BRPI0508423B1

BRPI0508423B1 - Sistema e método para a provisão de uma resposta local a uma condição local em um poço de óleo

Info

Publication number: BRPI0508423B1
Application number: BRPI0508423-7A
Authority: BR
Inventors: Daniel D. Gleitman; Paul F. Rodney; James H. Dudley
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc.
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2019-02-19
Also published as: CA2789217C; CA2789181A1; BRPI0508423A; CA2789181C; EP1730663A2; EP1730663A4; NO20064482L; US7219747B2; AU2005220805B2; CA2789215A1; CA2789215C; CA2789217A1; CA2789735A1; CA2558318A1; US20050194183A1; AU2005220805A1; NO339895B1; CA2789735C; WO2005086736A3; CA2558318C

Abstract

provisão de uma resposta local a uma condição local em um poço de óleo um método e um aparelho para a provisão de uma resposta local a uma condição local em um poço de óleo são mostrados. um sensor é provido para a detecção de uma condição local em uma coluna de perfuração. um elemento controlável é provido para modulação de energia na coluna de perfuração. um controlador é acoplado ao sensor e ao elemento controlável. o controlador recebe um sinal do sensor, o sinal indicado a presença da referida condição local, processa o sinal para a determinação de uma modulação de energia local na coluna de perfuração, para a modificação da referida condição local, e envia um sinal para o elemento controlável para causar a modulação de energia local determinada.

Description

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SISTEMA E MÉTODO PARA A PROVISÃO DE UMA RESPOSTA LOCAL A UMA CONDIÇÃO LOCAL EM UM POÇO DE ÓLEO

Antecedentes [001] Um tubo com fio para uso na perfuração de poços de óleo se tornou disponível. O uso de dados enviados através do tubo com fio traz novos desafios.

Breve Descrição dos Desenhos [002] A Fig. 1 mostra um sistema de processamento de superfície em tempo real de dados de poço abaixo.

[003] As Fig. 2 e 3 são diagramas esquemáticos de sistemas de controle para a provisão de uma resposta local a uma condição local em um poço de óleo.

[004] A	Fig.	4 ilustra	porções	de	uma coluna de
perfuração.
[005]	A	Fig.	5 ilustra um	modulador	de	movimento axial.
[006]	A	Fig.	6 ilustra um	modulador	de	torque.
[007]	A	Fig.	7 ilustra	um sub de	percussão dinâmico

usando um solenóide.

[008] A Fig. 8 ilustra um sub de percussão dinâmico usando uma bomba hidráulica.

[009] A Fig. 9 ilustra uma lógica hidráulica para o sub de percussão dinâmico mostrado na Fig. 8.

[010]	A	Fig.	10	ilustra	um	sub	de	embreagem dinâmico.
[011]	A	Fig.	11	ilustra	um	sub	de	vibrador dinâmico.
[012]	A	Fig.	12	ilustra	um	sub	de	flexão dinâmico.
[013]	A	Fig.	13	ilustra uma	condição de fronteira em

uma coluna de perfuração.

[014] A Fig. 14 ilustra um aparelho para afetar uma condição de fronteira localizada em uma coluna de perfuração.

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 14/199 / 57 [015] As Fig. 15A e 15B ilustram um modulador de energia térmica.

[016] A Fig. 16 ilustra um modulador de energia térmica.

[017] A Fig. 17 ilustra um modulador de energia sônica.

[018] A Fig. 18 ilustra um fluxograma para um sistema que provê respostas locais a condições locais em um poço de óleo.

Descrição Detalhada [019] Como mostrado na Fig. 1, um equipamento de perfuração de poço de óleo 100 (simplificado para facilidade de compreensão) inclui uma torre 105, um piso de torre 110, um guincho de perfuração 115 (representado esquematicamente pela linha de perfuração e pela catarina), um gancho 120, uma cabeça de injeção 125, uma junta de kelly (haste de perfuração) 130, uma mesa rotativa 135, uma coluna de perfuração 140, um colar de perfuração 145, uma ferramenta ou ferramentas de LWD 150 e uma broca de perfuração 155. A lama é injetada na cabeça de injeção por uma linha de suprimento de lama (não mostrada). A lama viaja através da junta de kelly 130, da coluna de perfuração 140, de colares de perfuração 145, e da(s) ferramenta(s) de LWD 150 e sai através de jatos ou bocais na broca de perfuração 155. A lama então flui para cima pelo espaço anular entre a coluna de perfuração e a parede do furo de poço 160. Uma linha de retorno de lama 165 retorna a lama do furo de poço 160 e a circula em um poço de lama (não mostrado) e de volt para a linha de suprimento de lama (não mostrada). A combinação do colar de perfuração 145, da(s) ferramenta(s) de LWD 150 e da broca de

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 15/199 / 57 perfuração 155 é mostrada como o conjunto de fundo de poço (ou BHA). Um meio de comunicações 170 pode prover comunicações dentre os componentes no furo de poço ou na superfície e entre aqueles componentes e um processador de superfície em tempo real 175. Um terminal 180 pode ser provido para se permitir que um usuário veja dados recuperados a partir de componentes de furo de poço e de superfície e para a provisão de entradas de controle, quando apropriado. Uma fonte de potência 185 provê potência para os componentes no sistema. Em uma modalidade da invenção, a coluna de perfuração é compreendida por todos os elementos tubulares a partir da superfície do terreno até a broca, inclusive os elementos de BHA. Em uma perfuração rotativa, a mesa rotativa 135 pode prover uma rotação para a coluna de perfuração ou, alternativamente, a coluna de perfuração pode ser girada através de um conjunto de acionamento de topo. O termo acoplar ou acopla usado aqui é pretendido para significar uma conexão indireta ou direta. Assim, se um primeiro dispositivo se acoplar a um segundo dispositivo, aquela conexão pode ser através de uma conexão direta ou através de uma conexão elétrica indireta através de outros dispositivo e conexões.

[020] A coluna de perfuração pode ser uma coluna de perfuração com fio, na qual juntas de tubo de perfuração são ligadas por fio para a passagem de sinais de potência e de comunicações para as juntas conectadas de tubo de perfuração. Tipicamente, subs de nó estão localizados na coluna de perfuração, os quais amplificam os sinais conforme eles passarem. Uma coluna de perfuração com fio como essa pode ser parte do meio de comunicações 170.

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 16/199 / 57 [021] Será compreendido que o termo equipamento de perfuração de poço de óleo” não é pretendido para limitação do uso do equipamento e dos processos descritos com aqueles termos para a perfuração de um poço de óleo. Os termos também envolvem a perfuração de poços de gás natural ou de poços de hidrocarboneto em geral. Ainda, esses poços podem ser usados para a produção, a monitoração ou a injeção em relação à recuperação de hidrocarbonetos ou outros materiais da subsuperfície.

[022] Vários fatores significativos podem prejudicar a perfuração rápida, eficiente em termos de custos e segura de um furo de poço de qualidade. Muitos destes fatores podem ser caracterizados como um comportamento dinâmico indesejável e não produtivo da coluna de perfuração.

[023] Um comportamento dinâmico idealmente desejado da coluna de perfuração, para a maioria dos casos, inclui a rotação de velocidade contínua e constante instantânea da broca, juntamente com uma taxa de progressão velocidade contínua e constante (ou taxa de penetração ROP”) da broca através da formação. Constante” para a velocidade e a ROP não necessariamente significa invariável ao longo do poço inteiro, mas, ao invés disso, o ótimo desses valores para as características de broca em particular, a formação sendo perfurada e outros parâmetros (por exemplo, ângulo de furo) do momento. Ao longo do processo de perfuração, as constantes ideais provavelmente sofrerão mudanças em incrementos e mudanças contínuas ao longo do tempo. Contudo, em segmentos do processo de perfuração entre as mudanças em incrementos (por exemplo, fronteiras de formação), estas constantes não devem mudar no decorrer de

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 17/199 / 57 uma ou várias revoluções de broca de perfuração. Em resumo, a energia potencial disponível na coluna de perfuração em seu peso X deslocamento e seu torque disponível X ângulo de rotação, idealmente será consumida unicamente na ruptura e na limpeza da rocha na face de broca de uma maneira contínua.

[024] A realidade de sistemas mecânicos usados em perfuração, contudo, envolve variáveis e graus de liberdade de modo que este comportamento de coluna de perfuração ideal freqüentemente não é obtido. A flexibilidade da coluna de perfuração, as curvaturas complexas do furo de poço e as condições de fronteira variáveis (por exemplo, calibre de furo e fatores de atrito) provêem sistemas dinâmicos múltiplos poço acima e abaixo na coluna de perfuração e no furo de poço. Qualquer seção arbitrária de coluna de perfuração e furo de poço pode ser caracterizada como um sistema dinâmico, com massa e inércia, fatores de rigidez, graus particulares de liberdade e condições de fronteira, e com entradas de energia as quais são, nas mais simples, a rotação e/ou o deslizamento a partir da superfície, e adicionalmente pode incluir excitações complexas, as quais podem modular esta energia, tal como o encaixe de broca com uma formação. Os múltiplos sistemas dinâmicos para cima e para baixo na coluna de perfuração podem ser significativamente acoplados a ou relativamente desacoplados uns dos outros. Estes sistemas e graus de acoplamento podem evolver e mudar ao longo do tempo, conforme o poço for perfurado e as condições mudarem. Pode haver múltiplas respostas para a energia introduzida em cada um destes sistemas dinâmicos, os quais, além da

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 18/199 / 57 transmissão desejada 1:1 de energia de rotação e translação para a broca, podem incluir condições prejudiciais bem conhecidas, tal como rodamoinho da coluna de perfuração, flutuação de broca, aderência / deslizamento de torção da broca e ondas de torção para cima e para baixo na coluna, e uma aderência / um deslizamento de translação ou de torção da coluna de perfuração. Estas condições dinâmicas podem drenar energia do processo de perfuração e perdas por atrito para a parede de furo de poço, com a coluna de perfuração associada (e o revestimento de furo de poço), desgaste abrasivo, podem causar tensões mais altas do que o normal nos componentes de coluna de perfuração, e depreciar o comportamento ideal de broca no fundo discutido acima. Nos piores casos, estas condições dinâmicas não ideais podem incluir uma excitação até a ressonância, o que pode acelerar as falhas.

