BR122017010168B1 - Método para controlar pressão e/ou densidade de um fluido de perfuração - Google Patents

Método para controlar pressão e/ou densidade de um fluido de perfuração Download PDF

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Kozicz John
Juran Tim
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Black Sandy
Mackay John
Niven Scott
Sneddon Iain
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Transocean Sedco Forex Ventures Ltd.
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Abstract

resumo ?método para alterar a densidade de um fluido de perfuração? um sistema de perfuração utilizando um tubular principal tendo uma pluralidade de condutos de entrada e saída de fluidos posicionados nele e um tubular interno concêntrico tendo uma pluralidade de vedações para vedar o espaço anular entre os tubulares interno e principal concêntricos. os condutos de entrada e saída de fluido funcionam em cooperação com as vedações anulares para seletivamente abrir e fechar para orientação efetiva da pressão dentro dos tubulares.

Description

(54) Título: MÉTODO PARA CONTROLAR PRESSÃO E/OU DENSIDADE DE UM FLUIDO DE PERFURAÇÃO (51) Int.CI.: E21B 7/12; E21B 29/12 (30) Prioridade Unionista: 20/10/2005 US 60/728,542 (73) Titular(es): TRANSOCEAN SEDCO FOREX VENTURES LTD.
(72) Inventor(es): JOHN KOZICZ; TIM JURAN; ANDY LEGAULT; SANDY BLACK; JOHN MACKAY; SCOTT NIVEN; IAIN SNEDDON
1/26 “MÉTODO PARA CONTROLAR PRESSÃO E/OU DENSIDADE DE UM FLUIDO DE PERFURAÇÃO
Dividido do pedido de patente de invenção PI 06176950, depositado em 20/10/2006.
REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS RELACIONADOS [001] Esse pedido está relacionado com o Pedido de Patente provisório 60/728.542, depositado em 20 de outubro de 2005 intitulado “Apparatus and Method for Managed Pressure Drilling.
CAMPO TÉCNICO [002] Essa invenção refere-se a um novo método para operações de perfuração longe da costa. Em particular, essa invenção refere-se a um método para utilizar um riser/tubo de ascensão marinho concêntrico de alta pressão na perfuração longe da costa em alto-mar. Além disso, essa invenção refere-se à manipulação de fluido em um tubo de ascensão na eventualidade de um influxo inesperado de hidrocarboneto, água potável, gás natural ou outro fluido pressurizado encontrado durante as operações de perfuração.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO.
[003] Atualmente, uma série de técnicas de perfuração de hidrocarboneto foi proposta para orientar melhor as pressões dentro ou exercidas sobre um furo de sondagem durante atividades de perfuração. Amplamente, essas técnicas abrangem duas categorias de controle de pressão do furo de sondagem. Na primeira, um sistema de circulação de “laço fechado é utilizado. Isso é geralmente realizado pela instalação de um dispositivo de controle rotativo (“RCD) similar a esse desPetição 870180019952, de 12/03/2018, pág. 13/51
2/26 crito em Williams e outros Pat. 5.662.181. O RCD é posicionado no topo de um obturador de segurança (Blowout Preventer
- BOP) convencional. Nesse sistema, o RCD direciona o fluxo da lama de lubrificação de dentro e de cima do furo de sondagem, de modo que a lama de lubrificação pode ser monitorada e assim a taxa de bombeamento pode ser regulada. Na segunda, vários métodos de uso de colunas múltiplas de fluidos de perfuração com densidades diferentes para manipular o gradiente de pressão do fluido de perfuração dentro do furo de sondagem ou adicionar um sistema de bombeamento para impulsionar os fluidos do furo de sondagem do poço. Os níveis de densidade do fluido efetuam o gradiente de pressão do fluido dentro do furo de sondagem e ajudam a impulsionar os fluidos do poço.
[004] Devido às limitações nas características físicas dos tubos de ascensão marinhos existentes, técnicas de orientação de pressão presentes não podem ser implementadas sem custo e/ou tempo adicional substancial. Por exemplo, o método e o aparelho revelados na Pat. 6.273.193 (Hermann e outros) utilizam um tubo de ascensão interno concêntrico e elementos relacionados (suporte, mecanismos de vedação, etc.). Entretanto, o método e o aparelho de Hermann e outros exigem que o sistema do tubo de ascensão marinho seja substancialmente desmontado antes que o tubo de ascensão concêntrico possa ser disposto. A desmontagem do sistema do tubo de ascensão marinho adiciona tempo e custos significativos na operação de perfuração. Adicionalmente, o sistema de Hermann e outros deixa a extremidade superior do sistema do tuPetição 870180019952, de 12/03/2018, pág. 14/51
3/26 bo de ascensão marinho solto no lado inferior da torre. Isso resulta no potencial para movimento diferencial do tubo de ascensão para longe da linha central do poço que poderia causar o carregamento lateral excêntrico do elemento de vedação anular do furo de sondagem. Além disso, o método de Hermann e outros utiliza o obturador de segurança anular superior do BOP existente para efetivamente vedar e isolar o anel entre a extremidade inferior do tubo de ascensão concêntrico e a extremidade inferior do tubo de ascensão marinho tornando ele indisponível para sua função primária de controle do poço.
