundo de poço (58/958) através do dispositivo de aperto que compreende ao menos um dentre um dispositivo de aperto mecânico, um dispositivo de aperto térmico, um dispositivo de liga com memória de formato, um dispositivo de encaixe por pressão e um dispositivo de encaixe afunilado.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente: um dispositivo de armazenamento de energia (94/1105) disposto no ao menos um módulo (28/64/101), sendo que o dispositivo de armazenamento de energia (94/1105) é configurado para fornecer energia a ao menos um dentre o dispositivo de comunicação (1104/1110) e o sensor (1102).

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o ao menos um módulo (28/64/101) ser vedado.

10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dispositivo de comunicação (1104/1110) para comunicação sem fio compreender ao menos um dentre uma antena (68/69), um dispositivo de acoplamento indutivo, um dispositivo de acoplamento eletromagnético, um dispositivo de acoplamento ressonante eletromagnético e um dispositivo de acoplamento acústico.

11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente: um dispositivo de transmissão de energia (96/1106) e um dispositivo de recepção de energia (96/1107), sendo o dispositivo de recepção de energia (96/1107) ão menos parcialmente circundado no módulo (28/64/101), o dispositivo de transmissão de energia (96/1106) transmitir energia de maneira ao menos parcialmente sem fio ao dispositivo de recepção de energia (96/1107).

12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender adicionalmente: um dispositivo de armazenamento de energia

(94/1105) disposto no ao menos um módulo (28/64/101), sendo que o dispositivo de armazenamento de energia (94/1105) configurado para armazenar energia que é recebida pelo dispositivo de recepção de energia (96/1107).

13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o dispositivo de transmissão de energia (96/1106) compreender ao menos um dentre uma antena (68/69), um transformador indutivo, um magneto permanente (98), um eletromagneto e uma bobina.

14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por ao menos um dentre o dispositivo de transmissão de energia (96/1106) e o dispositivo de recepção de energia (96/1107) incluir, adicionalmente, um dispositivo alternador (104) operável para converter energia mecânica em energia elétrica.

15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o componente de fundo de poço (58/958) incluir um furo interno (1109), e uma superfície externa que tem uma cavidade, em que o ao menos um módulo (28/64/101) é disposto em ao menos um dentre o orifício interno (1109) e a cavidade do componente de fundo de poço (58/958).

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