[025] Por exemplo, há várias dinâmicas induzidas pela interação de broca / formação, as quais podem depreciar o processo ideal de pressão de fluido. O padrão de fundo de poço de tricone pode causar excitações axiais a uma freqüência de 3 vezes a rpm da broca, a qual tipicamente está na faixa de freqüência de base de 3 a 20 Hz, com harmônicos mais altos. Estas excitações podem representar não mais do que a broca atravessar um fundo de furo circularmente ondulando (isto é, com lobos) com cada revolução, enquanto ainda permanece de forma ideal encaixada com a rocha. Mas, dependendo de todas as variáveis do sistema dinâmico, uma dinâmica de broca flutuada poderia começar, com a broca perdendo o encaixe ideal com o fundo do furo. Os deslocamentos poderiam ser da

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 19/199 / 57 ordem de 0,25 a 2,5 ou menos de vários centímetros. Pela colocação de um atuador axial dinâmico no BHA, no momento em que esta condição de flutuação de broca é detectada, um sinal de controle pode ser enviado iniciando uma saída dinâmica do atuador axial (isto é, deslocamentos) síncrono com e oposto ao movimento da flutuação de broca, cancelando ou amortecendo o comportamento dinâmico. Alternativamente, requerendo menos energia, e reconhecendo uma condição normal de ondulação de broca enquanto permanecendo encaixada idealmente, o atuador axial poderia responder de forma dinâmica e síncrona para a absorção do deslocamento emanando a partir da broca e isolar este deslocamento do restante da coluna. Ao fazê-lo, esta dinâmica induzida por broca é removida e não alimentada de volta para o sistema dinâmico, desse modo se evitando uma condição ressonante e uma condição de perfuração ineficiente.

[026] Geralmente, estas condições dinâmicas destrutivas podem ser caracterizadas como (i) energia indesejável na coluna de perfuração ou (ii) condições de fronteira de coluna de perfuração desfavoráveis. A energia indesejável na coluna de perfuração pode ser uma energia axial indesejável, isto é, uma energia indesejável fluindo de forma substancialmente longitudinal ao longo da coluna de perfuração, torque indesejável, isto é, energia indesejável fazendo com que a coluna de perfuração se torça de formas que não são pretendidas, ou uma causando uma flexão indesejável da coluna de perfuração. As condições de fronteira de coluna de perfuração desfavoráveis incluem atrito, sucção, ou qualquer outra condição que limite o movimento livre da coluna de perfuração no furo de poço e,

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 20/199 / 57 portanto, limite a transferência máxima de energia da coluna de perfuração para o processo de ruptura e eliminação de resistor de carga na face de broca de uma maneira contínua. Outras condições de fronteira de coluna de perfuração as quais às vezes podem ser desfavoráveis incluem combinações particulares de calibre de furo ou formato, curvatura de furo ou retidão, e elementos de coluna de perfuração em contato, contato próximo ou não em contato próximo com o furo de poço, os quais em conjunto contribuem para o grau de liberdade (particularmente em eixos geométricos radiais ou laterais) da coluna de perfuração no furo de poço.

[027] Freqüentemente, estas condições são de natureza local. Isto é, a energia axial indesejável e a energia de torque indesejável tende a se mover em ondas, ou perturbações que se movem para cima e para baixo pela coluna em taxas correspondentes à velocidade sônica (a qual pode variar) em e ao longo da coluna de perfuração. Mesmo reconhecendo que essas ondas podem viajar distâncias significativas ao longo da coluna, cada onda dessa energia afeta apenas uma pequena porção da coluna de perfuração em qualquer dado momento. E, importantemente, as ações controladas tomadas localmente envolvendo adição de energia, amortecimento e/ou modulações podem ter um efeito útil com respeito a essas ondas de energia indesejáveis. De modo similar, as condições de fronteira de coluna de perfuração indesejáveis tendem a ser localizadas. Por exemplo, um segmento curto de uma coluna de perfuração pode experimentar atrito em um ponto em que o furo de poço se flexiona. O atrito pode estar localizado à área da curva.

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 21/199 / 57 [028] O sistema descrito aqui provê respostas locais a condições de poço de óleo as quais podem ser, mas não necessariamente são locais. O sistema identifica a condição do poço de óleo (isto é o furo de poço e/ou a coluna de perfuração) em uma ou mais localizações, ou para o furo de poço / a coluna de perfuração em agregado, usando sensores distribuídos ao longo da coluna de perfuração, e provê uma ou mais respostas locais usando elementos controláveis distribuídos ao longo da coluna de perfuração. Uma forma de visualização do sistema é como uma coluna de perfuração muscular, com elementos controláveis individuais sendo análogos a músculos no corpo humano. Quando é desejável que o corpo humano realize uma função, por exemplo, por causa do que o corpo humano detecta, um conjunto de músculos é comandado a agir. Na maioria dos casos, apenas uns poucos músculos estão envolvidos, e os músculos remanescentes não são comandados.

[029] Um sistema de exemplo para a provisão de uma resposta local para uma condição local, ilustrado na Fig. 2, inclui um ou mais moduladores de energia 205, os quais são descritos em maiores detalhes com respeito às Fig. 4, 5 e 6, distribuídos ao longo da coluna de perfuração 140. Geralmente, os moduladores de energia adicionam, subtraem ou de outra forma modificam a energia na coluna de perfuração, com cada modulador de energia sendo projetado para se endereçar a uma condição específica de coluna de perfuração.

[030] Os moduladores de energia 205 podem se comunicar com um processador em tempo real, por exemplo, o processador de superfície em tempo real 175 através do meio

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 22/199 / 57 de comunicações 170, o qual pode controlar pelo menos algumas das funções dos moduladores 205. Um conjunto de módulos de sensor 210 também é distribuído ao longo da coluna de perfuração 140 e pode se comunicar com o processador de superfície em tempo real 175 através do meio de comunicações 170. Neste sistema de exemplo, o processador de superfície em tempo real 175 atua como um cérebro, recebendo entradas dos módulos de sensor 210 e controlando os músculos associados aos moduladores de energia 205. Deve ser notado que o termo tempo real, como usado aqui para a descrição de vários processos, é pretendido para ter uma definição operacional e contextual ligada aos processos em particular, tais etapas de processo sendo suficientemente tempestivas para a facilitação do novo processo de medição ou controle em particular concentrado aqui. Por exemplo, no contexto de um tubo de perfuração sendo girado a 120 revoluções por minuto (rpm), e um comportamento ou uma perturbação de coluna de perfuração indesejável correspondente a três ciclos por revolução de broca, então, uma série em tempo real de etapas de processo de detecção e resposta, cancelamento ou amortecimento de uma porção significativa desta energia indesejável, ocorreria de forma suficientemente tempestiva no contexto de 1/6 de um segundo de duração para um daqueles ciclos de perturbação.

[031] Em uma outra modalidade, ilustrada na Fig. 3, os músculos não são controlados exclusivamente através de comandos a partir do processador de superfície em tempo real 175. Nesta modalidade, os sensores e moduladores de energia são formados em uma rede autônoma que pode operar

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 23/199 / 57 com pouca ou nenhuma supervisão do processador de superfície em tempo real 175. Como na modalidade prévia, os moduladores de energia 305 e os módulos de sensor 310 são distribuídos ao longo da coluna de perfuração 140. Cada módulo de sensor 310 inclui um ou mais sensores. Como indicado na Fig. 3, os sensores em cada módulo de sensor 310 podem ser de muitos tipos, incluindo sensores de pressão, sensores de temperatura, sensores de deformação, sensores de força, sensores de rotação, sensores de translação, acelerômetros, sensores ou contadores de choque, sensores de proximidade ou calibre de furo de poço, e muitos outros tipos de sensores que são úteis na perfuração e na perfilagem de furos de poço. Cada modulador de energia 305 pode ter uma unidade de controle associada 315, a qual pode monitorar os sinais de um ou mais módulos de sensor 310 no sistema. O meio de comunicações à alta velocidade 170 passando pelo sistema inteiro permite que cada unidade de controle 315 monitore os módulos de sensor 310 localizados em posições ao longo da coluna de perfuração 140. As unidades de controle 315 comandam os músculos do sistema para responderem automaticamente aos estímulos detectados pelos módulos de sensor 310, com a possibilidade de uma supressão manual a partir do equipamento de superfície. Em sua modalidade mais simples, as unidades de controle 315 empregariam um procedimento de votação de soma ponderada para decidir se é para ativar um músculo em particular e de que maneira ele deve ser ativado. Na modalidade mostrada na Fig. 3, a qual mostra três moduladores de energia 305 e três módulos de sensor 310, cada módulo de sensor 310 contém dois tipos diferentes