[005] A Patente de Hannegan e outros 6.263.982 descreve um método e aparelho onde um RCD é instalado no topo de um tubo de ascensão marinho em uma maneira similar ao método e aparelho de Hermann e outros. O método e o aparelho de Hannegan têm limitações similares com relação ao tempo e custo da instalação e operação do sistema. Adicionalmente, sem um tubo de ascensão concêntrico, a capacidade de pressão de rompimento do tubo de ascensão marinho convencional limita a pressão anular máxima que pode ser imposta.
[006] A presente invenção supera essas limitações possibilitando um tubo de ascensão marinho convencional que é facilmente configurado e reconfigurado para conduzir as capacidades de perfuração anular e gradiente duplo.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [007] A presente invenção é direcionada a um sistema e método de perfuração que orientam a pressão dentro de um tubo de ascensão durante as operações de perfuração. EspecificamenPetição 870180019952, de 12/03/2018, pág. 15/51
4/26 te, o sistema de perfuração utiliza um tubo de ascensão marinho principal tendo uma pluralidade de condutos de entrada e saída de fluido, tubo de ascensão interno concêntrico suportado dentro do tubo de ascensão marinho principal, um dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão e uma pluralidade de vedações anulares dispostas dentro do espaço anular entre o tubo de ascensão marinho principal e o tubo de ascensão interno concêntrico. Esses elementos funcionam em cooperação para orientar a densidade do fluido no tubo de ascensão e para controlar os influxos de fluidos anormalmente pressurizados para dentro dos tubos de ascensão. A presente invenção provê um método eficiente para impedir explosões e outras conseqüências potencialmente desastrosas da perfuração através de formações com água, gás natural, cavidades de gás metano congelado ou outros reservatórios de fluido subterrâneos.
[008] Uma modalidade preferida do sistema de orientação de pressão inventivo é um corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico que inclui um corpo tubular, uma vedação anular do tubo de ascensão dentro do corpo tubular que é configurada para engatar com vedação um elemento tubular concêntrico quando a vedação é acionada, uma vedação anular do tubo de ascensão concêntrico dentro do corpo tubular abaixo da vedação anular do tubo de ascensão que é configurada para engatar com vedação um elemento do tubo de ascensão concêntrico quando acionada e um suporte do tubo de ascensão concêntrico dentro do corpo tubular abaixo da vedação anular do tubo de ascensão concêntrico que é configurado para engatar com susPetição 870180019952, de 12/03/2018, pág. 16/51
5/26 tentação um elemento do tubo de ascensão concêntrico. O sistema de orientação de pressão pode também incluir um corpo tubular com uma entrada de fluido do tubo de ascensão concêntrico acima da vedação anular do tubo de ascensão concêntrico e uma entrada de fluido anular do tubo de ascensão concêntrico abaixo da vedação anular do tubo de ascensão concêntrico.
[009] O corpo tubular do corpo do suporte pode incluir uma saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico acima da entrada de fluido anular do tubo de ascensão concêntrico. As entradas de fluido e a saída podem ser abertas, fechadas ou parcialmente abertas. Além disso, as entradas e saídas podem incluir pelo menos um fluxímetro.
[010] O corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico da modalidade preferida pode também incluir um fundo que é configurado para se unir com um cano do tubo de ascensão marinho e um topo que é configurado para se unir com uma junta telescópica ou combinações desses. O corpo do suporte pode também incluir uma pluralidade de condutos de fluido do tubo de ascensão concêntrico abaixo da vedação anular do tubo de ascensão, cujos condutos podem incluir válvulas que podem ser independentemente controladas ou controladas como uma válvula única ou combinações desses. Os condutos de fluido podem também ser configurados como entradas de fluido e saídas de fluido.
[011] Uma modalidade preferida do sistema de orientação de pressão inclui um tubo de ascensão, um suporte do tubo de ascensão conectado no tubo de ascensão, uma junta telescópiPetição 870180019952, de 12/03/2018, pág. 17/51
6/26 ca conectada no tubo de ascensão, um corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico entre a junta telescópica do tubo de ascensão e o suporte do tubo de ascensão e um tubo de ascensão concêntrico dentro do tubo de ascensão e o corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico. O tubo de ascensão concêntrico pode ser dimensionado para criar um espaço anular entre o tubo de ascensão concêntrico e o tubo de ascensão. A vedação anular do tubo de ascensão concêntrico pode ser configurada para engatar com vedação o tubo de ascensão concêntrico quando a vedação é acionada. A vedação anular do tubo de ascensão concêntrico é projetada para impedir que o fluido no espaço anular entre o tubo de ascensão e o tubo de ascensão concêntrico flua além da vedação anular do tubo de ascensão concêntrico quando a vedação é acionada.
[012] O sistema do tubo de ascensão concêntrico pode também incluir um dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão posicionado dentro do tubo de ascensão e acima do tubo de ascensão concêntrico. O dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão pode incluir uma seção de cano do dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão (dimensionada para criar um espaço anular entre a seção de cano do dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão) e uma vedação do dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão posicionada operativamente dentro e/ou exterior à seção de cano do dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão.