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 24/199 / 57 de sensores. Cada módulo de sensor 310 provê uma saída ponderada através do meio de comunicações 190 para cada uma das três unidades de controle 315 para os moduladores de energia 305. Os pesos podem ser determinados com a ajuda de um ou mais modelos de coluna de perfuração / furo de poço, e/ou por uma função, por exemplo, pelo treinamento do sistema (como em uma rede neural), ou pela especificação com base em respostas simuladas. Por exemplo, em uma modalidade, quando a soma dos pesos excede a um limite predeterminado, uma ação específica é para ser tomada pelo modulador de energia 305. Esta ação é dirigida por uma série de comandos da unidade de controle 315. Embora, por simplicidade, os pesos necessários para o ajuste de uma resposta sejam mostrados na Fig. 3, um conjunto separado de pesos pode ser usado para cada resposta. Estas atividades e funções podem ser realizadas no processador de superfície em tempo real usando-se um arranjo como mostrado na Fig. 2. Uma abordagem mais geral envolve o uso de uma inversão conjunta de dados coletados a partir dos módulos de sensor 310 para a determinação da ação desejada a ser tomada pelos moduladores de energia 305. Se as variáveis vi, V2, ... vn estiverem relacionadas por N funções fi, f2, ín das N variáveis xi, X2, . . ., xn pela relação:

' Ί		f
^Vl
^V2 + H	⁼

[032] Então, o processo de determinação de valores

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 25/199 / 57 específicos de

X1, X2, a partir de valores dados de

Vl, V2,

VN e das funções conhecidas fi, f.2, denominado uma inversão conjunta.

processo de encontrar específicas gi, g2, funções as

de modo que para também seja denominada uma inversão conjunta. Este processo às vezes é realizado de forma algébrica, às vezes numericamente e, às vezes, usando-se transformações de jacobiano e, mais geralmente, com qualquer combinação destas técnicas.

Tipos mais gerais de inversões são possíveis, de fato, onde:

/ 3
V\|		Z ÚL! ^Λ2>···> ^X,w)
	⁼
Λν,		çA (*\| 7 );

onde M mas, neste caso, não há um conjunto único de funções gi, Q2, [033] Em geral, como mostrado na Fig.

4, os módulos de sensor 310 em uma primeira porção 140' da coluna de perfuração 140 detectam parâmetros da coluna de perfuração

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 26/199 / 57 em uma segunda porção 140'' da coluna de perfuração 140. Os parâmetros detectados podem ser parâmetros concentrados.

[034] Por exemplo, a atribuição de um coeficiente de atrito a um ponto preciso de medição pode não ser útil. A definição de um coeficiente como esse pode ser mais útil na descrição da relação entre a força e a resistência a deslizamento por uma área da coluna de perfuração. Um outro exemplo seria a deflexão relativa de uma coluna de perfuração a partir de um ponto A ao longo da coluna de perfuração até um outro ponto B ao longo da coluna de perfuração. O conceito de deflexão pode ter pouco ou nenhum significado em qualquer ponto ao longo da coluna de perfuração. Mais ainda, a deflexão da coluna de perfuração do ponto x para o ponto x + dx, onde dx é uma distância pequena infinitesimal, em si é infinitesimal; isto é, a deflexão é uma função contínua. Assim, a deflexão de A até B é um parâmetro concentrado da coluna de perfuração.

[035] Além disso, a coluna de perfuração pode ser modelada como um conjunto de elementos de massa - mola amortecedor ligado extremidade a extremidade, isto é, em série. Cada um dos elementos de massa - mola - amortecedor pode corresponder a uma porção arbitrária da coluna de perfuração, onde a porção pode ser muito pequena, da ordem de centímetros ou frações de centímetro, ou muito grande, da ordem de centenas ou mesmo milhares de centímetros. Naquele caso, os parâmetros concentrados detectados podem ser os parâmetros associados a cada um dos elementos de massa - mola - amortecedor, tais como, por exemplo, constante de mola, coeficiente de amortecimento de amortecedor, etc.

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 27/199 / 57 [036] Mais ainda, alguns parâmetros podem ser efetivamente medidos em um ponto único e tratamento deles como parâmetros concentrados podem não ser necessários ou tão efetivos ou úteis. Por exemplo, temperatura e deformação podem ser associadas a uma região infinitesimalmente pequena de uma coluna de perfuração. Ainda, moduladores de energia em uma terceira porção 140''' da coluna de perfuração 140 podem afetar os parâmetros da coluna de perfuração 140 na segunda porção 140'' da coluna de perfuração. As primeira, segunda e terceira porções 140'', 140'', 140''' da coluna de perfuração podem se sobrepor e ser idênticas, como mostrado na Fig. 4.

[037] Os moduladores de energia 205 e 305 caem em duas categorias gerais: moduladores de energia que produzem, absorvem ou modificam energia cinética e moduladores de energia que produzem, absorvem ou modificam outros tipos de energia. Dentre os moduladores de energia que produzem energia cinética estão moduladores de movimento axial, moduladores de torque, moduladores de flexão, moduladores radiais e moduladores de movimento lateral. Dentre os moduladores de energia que produzem outros tipos de energia estão moduladores de energia que produzem luz, calor, campos eletromagnéticos e outras formas de energia.

[038] Um exemplo de um modulador de energia que afeta a energia cinética, especificamente, a energia axial, é um modulador de movimento axial, como ilustrado na Fig. 5. O modulador de movimento axial 505 reage a um movimento axial grande 510 (por exemplo, a flutuação da broca para cima) por um movimento axial oposto 515 provido pelo modulador de movimento axial 505. Alternativamente, o modulador de

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 28/199 / 57 movimento axial poderia absorver, ao invés de contrabalançar, o movimento axial grande 510, como discutido abaixo. Como uma conseqüência, o movimento axial acima do modulador de movimento axial 520 é de intensidade reduzida. O meio de comunicações à alta velocidade 170 permite que dados do modulador de movimento axial 505 sejam processados como mostrado na Fig. 2 ou na Fig. 3. De modo similar, o meio de comunicações à alta velocidade 190 permite o controle das ações do modulador de movimento axial 505 e, em particular, o controle do movimento axial oposto 515 produzido pelo modulador de movimento axial 505. Uma conexão de potência separada 530, que produz uma potência para modulador de movimento axial 501, pode ser provida, para se permitir que o modulador de movimento axial reaja com energia suficiente.

[039] Um outro exemplo de um modulador de energia que afeta a energia cinética, especificamente o torque, é um modulador de torque 605, como mostrado na Fig. 6. O modulador de torque 605 transfere uma quantidade controlável de torque de um lado do modulador de torque 605 para o outro lado. Como uma conseqüência, uma perturbação de torção grande 610 experimentada acima do modulador de torque 605, por exemplo, como resultado da broca atingindo um breve ponto duro de formação, poderia ser reduzida para uma quantidade menor de torque 615 abaixo do modulador de torque. O compartilhamento do torque transferido pelo modulador de torque 605 seria controlado por um processador em tempo real, por exemplo, o processador de superfície em tempo real 175 com base nos dados transferidos para trás e para frente através do meio de comunicações à alta

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 29/199 / 57 velocidade 170. Ainda, uma conexão de potência com a superfície 620 pode ser incluída para a provisão de potência suficiente para o modulador de torque 605 para a realização de sua função. Outras modalidades da invenção podem prover uma potência parcial ou plena para um ou mais moduladores de energia, por exemplo, o modulador de torque 605, através de outras fontes de energia, por exemplo, uma bateria que é local para o modulador de torque, uma célula de combustível, ou uma potência derivada da rotação de superfície ou do fluxo de lama no furo de poço, que de maneira similar ao exemplo anterior produz uma potência para modulador de torque 601.

[040] Um exemplo de um modulador de movimento axial 505 é um sub de percussão dinâmico. Convencionalmente, os subs de percussão provêem uma ligação axial maleável entre os elementos de BHA, usualmente com uma mola e um amortecimento passivo com um fluido sendo forçado através de um orifício, durante um movimento relativo.

[041] Uma modalidade de um sub de percussão dinâmico provê, além disso, e de um ponto de vista de percurso de carga axial, em paralelo com os elementos de mola e amortecimento passivo, um elemento ativo. Um exemplo de um elemento ativo, mostrado na Fig. 7, é um conjunto de solenóide axial de resposta rápida incluído no pacote anular com o sub de percussão dinâmico.

[042] Com referência à Fig. 7, um sub de percussão dinâmico 700 que usa um solenóide é mostrado em seção transversal em relação a uma linha de centro 701. O sub de percussão 700 inclui uma estrutura de alojamento 702 conectada a uma seção de tubo 7 03 por uma conexão com

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 30/199 / 57 rebordo rotativa. Um alojamento de eletrônica 704 pode ser posicionado entre a estrutura de alojamento 702 e a seção de tubo 703. Uma placa de circuito impresso 705 pode estar contida no alojamento de eletrônica 704. Selos de anel em O 706 e 707 impedem os fluidos do ambiente de entrarem no interior do alojamento de eletrônica 704. Os fios de potência elétrica e de comunicação 708 (os quais podem ser parte do meio de comunicações 170) podem se estender a partir da seção de tubo 703 até um conector no alojamento de eletrônica 704. Um segundo conjunto de fios de potência elétrica e de comunicação 709 pode se estender a partir de um conector elétrico no alojamento de eletrônica 704 para a estrutura de alojamento 702. O conector elétrico 710 pode ser posicionado no fundo do alojamento de eletrônica 704. Um terceiro conjunto de fios de potência elétrica e de comunicação 733 pode se estender a partir do segundo conjunto até o fundo da seção de bloco de mola de mandril 714, e pode se estender até a extremidade de fundo (conexão de pino) do sub de percussão para continuidade de potência e comunicações para o próximo elemento de coluna de perfuração inferior. O terceiro conjunto de fios de potência elétrica e de comunicação 733, como mostrado, tem uma seção de conduto espiralada que forma uma ponte no espaço entre a estrutura de mandril 712 e a estrutura de alojamento 702, para se permitir um movimento axial relativo entre as estruturas. Nesta modalidade em particular, e em todas as modalidades da invenção, os fios podem ser direcionados ao longo do exterior ou do interior, ao longo de ranhuras usinadas dentro, e/ou através de furos perfurados nos componentes mecânicos e nas estrutura para

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 31/199 / 57 atravessarem aqueles componentes e estruturas. Os fios podem ser presos no lugar por uso de argamassa, bandagem, uso de fita e outras técnicas, como conhecido na arte e não mostrado especificamente nos desenhos. Os conectores podem ser um condutor único ou um condutor múltiplo, e podem ser selados hermeticamente, onde requerido, e estão disponíveis a partir de fornecedores incluindo Kemlon e GreeTweede.

[043] Uma estrutura de mandril 712 é constituída na estrutura de alojamento 702. A estrutura de mandril 712 pode incluir uma seção de pistão de mandril 713 e uma seção de bloco de mola de mandril 714. A seção de bloco de mola de mandril 714 pode ser rosqueada na seção de pistão de mandril 713 com um selo de anel em O 715 entre elas. A estrutura de mandril 712 pode ser montada de forma deslizante na estrutura de alojamento 702, para se permitir uma translação axial da estrutura de mandril 712 em relação à estrutura de alojamento 702. As linhas 716 e 717 podem ser integradas entre a estrutura de alojamento 702 e a estrutura de mandril 712 para se evitar um movimento de rotação relativo entre as estruturas, enquanto se permite uma translação axial.

[044] O sub de percussão 700 também pode incluir um solenóide 718 para deslocamento axial da estrutura de mandril 712 em relação à estrutura de alojamento 702. Como ilustrado, o solenóide 718 pode incluir um condutor elétrico enrolado muitas vezes em torno do interior da estrutura de alojamento 702. Em uma modalidade alternativa, os condutores elétricos podem ser enrolados em torno do mandril e/ou em torno de ambas a estrutura de mandril 712 e a estrutura de alojamento 702. A potência elétrica pode ser

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 32/199 / 57 comunicada para o solenóide 718 através do segundo conjunto de fios de potência elétrica e de comunicação 709. A quantidade de corrente fluindo para o solenóide e, portanto, a quantidade de força gerada pelo solenóide podem ser controladas pela placa de circuito impresso 705, a qual pode receber suas instruções, por exemplo, a partir do processador de superfície em tempo real, via os fios de potência elétrica e de comunicação 708. O número de enrolamentos, o tamanho do fio usado para a formação dos enrolamentos, e a quantidade de corrente fluindo através dos enrolamentos podem ser escolhidos de modo que o solenóide possa prover força suficiente para contrabalançar as forças viajando ao longo da coluna de perfuração. A quantidade de força gerada por um solenóide é uma função crescente do número de enrolamentos e também é diretamente proporcional à corrente fluindo através dos enrolamentos. O fio que constitui os enrolamentos pode ser dimensionado para sustentar a quantidade de corrente requerida para a produção da quantidade requisitada de força. A placa de circuito impresso 705 também pode incluir um ou mais sensores discutidos, preferencialmente incluindo sensores de aceleração axial, os quais podem ser úteis no controle do sub de percussão.

[045] O sub de percussão 700 ainda pode incluir um amortecedor hidráulico controlado eletronicamente. Uma câmara de equilíbrio 719 é separada de uma câmara de mola 720 por um controle de estrangulamento 721. A câmara de equilíbrio 719 pode ter um pistão de equilíbrio 722, o qual separa os fluidos de lama em uma porção superior da câmara de equilíbrio 719 do fluido hidráulico contido dentro da

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 33/199 / 57 porção de fundo da câmara de equilíbrio 719. O fluido circulando através do diâmetro interno da estrutura de mandril 712 pode ser comunicado para a porção superior da câmara de equilíbrio 719 através da janela de equilíbrio 723. O fluido hidráulico na porção inferior da câmara de equilíbrio 719 pode se comunicar em termos de fluido com o fluido hidráulico na câmara de mola 720 através do controle de estrangulamento 721. O controle de estrangulamento 721 pode ser controlado eletronicamente pelo segundo conjunto de fios de potência elétrica e de comunicação 709 para o controle da área de seção transversal do orifício através do qual o fluido hidráulico flui através do controle de estrangulamento 721. Uma mola 724 pode ser posicionada na câmara de mola 720, onde ela se encaixa na seção de bloco de mola de mandril 714 e na estrutura de alojamento 702. Assim, a mola 724 pode orientar um movimento axial da estrutura de mandril 712 para fora (em telescópio) da estrutura de alojamento 702. Os selos de anel em O 725 são posicionados entre a seção de bloco de mola de mandril 714 e a estrutura de alojamento 702, para selarem a porção inferior da câmara de mola 720. O sub de percussão 700 também pode ter um bujão de enchimento 726, através do qual o fluido hidráulico pode ser injetado na câmara de equilíbrio 719 e na câmara de mola 720.

[046] Dados o fluxo de lama e de fluidos de circulação através do diâmetro interno do sub de percussão 700, um detector de fluxo 727 pode ser conectado à estrutura de alojamento 702, para a proteção da junção entre a estrutura de alojamento 702 e a estrutura de mandril 712 da potência erosiva do fluxo de lama. A porção inferior da estrutura de

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 34/199 / 57 mandril 712 também pode ter um conector de pino 728 para a constituição do sub de percussão 700 para a coluna de perfuração.

[047] O curso para dentro da estrutura de mandril 712 na estrutura de alojamento 702 é limitado pelo contato entre um rebordo de curso 729 e a extremidade de alojamento 730. O curso para fora da estrutura de mandril 712 em relação à estrutura de alojamento 702 é limitado pelo contato entre a extremidade inferior da seção de pistão de mandril 713 e a estrutura de alojamento 702 no controle de estrangulamento 721.

[048] O controle eletrônico da força gerada pelo solenóide e do amortecedor hidráulico provê um controle dinâmico das propriedades do sub de percussão dinâmico 700.

[049] O sub de percussão dinâmico 700 também pode incluir um conjunto de mini-sensor 732. Os sensores do conjunto de sensor 732 podem estar posicionados no exterior da seção de bloco de mola de mandril 714, onde ele se estende abaixo da estrutura de alojamento 702. O conjunto de sensor 732 pode ser eletricamente conectado ao terceiro conjunto de fios de potência elétrica e de comunicação 733. Um ou mais dos sensores discutidos podem ser incluídos neste conjunto de mini-sensor 732, preferencialmente incluindo um sensor de aceleração axial, o qual preferencialmente em conjunto com um sensor similar como esse na placa de circuito impresso de seção de eletrônica 715 podem ser úteis no controle do sub de percussão.

[050] Em uma outra modalidade do modulador de movimento axial 505, um conjunto de pistão hidráulico anular é construído na seção de tubo. O pistão anular pode

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 35/199 / 57 se encaixar em um cilindro cujo volume é rapidamente modulado pelo sinal de controle (provido pela interface de dados 525), com a mudança no volume realizada, por exemplo, pela abertura e pelo fechamento de grandes válvulas de volume. Uma bomba hidráulica de deslocamento positivo acionada eletricamente de alto volume pode estar funcionando continuamente e com uma extremidade de válvula para o cilindro, como requerido.

[051] Com um acionamento de motor elétrico, por exemplo, a 3 000 rpm, e, por exemplo, uma quantidade de 16 de pistões de bomba de 1,27 cm de diâmetro dispostos em um arranjo anular em um diâmetro nominal de 10,16 cm (por exemplo, em uma seção de colar de 17,145 cm), e um curso de báscula de 0,5 cm, em torno de 508 cm³ de fluido por segundo podem ser produzidos. A freqüência de resposta e a amplitude dependeriam, então, da área de pistão anular. Um pistão anular com uma área diferencial de 6,45 cm² e um curso máximo, por exemplo, de 2,54 cm poderia responder a um curso pleno (uma via) em 0,03 s, o que seria suficiente para o deslocamento das fronteiras de flutuação de broca típicas. Múltiplas dessas unidades poderiam ser empregadas para aumento da capacidade do volume e/ou para aumento da área diferencial de pistão anular e, desse modo, da capacidade de força. Um conjunto de válvulas e/ou o uso de duas dessas unidades de bomba poderiam ser empregados para se acionar ativamente o pistão anular em ambas as direções.