[013] O sistema de tubo de ascensão concêntrico preferido pode também incluir um corpo de suporte de tubo de ascensão
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7/26 concêntrico que inclui uma vedação anular de tubo de ascensão que é projetada para engatar com vedação a seção de cano do dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão quando a vedação é acionada. O corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico pode também incluir uma pluralidade de canais de fluido de tubo de ascensão concêntrico e um canal anular do tubo de ascensão concêntrico espaçado abaixo da pluralidade de canais de fluido do tubo de ascensão concêntrico.
[014] O sistema do tubo de ascensão concêntrico pode também incluir equipamento de leitura de fluxo conectado em pelo menos um da pluralidade de canais de fluido do tubo de ascensão concêntrico. O equipamento de leitura de fluxo pode ser configurado para medir o volume de fluxo e a pressão dentro do pelo menos um da pluralidade de canais de fluido do tubo de ascensão concêntrico. O sistema do tubo de ascensão concêntrico pode também incluir uma vedação anular do tubo de ascensão concêntrico inferior posicionada dentro do tubo de ascensão e adaptada para engatar com vedação o tubo de ascensão concêntrico quando acionada. A vedação anular do tubo de ascensão concêntrico inferior é posicionada em proximidade com o fundo do tubo de ascensão concêntrico.
[015] Além das modalidades estruturais, a invenção inclui um método preferido de orientação de pressão e/ou densidade do fluido do tubo de ascensão. O método preferido inclui injetar um fluido de uma primeira densidade através de um tubo/cano de perfuração, injetar um fluido de uma segunda densidade através de um espaço anular entre um tubo de ascensão
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8/26 e um tubo de ascensão concêntrico, misturar os dois fluidos abaixo do tubo de ascensão concêntrico e retornar o fluido de densidade misturada para o topo do tubo de ascensão no espaço anular entre o cano de perfuração e o tubo de ascensão concêntrico.
[016] O método pode também incluir a etapa de recuperar o fluido de densidade misturada através de um orifício em comunicação de fluido com o topo do tubo de ascensão concêntrico. O método pode também incluir a etapa de medir parâmetros de fluxo do fluido relevantes do fluido de densidade misturada quando ele é recuperado do orifício em comunicação de fluido com o topo do tubo de ascensão concêntrico. O método pode também incluir as etapas de medir parâmetros de fluxo do fluido relevantes do fluido da primeira densidade, medir parâmetros de fluxo do fluido relevantes do fluido da segunda densidade e comparar os parâmetros dos fluidos da primeira e da segunda densidades com o fluido de densidade misturada. Adicionalmente, a comparação pode resultar no controle de um obturador de segurança em resposta à etapa de comparação dos fluidos. O controle pode incluir mudar a segunda densidade responsiva aos parâmetros do poço. O método preferido pode também incluir vedar o espaço anular entre um tubo de ascensão e dispositivo de rotação do tubo de ascensão antes da etapa de injetar o fluido da segunda densidade.
[017] Uma outra modalidade preferida é um sistema de perfuração que inclui uma plataforma de perfuração, um tubo de ascensão de perfuração principal conectado na plataforma de perfuração, onde o tubo de ascensão de perfuração principal
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9/26 inclui uma pluralidade de comprimentos de tubulares de tubo de ascensão acoplados geralmente em extremidades opostas, um obturador de segurança conectado no tubo de ascensão de perfuração principal, um tubo de ascensão concêntrico dentro do tubo de ascensão de perfuração principal, onde o tubo de ascensão interno concêntrico compreende uma pluralidade de comprimentos de tubulares do tubo de ascensão acoplados em extremidades geralmente opostas e uma ou mais vedações anulares conectadas no tubo de ascensão de perfuração principal, onde as vedações anulares são configuradas para isolar a pressão no espaço anular entre o tubo de ascensão principal e concêntrico e abaixo da vedação anular.
[018] O sistema de perfuração pode também incluir um ou mais condutos de entrada de fluido do tubo de ascensão conectados no tubo de ascensão principal, onde o conduto de entrada do fluido do tubo de ascensão é configurado para receber o fluido. O sistema de perfuração pode também incluir um ou mais condutos de saída de fluido do tubo de ascensão conectados no tubo de ascensão principal, onde o conduto de saída do fluido do tubo de ascensão é configurado para descarregar o fluido.
[019] O tubo de ascensão concêntrico do sistema de perfuração pode ser configurado para receber o fluido de um cano de perfuração e descarregar um fluido em um processador de fluido de perfuração. Pelo menos uma das vedações anulares do sistema de perfuração pode medir a pressão no espaço anular entre o tubo de ascensão principal e o tubo de ascensão concêntrico e abaixo da vedação anular. As vedações anulares
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10/26 podem ser configuradas para abrir e fechar na eventualidade do influxo de fluido para dentro do tubo de ascensão principal ou o tubo de ascensão concêntrico, de modo que a pressão dentro dos tubos de ascensão é controlada. O conduto de entrada do fluido do tubo de ascensão pode ser configurado para introduzir o fluido no espaço anular entre o tubo de ascensão principal e o tubo de ascensão concêntrico e onde o tubo de ascensão concêntrico é configurado para receber o fluido do espaço anular entre o tubo de ascensão principal e o tubo de ascensão concêntrico e descarregar o fluido para o equipamento de processamento de fluido.