[052] Um outro exemplo incluiria uma bomba hidráulica, como descrito acima, mas, ao invés de uma saída de bomba atuando diretamente sobre o pistão anular, a saída de bomba seria dirigida para preencher uma câmara de armazenamento

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 36/199 / 57 anular grande, pressurizada acima do ambiente por seu próprio sistema de mola e pistão. O volume mantido na câmara de armazenamento poderia ser igual a muitas vezes aquele requerido para ser usado na reação a um irrompimento de condição dinâmica típico e, portanto, o óleo hidráulico poderia ser aplicado à tarefa de deslocamento do pistão anular de sub de percussão (sob a pressão da mola de sistema de armazenamento) a uma vazão volumétrica limitada apenas pelas resistência de percurso de fluxo hidráulico (isto é, não limitada pela taxa de saída das bombas). Um comprimento de 60,91 cm de colar de 17,134 cm permitira da ordem de 6554,8 cm³ de armazenamento de fluido, o que, sem se considerar a taxa de reabastecimento pelas bombas, proveria 200 ciclos de curso de ida e volta de 2,54 cm com um pistão anular de 6,45 cm² de área descrito acima. A resposta de sistema requerida para cancelamento da dinâmica indesejada requer muitos dos outros elementos de sistema discutidos anteriormente, incluindo, preferencialmente, a capacidade de detecção próxima, o meio de comunicações à alta velocidade 170 para módulos de sensor e sinais de controle para e de um processador de superfície em tempo real 175, e uma fonte de potência elétrica significativa para acionamento do motor, como ilustrado na Fig. 5.

[053] Um exemplo de um sub de percussão dinâmico como esse é ilustrado na Fig. 8. Com referência à Figura 8, uma vista lateral em seção transversal em torno da linha de centro 801 de um sub de percussão dinâmico 800 usando atuação hidráulica é ilustrada. O sub 800 tem um alojamento 802 e um mandril 803 que desliza na direção axial em relação ao alojamento 802. Duas câmaras podem ser definidas

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 37/199 / 57 entre o mandril 803 e o alojamento 802: uma câmara telescópica 804 e uma câmara de retração 805. Um flange de mandril 806 pode se estender radialmente para fora a partir do mandril 803 para a divisão das duas câmaras. Ainda, o flange de mandril 806 pode ter um selo de anel em O 807 em torno de sua circunferência, para se evitar um vazamento entre as câmaras. O mandril 803 pode se desdobrar como um telescópio para fora do alojamento 802, quando um fluido hidráulico for bombeado para a câmara telescópica 804, e o mandril 803 se retrai para o alojamento 802 quando um fluido hidráulico é bombeado para a câmara de retração 805. Uma mola (não mostrada) pode estar localizada na câmara de retração 805 para resistir ao movimento de telescópio do mandril 803 para fora do alojamento 802. Nesse caso, pode não ser necessário bombear o fluido hidráulico para a câmara de retração 805.

[054] Uma câmara de mola 808 também pode ser definida entre o mandril 803 e o alojamento 802. Um flange de alojamento 812 pode se estender radialmente para dentro a partir do alojamento 802 para a divisão da câmara de retração 805 a partir da câmara de mola 808. O flange de alojamento 812 pode ter um selo de anel em O 813 em sua circunferência interna, para se evitar um escoamento de fluido entre as câmaras. Uma mola 809 pode ser posicionada na câmara de mola 809 para orientação do mandril 803 na direção de movimento de telescópio. Duas estrias 810 e 811 podem ser configuradas entre o mandril 803 e o alojamento 802, para se evitar que os membros girem um em relação ao outro, enquanto se permite um movimento relativo na direção axial. O fundo da câmara de mola 808 está em comunicação de

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 38/199 / 57 fluido com o espaço anular no exterior do sub, para se permitir que um fluido de lama flua para a câmara.

[055] O sub 800 pode incluir um motor 815 para a produção da pressão hidráulica necessária para o carregamento das câmaras. O motor 815 pode incluir um estator 816, o qual é montado no alojamento 802, e um rotor 817, o qual é posicionado coaxialmente no exterior do estator 816. O rotor 817 é montado em um eixo de acionamento anular 818, que é suportado por mancais 819. Na extremidade oposta do rotor 817, uma báscula 820 é conectada ao eixo de acionamento 818. Devido ao fato de o eixo de acionamento 818 ser mais longo em um lado do que no outro (isto é, a estrutura cilíndrica tem uma face de extremidade inferior biselada), a báscula 820 se move para cima e para baixo em relação ao alojamento 802, conforme o motor 815 girar a báscula 820. Uma pluralidade de êmbolos de bomba 821, 16 a 20 êmbolos de bomba 902 em uma modalidade, pode ser posicionada radialmente em torno do alojamento 802 imediatamente abaixo da báscula 820 com orifícios perfurados suavemente na estrutura de alojamento. Os cabeçotes dos êmbolos de bomba 821 são encaixados pela báscula 820, de modo que conforme a báscula 820 se mover para cima e para baixo durante sua rotação, os êmbolos de bomba 821 individuais sejam carregados e liberados. Quando a báscula 820 gira 360 graus, cada um dos êmbolos de bomba 821 individuais é carregado uma vez.

[056] O motor 815 também pode ser protegido com um óleo que é de pressão equilibrada através de uma câmara de equilíbrio 833. A câmara de equilíbrio 833 tem um pistão de equilíbrio 834 que separa o óleo em uma porção superior da

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 39/199 / 57 lama em uma porção inferior. A porção inferior da câmara de equilíbrio 833 se comunica em termos de fluido com o diâmetro interno do sub através da janela de equilíbrio 835. A porção superior do câmara de equilíbrio 833 se comunica em termos de fluido com o espaço que contém o motor 815, e com a região dos cabeçotes de êmbolo de bomba (isto é, as entradas de êmbolo de bomba).

[057] Os êmbolos de bomba 821 bombeiam fluido hidráulico para uma câmara de armazenamento de alta pressão carregada por mola anular 822, que pode ser definida no alojamento 802. A câmara de armazenamento de alta pressão 822 é um reservatório, ou seja, um armazenamento de alta pressão 903, a partir do qual um fluido hidráulico sob alta pressão é aspirado para carregar a câmara telescópica 804 e a câmara de retração 805. Em outras modalidades, a câmara de armazenamento de alta pressão 822 é omitida. Um manifold é posicionado em um bloco de válvula 823, onde o manifold conecta as várias válvulas e condutos requeridos para a circulação do fluido hidráulico de acordo com a lógica hidráulica requerida descrita mais plenamente abaixo. Os condutos podem ser mangueiras hidráulicas, ou outros meios conhecidos na técnica de comunicação de fluxo de fluido hidráulico, incluindo orifícios perfurados através de ou ranhuras usinadas nas estruturas mostradas, e/ou relevos entre diâmetros ou faces de componentes adjacentes, todos estes percursos de comunicação incluindo selos cooperativos apropriados para a contenção do fluido hidráulico para seu percurso designado. Em particular, um conjunto de condutos de entrada e de exaustão conecta o manifold à câmara telescópica 804, e um outro conjunto de condutos de entrada

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 40/199 / 57 e de exaustão conecta o manifold à câmara de retração 805. Um conduto de recirculação 900 (veja a Figura 9A) conecta o manifold à região de entrada dos êmbolos de bomba 821.

[058] O sub de percussão dinâmico 800 também pode ter um alojamento de eletrônica 830, que protege uma placa de circuito impresso 831, a qual pode conter componentes eletrônicos para os elementos de controle e de detecção, como descrito na modalidade anterior de sub de percussão. Um fio de potência e de controle 832 se comunica entre o alojamento de eletrônica 830 e o motor 815.