[020] O sistema de perfuração pode também incluir um conduto de entrada de fluido do tubo de ascensão que é configurado para introduzir o fluido no espaço anular entre o tubo de ascensão principal e concêntrico, e onde o tubo de ascensão concêntrico é configurado para receber o fluido do espaço anular entre o tubo de ascensão principal e o tubo de ascensão interno concêntrico, e onde uma vedação de rotação do tubo de ascensão é configurada para fechar, de modo que o fluido é descarregado através do um ou mais condutos de saída do fluido.
[021] O precedente esboçou um tanto amplamente os aspectos e as vantagens técnicas da presente invenção a fim de que a descrição detalhada da invenção que segue possa ser entendida melhor. Aspectos adicionais e vantagens da invenção serão descritos a seguir que formam o assunto das reivindicações da invenção. Deve ser verificado por aqueles versados na técnica que a concepção e a modalidade específica reveladas
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11/26 podem ser facilmente utilizadas como uma base para modificar ou projetar outras estruturas para executar as mesmas finalidades da presente invenção. Também deve ser percebido por aqueles versados na técnica que tais construções equivalentes não se afastam do espírito e do escopo da invenção como apresentado nas reivindicações anexas. Os novos aspectos que são julgados como sendo característicos da invenção, tanto quanto a sua organização quanto ao método de operação, junto com objetivos e vantagens adicionais serão entendidos melhor a partir da descrição seguinte quando considerada em conjunto com as figuras acompanhantes. É para ser expressamente entendido, entretanto, que cada uma das figuras é provida com a finalidade de ilustração e descrição somente e não é planejada como uma definição dos limites da presente invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [022] A figura 1 mostra um sistema de perfuração do tubo de ascensão convencional da técnica anterior, [023] A figura 2 mostra um corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico instalado em um tubo de ascensão marinho, [024] A figura 3 mostra um tubo de ascensão concêntrico e um dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão, [025] A figura 4 mostra um corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico suportando um tubo de ascensão concêntrico e um dispositivo de rotação do tubo de ascensão, [026] A figura 5 mostra um sistema de perfuração do tubo de ascensão concêntrico operando em um modo de orientação de pressão anular de laço aberto convencional,
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12/26 [027] A figura 6 mostra um sistema de perfuração de tubo de ascensão concêntrico operando em um modo de gradiente duplo de laço aberto, [028] A figura 7 mostra um sistema de perfuração de tubo de ascensão concêntrico operando em um modo de orientação de pressão anular de laço fechado, [029] A figura 8 mostra um sistema de perfuração de tubo de ascensão concêntrico operando no modo de orientação de pressão anular de laço fechado, [030] A figura 9 mostra um sistema de perfuração de tubo de ascensão concêntrico operando no modo de pressão anular de gradiente duplo de laço fechado.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [031] A figura 1 mostra um sistema de perfuração de tubo de ascensão convencional. Um sistema de tubo de ascensão convencional inclui o tubo de ascensão marinho 100, sistema de tração do tubo de ascensão 110, obturador de segurança 120, junta telescópica 130, flutuação auxiliar 140 e linhas auxiliares 150.
[032] A figura 2 mostra uma modalidade preferida da invenção. Especificamente, a figura 2 mostra um tubo de ascensão marinho 100 e uma junta telescópica do tubo de ascensão 130. Um sistema de tração do tubo de ascensão 110 suporta e mantém uma tensão constante no tubo de ascensão marinho 100. O fundo do tubo de ascensão marinho 100 é conectado em um obturador de segurança submarino 120. O obturador de segurança submarino 120 é conectado em uma cabeça de poço (não mostrada). Posicionado acima do sistema de tração do tubo de asPetição 870180019952, de 12/03/2018, pág. 24/51
13/26 censão 110 está o corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200. O corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 se une com o tubo de ascensão marinho 100 e a junta telescópica 130. Embora a figura 2 não mostre quaisquer juntas do tubo de ascensão marinho acima do corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200, alguém versado na técnica facilmente entende que uma tal disposição é possível. De importância, entretanto, é a relação entre o corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 e o sistema de tração do tubo de ascensão 110. Na modalidade preferida, o corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 é posicionado acima do sistema de tração do tubo de ascensão 110. Embora uma modalidade preferida inclua o corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200, os componentes da invenção podem ser incorporados diretamente em um ou mais elementos tubulares do tubo de ascensão. Nessa configuração, o sistema pode reter a funcionalidade revelada aqui sem um corpo de suporte de tubo de ascensão concêntrico 200.
[033] O corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 também inclui um suporte de tubo de ascensão concêntrico 210. O suporte de tubo de ascensão concêntrico 210 posiciona e suporta o tubo de ascensão concêntrico 300 (figura 3) dentro do tubo de ascensão marinho 100.
[034] O corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 também inclui a vedação anular do tubo de ascensão 220. A vedação anular do tubo de ascensão 220 fica localizada acima do topo do tubo de ascensão concêntrico 300 (ver figuras 3 e 4). Em uma modalidade preferida, a vedação anular do tubo de
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14/26 ascensão 220 fica localizada acima do topo do tubo de ascensão concêntrico 300 e saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230 e adjacente a uma porção do dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 310 (ver figuras 3 e 4). A vedação anular do tubo de ascensão 220 pode ser aberta, fechada ou parcialmente aberta.
[035] O corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 também inclui a vedação anular do tubo de ascensão concêntrico 240. A vedação anular do tubo de ascensão concêntrico 240 fica localizada abaixo do topo do tubo de ascensão concêntrico 300. Em uma modalidade preferida, a vedação anular do tubo de ascensão concêntrico 240 fica localizada abaixo da entrada de fluido do tubo de ascensão concêntrico 250, saída 230 e o fundo do dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 310. A vedação anular do tubo de ascensão concêntrico 240 pode ser aberta, fechada ou parcialmente aberta.
[036] Um sistema de perfuração do tubo de ascensão concêntrico pode também incluir uma vedação do tubo de ascensão concêntrico inferior 260. Em uma modalidade preferida, a vedação do tubo de ascensão concêntrico inferior 260 fica posicionada adjacente ao fundo do tubo de ascensão concêntrico 300 (figura 4). A vedação do tubo de ascensão concêntrico inferior 260 pode ser aberta, fechada ou parcialmente aberta. Em operação, a vedação anular do tubo de ascensão concêntrico 240 e a vedação do tubo de ascensão concêntrico inferior 260 podem ser fechadas para isolar o tubo de ascensão marinho 100 do fluido em alta pressão na fileira de perfuraPetição 870180019952, de 12/03/2018, pág. 26/51
15/26 ção 270 (figura 7).
[037] As vedações e o suporte do tubo de ascensão concêntrico 210 são mostrados fora do tubo de ascensão marinho por clareza. Alguém versado na técnica sabe que as vedações e o suporte ficam dentro do tubo de ascensão marinho. Adicionalmente, as vedações e o suporte são descritos como componentes únicos, entretanto, alguém versado na técnica entende que esses componentes podem realmente ser um ou mais. Por exemplo, podem existir duas ou mais vedações anulares do tubo de ascensão 220. Além do que, alguns dos componentes podem não ser componentes separados como descrito, mas podem ser combinados em unidades únicas. Por exemplo, a vedação anular do tubo de ascensão concêntrico 240 e o suporte do tubo de ascensão concêntrico 210 podem ser combinados em uma unidade que executa ambas as funções.
[038] O corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 pode também incluir um conjunto de serviço de fluido (não mostrado) que supre fluido tais como fluidos de lubrificação, resfriamento e controle para o dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 310. O conjunto do serviço de fluido fica preferivelmente posicionado adjacente ao dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 310.
[039] O corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 também inclui uma entrada de fluido do tubo de ascensão concêntrico 250 e uma saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230. Como será explicado com referência à figura 4, a entrada de fluido do tubo de ascensão concêntrico 250 e a saída 230 são configuradas para ficar em uma relação coopePetição 870180019952, de 12/03/2018, pág. 27/51
16/26 rativa com o dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 310 (figura 3). Adicionalmente, o corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 inclui uma entrada de fluido anular 280. Embora entradas e saídas únicas sejam mostradas, alguém versado na técnica facilmente entende que o número de entradas e saídas pode ser variado. Por exemplo, em alguns sistemas poderia ser vantajoso ter duas ou mais entradas de fluido do tubo de ascensão concêntrico 250. As entradas e saídas que acessam o mesmo espaço anular são geralmente permutáveis. Por exemplo, o fluido poderia fluir para dentro do sistema através da saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230.
[040] As entradas e as saídas incluem válvulas que podem ser abertas, fechadas ou parcialmente abertas. Na maior parte das aplicações, as válvulas são abertas ou fechadas. Adicionalmente, as entradas são mostradas com calibres 290. Embora calibres sejam somente mostrados em conjunto com as entradas, alguém versado na técnica facilmente entende que os calibres podem ser usados com ambas entradas e saídas.
[041] A figura 3 mostra o tubo de ascensão concêntrico 300 e o dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 310. O tubo de ascensão concêntrico 300 é preferivelmente uma fileira de elementos tubulares de alta pressão configurados para serem colocados de maneira concêntrica dentro do tubo de ascensão marinho 100 (figura 4). Em uma modalidade preferida, o tubo de ascensão concêntrico 300 é conectado em uma extremidade inferior com um suspensor com corda de amarração interno (não mostrado) e a vedação anular de tubo de
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17/26 ascensão concêntrico inferior 260. Quando acionada, a vedação do tubo de ascensão concêntrico inferior 260 impede que o fluido circule acima da vedação anular do tubo de ascensão concêntrico inferior 260 no espaço anular entre o tubo de ascensão marinho 100 e o tubo de ascensão concêntrico 300. Em uma modalidade preferida, o tubo de ascensão concêntrico 300 é dimensionado para ser disposto dentro de um tubo de ascensão marinho de vinte e uma polegadas (53,34 cm) 100.
[042] A figura 3 também mostra o dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 330. Em uma modalidade preferida, o dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 330 é posicionado dentro do tubo de ascensão marinho 100 e junta telescópica 130, acima do tubo de ascensão concêntrico 300.