[059] Com referência às Figuras 9A e 9B, a lógica hidráulica para o manifold e o sistema de sub de percussão dinâmico 800 mostrado na Figura 8 são ilustrados de forma esquemática. Em particular, a Figura 9 mostra que o manifold pode ter três janelas: a janela 1, a janela 2 e a janela 3. Quando a janela 1 está aberta, um fluido é bombeado para a câmara telescópica 804. Quando a janela 2 está aberta, o fluido é bombeado para a câmara de retração 805. Como indicado acima, esta porção da lógica hidráulica pode não ser necessária, se uma mola estiver localizada na câmara de retração 805. Quando a janela R é aberta, o fluido é recirculado para os êmbolos de bomba 821 através do conduto de recirculação 900. Isto é útil quando o armazenamento de alta pressão 822 estiver cheio. Quando todas as três janelas estão fechadas (janela X), os êmbolos de bomba 821 reabastecem o armazenamento de alta pressão 822 a partir do reservatório de ventilação 904. O manifold também tem duas janelas de ventilação: a ventilação 1 e a ventilação 2. Quando a ventilação 1 está aberta, o fluido sangra para fora da câmara telescópica 804. Quando a

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 41/199 / 57 ventilação 2 está aberta, o fluido sangra para fora da câmara de retração 805. Através do manifold, as ventilações são conectadas a um reservatório de ventilação 904, que também é conectado ao conduto de recirculação 900. Uma câmara de equilíbrio 901 mostrada esquematicamente, a qual pode ser idêntica à câmara de equilíbrio 833 (ou em comunicação de fluido direta com ela), mostrada na Figura 8, é conectada ao conduto de recirculação 900. Como mostrado na Fig. 9B, as janelas e ventilações são eletricamente controladas, de modo que as ventilações sejam logicamente ligadas às janelas. Especificamente, quando adjacente anela 1 está aberta, a ventilação 2 está aberta. Quando a janela 2 está aberta, a ventilação 1 está aberta. Quando a janela R está aberta, as ventilações 1 e 2 estão abertas. Quando todas as três janelas estão fechadas, as ventilações 1 e 2 estão abertas. Um equilíbrio de volume preferencialmente é mantido durante uma operação, onde os volumes de câmara telescópica 804 e câmara de retração 805 adicionados em conjunto permanecem constantes, e os volumes de câmara de armazenamento de alta pressão 822 e de câmara de equilíbrio 833 adicionados em conjunto permanecem constantes, e aqueles dois volumes agregados, adicionados em si em conjunto, permanecem constantes (permitindo, contudo, mudanças de volume devido a um ligeiro vazamento de selo ao longo do tempo e a uma compressão / expansão em volume do óleo hidráulico sob as condições de pressão e temperatura ambiente). Os controles elétricos podem ser atuados através do meio de comunicações 170 pelo processador de superfície em tempo real 175, o qual provê um controle dinâmico das propriedades do sub de percussão

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800 .

[060] Um exemplo de um modulador de torque 1605 é uma embreagem dinâmica. Uma embreagem dinâmica poderia ser empregada no BHA ou em outro lugar na coluna de perfuração, para ajudar a mitigar comportamentos dinâmicos de torção da coluna tipicamente evolvendo da broca ou de um outro elemento da coluna instantaneamente sendo desacelerada ou parada a partir de sua taxa de rotação normal. A embreagem poderia ser usada em conjunto com um dispositivo de direção rotativo ou um motor de lama. As embreagens do tipo de engrenagem são conhecidas para uso em ferramentas de perfuração para encaixe e desencaixe de um acoplamento rotativo entre membros de coluna de perfuração. Uma modalidade da embreagem dinâmica preferencialmente emprega placas de atrito, as quais são mantidas em encaixe por um atuador elétrico ou um atuador elétrico por hidráulico. O controle ou a modulação do sinal elétrico pelo processador de superfície em tempo real

175 através do meio de comunicações à alta velocidade

170 permite uma liberação controlada ou modulada de encaixe e reencaixe, um desacoplamento e, então, um reacoplamento do motor rotativo da coluna de perfuração acima da embreagem à coluna ou ao

BHA abaixo da embreagem.

[061] A Figura 10 é uma vista lateral em seção transversal de uma modalidade de um sub de embreagem dinâmico 1000 que tem uma linha de centro 1001.

O sub tem um conector de caixa 1002 no topo para a constituição da coluna de tubo.

Um alojamento 1003 é rosqueado no exterior do conector de caixa 1002, onde selos de anel em O 1004 completam a conexão. Uma inserção eletrônica 1005 pode ser

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 43/199 / 57 conectada ao interior do conector de caixa 1002. Uma placa de circuito impresso 1006 pode ser alojada na inserção eletrônica 1005. A placa de circuito impresso pode ser controlável através do meio de comunicações 170 pelo processador de superfície em tempo real 175, usando-se arranjos tais como aqueles mostrados nas Fig. 2 e 3. A placa de circuito impresso 1006 pode incluir um ou mais sensores, como discutido, preferencialmente para a detecção de orientação rotativa, velocidade de rotação, acelerações tangenciais ou deformações de torção, como puder ser útil no controle de um sub de embreagem dinâmico. Uma câmara de equilíbrio 1010 pode ser definida entre o conector de caixa 1002 e o alojamento 1003. A câmara de equilíbrio 1010 pode ser dividida em uma seção de fluido de lama no topo e uma seção de fluido hidráulico no fundo por um pistão de equilíbrio 1011. A seção superior da câmara de equilíbrio 1010 se comunica em termos de fluido com o exterior (espaço anular entre o sub e o revestimento, não mostrado) do sub 1000 através de uma janela de equilíbrio 1012. O fluido hidráulico pode ser injetado na câmara de equilíbrio 1010 através de um bujão de enchimento 1013. A câmara de equilíbrio 1010 também pode ter uma mola na porção de lama superior para orientação do pistão de equilíbrio 1011.

[062] Um mandril rotativo 1015 pode ser constituído para o interior do conector de caixa 1002 e do alojamento 1003. O mandril rotativo 1015 pode ter duas partes, uma seção de atrito 1016 e um conector de pino 1017. A seção de atrito 1016 e o conector de pino 1017 podem ser rosqueados um no outro e anéis em O 1018 podem completar a conexão. Uma placa de atrito 1019 pode ter uma estrutura tipo de

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 44/199 / 57 anel e pode ser afixada a uma superfície voltada para cima da seção de atrito 1016. Um mancal radial 1020 pode ser posicionado entre a seção de atrito 1016 e o conector de caixa 1002. Um mancal de escora 1022 pode estar posicionado entre a extremidade de fundo da seção de atrito 1016 e um flange de alojamento 1021 que se estende radialmente para dentro a partir de uma extremidade inferior do alojamento 1003. Um mancal radial 1023 pode estar posicionado entre o conector de pino 1017 e o flange de alojamento 1021. Um mancal de escora 1024 pode estar posicionado entre uma face para cima do conector de pino 1017 e o flange de alojamento 1021.

[063] Uma câmara de mancal 1025 pode ser definida entre o alojamento 1003, o conector de caixa 1002 e o mandril rotativo 1015. Uma extremidade superior da câmara de mancal 1025 pode ser selada por selos rotativos 1026 entre a seção de atrito 1016 e o conector de caixa 1002. Uma extremidade inferior da câmara de mancal 1025 pode ser selada por selos rotativos 1027 entre o conector de pino 1017 e o alojamento 1003. A câmara de mancal 1025 pode ser conectada em termos de fluido à câmara de equilíbrio 1010 através de um espaço 1028. A câmara de equilíbrio 1010 permite que um fluido hidráulico seja mantido em e em torno do mancal, independentemente da pressão sendo gerada no exterior do sub 1000.

[064] Um arranjo de solenóides 1007 pode ser conectado ao fundo do conector de caixa 1002. Um barramento de comunicação / potência 1008 comunica sinais de controle entre a PCB 1006 e o arranjo de solenóides 1007, e, em uma modalidade, também comunica uma interface elétrica rotativa

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1030 entre faces opostas da estrutura do conector de caixa 1002 e o mandril rotativo 1015. Esta interface elétrica rotativa pode compreender simplesmente um sensor de rotação relativa. Em outras modalidades, o barramento de potência de comunicação 1008 também se estende através desta interface elétrica rotativa 1030 no mandril rotativo 1015 para conexão a um conjunto de sensor (não mostrado), o qual preferencialmente pode detectar parâmetros similares àqueles denominados anteriormente, os quais podem ser incluídos na placa de circuito impresso 1006, mas aqui esses parâmetros associados ao mandril rotativo. E esta extensão de barramento de comunicação / potência 1008 adicionalmente pode se estender ao longo do mandril 1015 e se conectar a outros elementos de coluna de perfuração conectados ao fundo do sub. Nessas modalidades, a interface elétrica rotativa 1030 pode compreender uma interface de tipo indutivo ou de tipo de escova. Um arranjo de pistões 1009 pode se estender a partir do arranjo de solenóides 1007 e ter placas de embreagem 1014 afixadas a eles. As placas de embreagem 1014 podem ser posicionadas opostas à placa de atrito 1019, de modo que quando o arranjo de solenóides 1007 estiver engajado as placas de embreagem 1014 se estendam para contatarem e fazerem pressão contra a placa de atrito 1019. Esta ação restringe um movimento de rotação relativa entre o mandril rotativo 1015 e o conector de caixa 1002. Uma mola de retorno 1029 pode ser posicionada entre um flange no alojamento 1003 e as placas de embreagem 1014, para a liberação das placas de embreagem 1014 da placa de atrito 1019, quando o arranjo de solenóides 1007 for desativado. As placas de embreagem 1014

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 46/199 / 57 também podem se encaixar em uma estria 1028 entre as placas de embreagem 1014 e o alojamento 1003, para se evitar um movimento de rotação enquanto se permite um movimento axial.

[065] A quantidade de torque traduzida de um lado do sub de embreagem dinâmico para o outro depende dos sinais de controle aplicados ao arranjo de solenóides 1007. Os sinais de controle podem ser providos por um controlador independente na PCB 1006 ou podem ser providos através da PCB 1006 pelo processador de superfície em tempo real 175. Um conjunto ou uma série de embreagem e placas de atrito operando em conjunto (não mostrado) alternativamente pode ser empregado, para aumento da área de contato e, desse modo, para redução da exigência de pressão de contato na obtenção da capacidade de torque mecânico requerida. Em uma

outra	modalidade (não	mostrada),	as	molas	de retorno 1029
podem	ser posicionadas	de	modo a	se	criar	uma condição	de
contato padrão entre	as	placas	de	embreagem 1014 e	as
placas	de atrito 1019,	desse	modo se	permitindo	um

deslizamento e uma rotação relativa apenas quando os solenóides estiverem ativados.