[043] O dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 310 inclui a vedação do RCD 320 e a seção de cano do RCD 330. A seção de cano do RCD 330 é opcionalmente dimensionada para ser engatada com vedação pela vedação anular do tubo de ascensão 220. Em uma modalidade, a seção de cano do RCD 330 é do mesmo tamanho que o tubo de ascensão concêntrico 300. Quando fechada, a vedação do RCD 320 impede o fluxo do fluido entre a seção de cano do RCD 330 e o cano de perfuração 270. Quando o dispositivo de controle de rotação 310 está fechado, os fluidos de retorno podem ser retirados do tubo de ascensão marinho 100 através da saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230 (figura 7). A saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230 é configurada para retirar o gás do tubo de ascensão marinho 100 e para a atmosfera ou
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18/26 o tubo de distribuição de obstrução da torre onde o fluido pode ser processado por lanças de queimador, linhas de ventilação ou outros equipamentos de processamento de perfuração (não mostrados). Deve ser observado que o dispositivo de controle de rotação 310 pode ser instalado e acionado dentro de um período de tempo muito curto. As saídas de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230 podem também ser abertas e fechadas dentro de um período de tempo curto. A rápida atuação do dispositivo de controle de rotação 310 e abertura e fechamento das saídas de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230 possibilitam que um operador rapidamente controle e oriente as pressões no furo inferior.
[044] A figura 4 mostra uma modalidade preferida com a colocação relativa do corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 em relação ao tubo de ascensão concêntrico 300 e dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 310. Embora não mostrado, um conjunto de serviço de fluido é preferivelmente acoplado no dispositivo de controle de rotação 310 e vedação anular do tubo de ascensão 220. Nessa disposição, os fluidos podem ser supridos através do conjunto de serviço de fluido (não mostrado) para o dispositivo de controle de rotação 310 quando necessário para operação do dispositivo de controle de rotação 310.
[045] Em operação, o corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 é preferivelmente instalado enquanto instalando o tubo de ascensão marinho 100. Uma vez que o tubo de ascensão marinho 100 esteja no lugar (incluindo o corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200), ele pode ser
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19/26 operado como um sistema de tubo de ascensão convencional. Para as operações nas quais o operador deseja usar o sistema de orientação de pressão revelado aqui, o tubo de ascensão concêntrico 300 é montado e abaixado no tubo de ascensão marinho 100. O comprimento do tubo de ascensão concêntrico usado depende do comprimento do tubo de ascensão. O tubo de ascensão concêntrico 300 deve se estender acima da vedação anular do tubo de ascensão concêntrico 240 e abaixo da vedação do tubo de ascensão concêntrico inferior 260. O fundo do tubo de ascensão concêntrico deve terminar acima do BOP 120.
[046] O dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 310 é instalado dentro do corpo superior do corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200. O dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 310 deve ser instalado tal que a vedação do RCD 320 fica posicionada acima da vedação anular do tubo de ascensão 220 e a seção de cano do RCD 330 se estende o suficiente para dentro do tubo de ascensão marinho 100 para ser engatada pela vedação anular do tubo de ascensão 220. Em uma instalação típica, o fundo da seção do cano do RCD 330 se estende abaixo da vedação anular do tubo de ascensão 220.
[047] Deve ser observado que o sistema de tração do tubo de ascensão 110 não é mostrado nas figuras 4 a 9 por finalidades de clareza. Entretanto, uma modalidade preferida inclui o sistema de tração do tubo de ascensão 110 como descrito acima e na figura 2.
[048] A figura 5 mostra o sistema de perfuração do tubo de ascensão concêntrico no modo de operação de laço aberto com
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20/26 os componentes acima do corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 removidos por clareza. O corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 é mostrado com vedações não acionadas (abertas) 220, 240 e 260, entrada de fluido do tubo de ascensão concêntrico fechada 250, saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico fechada 230 e suporte do tubo de ascensão concêntrico não utilizado 210. Nessa configuração, o fluido de perfuração é bombeado através do cano de perfuração 270 com o equipamento de bombeamento de fluido (não mostrado). O fluido percorre para baixo do cano de perfuração 270, através da broca (não mostrada) e para cima do anel entre o cano de perfuração 270 e o tubo de ascensão marinho 100. O equipamento de processamento do fluido de perfuração (não mostrado) recebe o fluido de retorno do topo do tubo de ascensão marinho 100.
[049] A figura 6 mostra o sistema do tubo de ascensão concêntrico no modo de perfuração de gradiente duplo de laço aberto. Nessa modalidade, o tubo de ascensão concêntrico 300 está instalado dentro do tubo de ascensão marinho 100. A vedação anular do tubo de ascensão concêntrico 240 é acionada, de modo que o fluido de perfuração não pode fluir para a superfície no anel entre o tubo de ascensão marinho 100 e o tubo de ascensão concêntrico 300. O corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico 200 é mostrado com a vedação anular do tubo de ascensão não acionada 220 e sem o dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 310. Embora o dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 310 não seja mostrado na figura 6, ele pode ser instalado - ou se
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21/26 instalado não tem que ser removido - para operar no modo de perfuração de gradiente duplo de laço aberto. Se instaladas, a vedação anular do tubo de ascensão 220 e a vedação do RCD 320 não são acionadas. O fluido pode fluir além da vedação anular do tubo de ascensão não acionada 220 e/ou vedação do RCD não acionada 320 e para fora do topo do tubo de ascensão marinho 100.
[050] Essa disposição de gradiente duplo de laço aberto possibilita que o fluido de perfuração seja injetado através da entrada de fluido anular do tubo de ascensão concêntrico 280 para dentro do anel entre o tubo de ascensão marinho 100 e o tubo de ascensão concêntrico 300. Em um modo de gradiente duplo, o fluido injetado através da entrada de fluido anular do tubo de ascensão concêntrico 280 é de uma densidade diferente (peso) do que o fluido circulado para baixo através da fileira de perfuração 270. Quando o fluido de perfuração da entrada de fluido anular do tubo de ascensão concêntrico 280 alcança o fundo do tubo de ascensão concêntrico 300, ele se mistura com o fluido circulado através do cano de perfuração 270. Os fluidos misturados são então circulados para cima do anel entre a fileira de perfuração 270 e o tubo de ascensão concêntrico 300. A direção de fluxo do fluido é mostrada com setas.
[051] Essa configuração tem uma série de vantagens sobre as configurações de equipamento previamente propostas que utilizam a diluição de fluido com base na perfuração do gradiente duplo. Por exemplo, a injeção do fluido de diluição no espaço anular entre o tubo de ascensão concêntrico 300 e o
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22/26 tubo de ascensão marinho 100 ameniza a pressão de injeção e possibilita bombas de lama menores menos poderosas do que de outra forma seria necessário para superar as perdas por atrito se o fluido de diluição fosse injetado no fundo do tubo de ascensão via uma linha de impulsão de tubo de ascensão auxiliar (não mostrada). Além do mais, essa configuração tem o benefício adicional de reduzir o volume total do sistema do fluido de diluição necessário para obter o peso de lama do tubo de ascensão de gradiente duplo desejado, o que também reduz a necessidade por grandes tanques de armazenamento e outros equipamentos de superfície.
[052] A modalidade mostrada na figura 6 é particularmente efetiva em seções maiores de furo de sondagem onde taxas de fluxo de lama tipicamente altas são necessárias para manter velocidade anular suficiente para limpar os cortes do furo de sondagem. Embora as taxas de circulação para os sistemas de gradiente duplo de laço aberto convencionais sejam aproximadamente de 1.200 galões por minuto (gpm), essas da modalidade mostrada na figura 5 são muito maiores. Por exemplo, usando uma taxa de diluição de 2 para 1 para obter um dado peso de lama de gradiente duplo e um tubo de ascensão marinho típico de vinte e uma polegadas de diâmetro (53,34 cm), as taxas de retorno de fluido do furo de sondagem e de diluição combinadas podem ser tão altas quanto 3600 gpm. Assim, essa modalidade provê taxas de retorno significativamente melhoradas sobre as técnicas de gradiente duplo atualmente conhecidas.
[053] A figura 7 mostra o sistema de perfuração do tubo de
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23/26 ascensão concêntrico configurado para o modo de orientação de pressão anular. No modo de orientação de pressão anular, o dispositivo de controle de rotação do tubo de ascensão 310 e a vedação anular do tubo de ascensão 220 estão fechados. O fluido é bombeado para baixo através do cano de perfuração 270 e para fora da saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230. Na modalidade mostrada, as vedações anulares 240 e 260 estão fechadas. Isso isola o espaço anular entre o tubo de ascensão marinho 100 e os tubos de ascensão concêntricos 300. Alternativamente, se a pressão do fluido no tubo de ascensão marinho 100 não é uma preocupação, as vedações 240 e 260 podem permanecer abertas.
[054] O fluido forçado para fora da saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230 é avaliado para informação relevante para a operação de perfuração. Por exemplo, a comparação do fluido bombeado no furo de sondagem com o fluido bombeado para fora da saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230 dirá ao operador se o fluido da formação está se infiltrando no furo de sondagem ou se o fluido de perfuração está penetrando no furo de sondagem. De interesse particular é a informação de pressão do fluido. Aumentos de pressão podem alertar um operador para recuos de pressão perigosos potenciais.
[055] A figura 8 mostra o sistema de perfuração do tubo de ascensão concêntrico operando no modo de conexão de pressão anular. Esse modo é preferivelmente utilizado para manter controlada uma pressão no furo inferior enquanto a circulação convencional através da fileira de perfuração 270 tiver
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24/26 parado .
[056] Desse modo, o tubo de ascensão marinho 100 recebe o fluido através da entrada de fluido do tubo de ascensão concêntrico 250 e descarrega o fluido para fora da saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230. Dessa maneira, a entrada de fluido 250 e a saída 230 ficam abertas e as vedações anulares 220, 240 e 260 ficam fechadas. Essa configuração isola o espaço anular entre o tubo de ascensão marinho 100 e o tubo de ascensão concêntrico 300 entre as vedações 240 e 260. O fluido descarregado através da saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230 pode ser analisado como descrito com relação à figura 7.
[057] Embora não mostrado na figura 8, o modo de conexão de pressão anular pode também ser utilizado sem o tubo de ascensão concêntrico 300. Essa configuração isola o espaço anular entre o tubo de ascensão marinho 100 e o cano de perfuração 270 entre as vedações 240 e 260. O tubo de ascensão marinho 100 é configurado para receber o fluido através da entrada de fluido do tubo de ascensão concêntrico 250 e descarregar o fluido para fora da saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230. Dessa maneira, a entrada de fluido 250 e a saída 230 ficam abertas e as vedações anulares 220, 240 e 260 ficam fechadas. O fluido de retorno do tubo de ascensão principal 100 é então opcionalmente direcionado para um dispositivo de medição de fluxo ou tubo de distribuição de obstrução (não mostrado).