[066] Um exemplo da utilidade de uma embreagem dinâmica surge quando uma broca se encaixa em um topo de formação particularmente duro e pára brevemente. Sem uma embreagem, e reconhecendo que a coluna de perfuração está sendo girada a partir de talvez 4572 metros de distância, esta parada breve criaria um evento de enrolamento da coluna de perfuração, o qual, dependendo da duração da parada, representaria energia armazenada a partir de uma parte de uma revolução até várias revoluções de perturbação

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 47/199 / 57 angular. A energia armazenada resultante, mediante uma liberação, potencialmente aceleraria a broca (com danos possíveis resultantes), e uma onda de desenrolamento de torção seria lançada no tubo de perfuração. Estas ondas de torção poderiam contribuir para um aperto excessivo e/ou uma soltura de conexões de tubo, o que poderia levar a uma falha. Um limitador de torque convencional mitigaria isto até certo ponto, e a encaixe de borda em face patinaria ou matraquearia até ações serem tomadas pelo perfurador para reinicializar (por exemplo, uma retirada do fundo). Um sistema de controle de feedback eletrônico provê uma liberação deliberada e calibrada do torque, com uma transmissão de torque através da embreagem sendo mantida através do evento (enquanto se permite um deslizamento de rotação) e permitindo que a broca retome a rotação por si mesma, ou talvez sob um aumento controlado no torque transmitido através da embreagem. Um processo de controle mais sofisticado incluiria um comando automatizado para a mesa rotativa, o guincho de perfuração, ou um sub de percussão dinâmico de poço abaixo, para se causar uma liberação no peso sobre a broca.

[067] Um outro exemplo da utilidade da embreagem é na modulação da velocidade da broca. Em certas circunstâncias (por exemplo, o efeito de lobo de tricone, como citado acima), a rpm de broca prevalecente pode iniciar uma condição ressonante. Nessas circunstâncias, poderia fazer sentido variar deliberadamente a rpm ao longo do tempo, ou mesmo modular a rpm instantânea para variações na duração de uma revolução única. A embreagem da mesma forma poderia ser engatada para a realização disto.

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 48/199 / 57 [068] Ainda um outro tipo de modulador de energia é um sub vibrador. São conhecidas ferramentas de coluna de perfuração que podem excitar de forma elétrica ou mecânica as vibrações na coluna de perfuração. Por exemplo, é conhecido utilizar uma pilha piezocerâmica em uma configuração anular para a conversão da potência elétrica em energia de vibração, a qual é amplificada através de um sistema de massa / mola (elemento maleável / massa de ponta”) associado àquela pilha. Na presente invenção, um sistema como esse poderia ser excitado para uma freqüência em particular ou esquema de modulação de uma maneira controlada com aquela energia de vibração controlada acoplada à coluna de perfuração para as finalidades de compensação dinâmica ou cancelamento da invenção.

[069] São conhecidas ferramentas de coluna de perfuração as quais são acionadas pelo fluxo de lama e utilizam sistemas de mola e válvula simples para a criação de impactos periódicos, cujas perturbações podem ser acopladas axialmente e/ou de forma de torção ao longo da coluna de perfuração. Tais dispositivos geralmente podem ser denominados martelos de fluido. A presente invenção melhora este tipo de dispositivo. Ao passo que estes subs de vibração provêem uma periodicidade de impacto a qual está relacionada à vazão, a presente invenção pode atrelar a energia do fluxo e aplicar aquela energia como uma saída de torção ou axial de freqüência controlada. Um dispositivo incluiria um elemento de martelo de deslizamento central (uma sonda central, ou uma configuração anular) o qual tem dois estados estáveis, para cima e para baixo, dependendo da presença ou da ausência de um recurso de indução de

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 49/199 / 57 perda de pressão em particular (isto é, um piloto), o qual em si pode ser ativado ou desativado rapidamente via um solenóide elétrico ou um sistema hidráulico controlado por solenóide elétrico. Na transição de estado para estado, uma perda de pressão pelo elemento de martelo corrediço faria com que ele deslizasse para cima ou para baixo. Com a freqüência de mecanismo de piloto capaz de ser controlada ou modulada, uma vibração de martelo controlada pode ser estabelecida, e este martelo dinâmico pode ser utilizado para a injeção de energia no sistema dinâmico de tubo de perfuração de uma maneira controlada para as finalidades de compensação dinâmica ou de cancelamento da invenção.

[070] O estabelecimento de vibrações mecânicas na coluna de perfuração será dependente da massa, da rigidez, dos graus de liberdade e das condições de fronteira do sistema dinâmico de coluna de perfuração local. As características de sistema dinâmico local podem ser modeladas de forma genérica, e como uma parte de um processo em tempo real o sistema poderia ser periodicamente caracterizado pela análise da resposta dinâmica do sistema (através de sensores posicionados estrategicamente) para freqüências de entrada de vibração conhecidas em particular, e o desenvolvimento ou a atualização de uma função de transferência local. As entradas de controle em particular então para as finalidades de compensação dinâmica ou cancelamento ou outras finalidades sob a invenção poderiam ser talhadas ou controladas em tempo real reconhecendo a resposta dinâmica do sistema em geral, não apenas a resposta do dispositivo de entrada de vibração.

[071] Com referência à Figura 11, um sub vibrador de

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 50/199 / 57 exemplo 1100 é ilustrado em seção transversal com a linha de centro 1101. Uma porção de um sub de pino 1102 é mostrada também, para a qual o sub de vibração 1100 é constituído. O sub de vibração 1100 tem um alojamento 1103 feito de duas seções, as quais são rosqueadas em conjunto. O alojamento superior 1104 tem uma rosca fêmea na qual roscas machos no alojamento inferior 1105 são rosqueadas. Selos de anéis em O 1106 completam a conexão. Uma inserção eletrônica 1107 pode ser posicionada entre o alojamento superior 1104 e o alojamento inferior 1105, e pode ser grampeada e chavetada no alojamento superior 1104 através de um anel de travamento 1109. Uma placa de circuito impresso 1108 pode estar contida na inserção eletrônica 1107. Um conector 1112 se estende a partir do sub de pino 1102 para uma comunicação elétrica com a inserção eletrônica 1107. A placa de circuito impresso pode ser controlável via o meio de comunicações 170 pelo processador de superfície em tempo real 175, usando arranjos tais como aqueles mostrados nas Fig. 2 e 3. A placa de circuito impresso pode incluir um ou mais sensores discutidos anteriormente nesta descrição, e, preferencialmente, pode incluir um sensor de vibração axial ou um acelerômetro útil para controle do sub de vibração.

[072] Uma câmara de equilíbrio 1110 pode ser definida entre o alojamento superior 1104 e o alojamento inferior 1105, e a inserção eletrônica 1107. A câmara de equilíbrio 1110 pode ser dividida em uma porção de lama acima e uma porção hidráulica abaixo por um pistão de equilíbrio 1111. A porção de lama da câmara de equilíbrio 1110 acima do pistão de equilíbrio 1111 se comunica com a lama de espaço

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 51/199 / 57 anular de furo de poço através da janela de equilíbrio 1112. O lado de óleo da câmara de equilíbrio 1110 abaixo do pistão de equilíbrio 1111 se comunica com o diâmetro interno do sub de vibração 1100 através da janela de equilíbrio 1108. O fluido hidráulico é inserido na câmara de equilíbrio 1110 através de um bujão de enchimento 1113.

[073] Um mandril 1114 pode ser constituído em um alojamento inferior 1105. A porção superior do mandril 1114 é inserida entre o alojamento inferior 1105 e a inserção eletrônica 1107, onde selos de anel em O 1115 selam a conexão entre o mandril 1114 e a inserção eletrônica 1107. Uma câmara de pilha 1116 pode ser definida entre o alojamento inferior 1105 e o mandril 1114. A câmara de pilha 1116 pode estar em comunicação de fluido com a câmara de equilíbrio 1110 através de um espaço 1117 entre o mandril 1114 e o alojamento inferior 1105. As duas câmaras podem estar em comunicação de fluido adicional com a câmara de equilíbrio 1110 (lado de óleo) através da janela 1118 em uma porção superior do alojamento inferior 1105.

[074] Dentro da câmara de pilha 1116, uma pilha anular de cristais piezoelétricos 1119 pode ser presa ao mandril 1114. Uma massa de ponta anular 1120 pode ser posicionada imediatamente no topo dos cristais piezoelétricos 1119. Parafusos de tração 1121 podem se estender através da massa de ponta 1120 e dos cristais piezoelétricos 1119 e ser rosqueados diretamente no fundo da câmara de pilha 1116 definida pelo mandril 1114. Os parafusos de tração 1121 mantêm os cristais piezoelétricos 1119 e a massa de ponta 1120 em compressão. Um barramento de comunicação / potência elétrico 1122 se estende a partir da inserção eletrônica

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1107 para os cristais piezoelétricos 1119.