[058] A figura 9 mostra o sistema de perfuração do tubo de ascensão concêntrico operando no modo de gradiente duplo e
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25/26 de orientação de pressão anular. O fluido é recebido em ambos o anel entre o tubo de ascensão marinho 100 e o tubo de ascensão concêntrico 300 e o cano de perfuração 270 como descrito com relação à figura 6. O anel entre o tubo de ascensão concêntrico 300 e o cano de perfuração 220 recebe os fluidos misturados e os circula para cima para a saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230. O fluido descarregado através da saída de fluido do tubo de ascensão concêntrico 230 é analisado como descrito com relação à figura 7.
[059] Essa combinação de métodos anulares e de gradiente duplo apresenta uma série de vantagens. Primeiro, ela provê um sistema de circulação de laço fechado. Assim, o fluxo de retorno pode ser precisamente medido e controlado. Segundo, os operadores de perfuração podem estabelecer e variar um gradiente duplo para igualar melhor o perfil de pressão do furo de sondagem de ocorrência natural.
[060] A permeabilidade do gás (N2, gás produzido) do obturador de segurança e elementos de elastômero do tubo de ascensão é importante. Dessa maneira, uma modalidade preferida inclui componentes de elastômero/borracha não suscetíveis à falha causada pelo fluido de perfuração arejado ou gases produzidos por uma queda de pressão repentina. Tais componentes de elastômero/borracha incluem, por exemplo, elementos de vedação do aríete do obturador de segurança, vedações de tampa do obturador de segurança e elementos do elastômero de junta flexível.
[061] Embora a presente invenção e suas vantagens tenham siPetição 870180019952, de 12/03/2018, pág. 37/51
26/26 do descritas em detalhes, deve ser entendido que várias mudanças, substituições e alterações podem ser feitas nela sem se afastar do espírito e do escopo da invenção como definida pelas reivindicações anexas. Além do mais, o escopo do presente pedido não é planejado para ser limitado às modalidades particulares do processo, máquina, fabricação, composição da matéria, dispositivos, métodos e etapas descritos no relatório descritivo. Como alguém versado na técnica facilmente verificará a partir da revelação da presente invenção, os processos, máquinas, fabricação, composições da matéria, dispositivos, métodos ou etapas atualmente existentes ou posteriormente desenvolvidos que executam substancialmente a mesma função ou atingem substancialmente o mesmo resultado como as modalidades correspondentes descritas aqui podem ser utilizados de acordo com a presente invenção. Dessa maneira, as reivindicações anexas são planejadas para incluir dentro do seu escopo tais processos, máquinas, fabricação, composições de matéria, dispositivos, métodos ou etapas.
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Claims (7)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para controlar pressão e/ou densidade do fluido do tubo de ascensão em um tubo de ascensão marinho pela alteração da densidade de um fluido de perfuração, CARACTERIZADO por compreende as etapas de:
    injetar um fluido de uma primeira densidade através de um cano de perfuração em um tubo de ascensão marinho;
    injetar um fluido de uma segunda densidade através de corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico em um espaço anular entre o tubo de ascensão marinho e um tubo de ascensão concêntrico, em que o corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico inclui uma pluralidade de condutos de fluido do tubo de ascensão concêntrico e um conduto anular do tubo de ascensão concêntrico abaixo da dita pluralidade de condutos de fluido do tubo de ascensão concêntrico, em que o corpo de suporte do tubo de ascensão concêntrico é conectado ao tubo de ascensão marinho com um suporte de tubo de ascensão em uma posição acima do corpo de suporte do tubo de ascensão;
    misturar os dois fluidos abaixo do tubo de ascensão concêntrico; e retornar o fluido de densidade misturada para o topo do tubo de ascensão em um espaço anular entre o cano de perfuração e o tubo de ascensão concêntrico, em que a pressão e/ou a densidade do fluido no tubo de ascensão marinho é controlada.
  2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que também compreende:
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    2/3 recuperar o fluido de densidade misturada através de um orifício em comunicação de fluido com o topo do tubo de ascensão concêntrico.
  3. 3. Método de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que também compreende:
    medir parâmetros de fluxo de fluido relevantes do fluido de densidade misturada quando ele é recuperado do orifício em comunicação de fluido com o topo do tubo de ascensão concêntrico.
  4. 4. Método de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que também compreende:
    medir parâmetros de fluxo de fluido relevantes do fluido da primeira densidade, medir parâmetros de fluxo de fluido relevantes do fluido da segunda densidade e comparar os parâmetros dos fluidos da primeira e da segunda densidades com o fluido de densidade misturada.
  5. 5. Método de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que também compreende:
    controlar um obturador de segurança (120) em resposta à dita etapa de comparação dos fluidos.
  6. 6. Método de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que também compreende:
    mudar a densidade do fluido da segunda densidade em resposta aos parâmetros do poço.
  7. 7. Método de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que também compreende:
    vedar um espaço anular entre o tubo de ascensão
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    3/3 marinho da dita e o dispositivo de rotação do tubo de ascensão antes etapa de injeçao de fluido da segunda densidade.
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