[075] Uma câmara de mola 1123 também pode ser definida entre o alojamento inferior 1105 e o mandril 1114. Uma mola 1124 pode estar posicionada dentro da câmara de mola 1123 para se encaixar no mandril 1114 no fundo e no alojamento inferior 1105 no topo. A câmara de mola 1123 pode ser selada por selos de anel em O 1125 no fundo. A câmara de mola 1123 pode estar em comunicação de fluido com a câmara de pilha 1116 através de um espaço 1126 entre o mandril 1114 e o alojamento inferior 1105. Uma estria 1127 pode ser configurada no espaço 1126 para a prevenção de um movimento de rotação relativa entre o mandril 1114 e o alojamento inferior 1105, enquanto se permite um movimento relativo na direção axial.

[076] Uma porção superior do mandril 1114 pode ter um entalhe 1128 para o recebimento de múltiplas chavetas 1129, as quais se estendem a partir do alojamento inferior 1105. As chavetas podem ser presas no alojamento inferior 1105 por bujões selados 1130. As chavetas 1129 impedem uma rotação e retêm o mandril 1114 no alojamento 1103, quando o sub de vibração 1100 estiver sob tração. O sub de vibração 1100 é colocado sob tração, por exemplo, quando a coluna de tubo for constituída para o conector de pino 1131 e suspensa abaixo do sub de vibração 1100, e especialmente quando a coluna de tubo estiver sendo manobrada para dentro e para fora do furo de poço.

[077] O sub de vibração 1100 também pode incluir um conjunto de mini-sensor 1132. Os sensores do conjunto de sensor 1132 são posicionados no exterior do mandril 1114, onde o mandril se estende abaixo do alojamento 1103. O

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 53/199 / 57 conjunto de sensor 1132 pode ser eletricamente conectado ao barramento de comunicação / potência 1122 por cobre com um bujão de selo e, preferencialmente, inclui os sensores como citado acima que poderiam ser úteis na monitoração e/ou no controle do sub de vibração.

[078] Como antes, as características do sub de vibração dinâmico podem ser controladas através da placa de circuito 1108 e do meio de comunicações 170 pelo processador de superfície em tempo real 175.

[079] Um outro tipo de modulador de energia, mostrado na Fig. 12 em seção transversal com a linha de centro 1201 é um sub de flexão dinâmico o qual provê a capacidade de se flexionar dinamicamente um colar flexível. O sub de flexão dinâmico 1200 inclui um conector de caixa 1202 e um conector de pino 1240 para a constituição da coluna de tubo. Um conector de potência e de comunicações 1204 pode ser incluído, para se permitir a conexão de sinais de potência e de comunicação do conector de pino acima da coluna de perfuração.

Nesta modalidade, e geralmente para todas as modalidades de modulador de energia mostradas aqui, os sinais de potência e comunicações recebidos através do conector de potência e comunicações (aqui 1204) podem ser roteados através do sub de flexão dinâmico e para um conector na extremidade de pino (aqui 1207) para a provisão de sinais para o próximo tubo de perfuração inferior na coluna de perfuração. O sub de flexão dinâmico 1200 pode incluir uma inserção de eletrônica 1206, a qual pode incluir uma placa de circuito impresso (PCB) 1208. A PCB pode ser controlável através do meio de comunicações 170 pelo processador de superfície em tempo real. A PCB

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 54/199 / 57 pode incluir um ou mais sensores úteis na monitoração ou no controle da flexão dinâmica, incluindo, preferencialmente, um par ortogonal de sensores de aceleração radial.

[080] O sub de flexão dinâmico 1200 pode ser configurado como um comprimento de um colar de perfuração (para fins de identificação aqui identificado como o tubo de perfuração”) 1210 no qual recortes 1212 em torno do diâmetro do tubo de perfuração 1210 foram cortados. Os recortes 1212 tornam o sub de flexão dinâmico 1200 mais flexível ou maleável. Os cabos ou as hastes de tração podem se estender a partir de próximos do conector de caixa 1202 até próximos do conector de pino 1240 em um número predeterminado, preferencialmente 4, de localizações em torno do diâmetro do tubo de perfuração 1210. Em uma modalidade, as localizações são igualmente espaçadas em torno do diâmetro do tubo de perfuração 1210. Em outras modalidades, o espaçamento não é igual.

[081] Cada cabo ou haste de tração 1214 preferencialmente é preso em uma extremidade com parafusos de porca transversais 1216 no corpo do tubo de perfuração 1210 e, em uma modalidade, a um atuador linear 1218, o qual é alojado no corpo do tubo de perfuração 1210. Em uma modalidade (mostrada), os cabos ou hastes de tração 1214 correm no diâmetro aberto acima do recorte 1212. Em uma outra modalidade (não mostrada), os cabos ou hastes de tração correm em ranhuras cortadas axialmente ao longo e imediatamente abaixo do diâmetro do recorte 1212.

[082] O sub de flexão dinâmico 1200 também pode incluir um ou mais, preferencialmente 4, sensores 1220 espaçados em torno do diâmetro do tubo de perfuração 1210.

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Os sensores 1220 detectam momentos de flexão no tubo de perfuração 1210, e podem incluir, por exemplo, medidores de deformação. Os cabos de potência e de comunicações 1222 se estendem a partir da PCB 1208 até os sensores 1220 e para os atuadores lineares 1218 e provêem uma capacidade para a PCB e, em algumas modalidades, o processador de superfície em tempo real 175 através do meio de comunicações, para a recepção de sinais a partir dos sensores 1220 e comandos para os atuadores lineares 1218.

[083] Por exemplo, pode ser desejável flexionar o sub de flexão dinâmico 1200 ao longo de um plano que corta através do tubo de perfuração 1210 em uma direção de flexão aproximadamente na metade do caminho entre dois dos quatro cabos ou hastes de tração igualmente espaçados 1214. Nesse caso, a PCB comandaria os dois atuadores lineares afixados aos cabos ou hastes de tração 1214 no lado de direção de flexão do tubo de perfuração 1210 para contração, gerando uma tração adicional nos cabos ou hastes de tração 1214 naquele lado do tubo de perfuração 1210. A PCB também comandaria os dois outros atuadores lineares afixados aos outros cabos ou hastes de tração 1214 para extensão, reduzindo a tração nos cabos ou hastes de tração 1214 naquele lado do tubo de perfuração 1210. Como resultado, o sub de flexão dinâmico 1200 se flexionaria na direção de flexão.

[084] Uma modalidade alternativa, também ilustrada na

Fig. 12, substitui o atuador linear 1218 por um parafuso de porca transversal 1224. Assim, nesta modalidade, ambas as extremidades dos cabos ou hastes de tração 1214 são presas no tubo de perfuração 1210. A variação na tração nos cabos

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 56/199 / 57 ou hastes de tração 1214 é provida por vários atuadores rotativos com cames de excêntrico 1224. Os atuadores rotativos com cames de excêntrico 1224 incluem um estator fixo 1226 e um rotor rotativo 1228. O grau e a taxa de rotação do rotor 1228 com respeito ao estator 1226 podem ser controlados pela PCB através de cabos de potência e de comunicações 1230. O rotor 1228 se engaja em um came de tambor 1232, com uma superfície excêntrica, montado nos mancais 1234, de modo que o came de tambor 1232 gire conforme o rotor 1228 girar. Um pino de empurrar lateral 1236 pode ser pressionado contra a superfície excêntrica do came de tambor 1232 por uma mola (não mostrada). O pino de empurrar lateral 1236 se estende através do diâmetro externo do tubo de perfuração 1210, com a penetração selada por anéis em O (não mostrados), e se encaixa no cabo ou haste de tração 1214. Conseqüentemente, conforme o rotor 1228 gira, sob o controle da PCB 1208, o came 1232 gira, fazendo com que o pino de empurrar lateral 1236 suba ao longo da superfície excêntrica do came 1232 e se mova para dentro e para fora contra o cabo ou haste de tração 1214. Ao se girar o rotor para uma orientação em particular, uma quantidade em particular de deformação pode ser induzida no cabo ou haste de tração 1214. Ainda, ao se girar o rotor 1228 continuamente, a quantidade de deformação no cabo ou haste de tração 1214 pode ser variada periodicamente.

[085] Em geral, quando a tração é aumentada no cabo ou haste de tração 1214 em um lado do tubo de perfuração 1210, a tração pode ser diminuída por uma quantidade similar no cabo ou haste de tração 1214 no lado oposto do tubo de perfuração 1210.

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 57/199 / 57 [086] O modulador de movimento axial 505, o modulador de torque 605 e o modulador de flexão também provêem a capacidade de deliberadamente se criarem perturbações axiais, de torção e flexão na coluna de perfuração, e ao se fazê-lo repetidamente, para o estabelecimento de ondas permanentes controladas na coluna. O primeiro objetivo dessas perturbações controladas ou ondas permanentes poderia ser precisamente cancelar as perturbações ou ondas permanentes evolvendo do processo de perfuração as quais, de outra forma, poderiam ser prejudiciais. Essas ondas permanentes prejudiciais podem evolver da interação da broca / formação, como discutido acima, de um rodamoinho, do impacto periódico de um tubo descentralizado em um furo com calibre excessivo, de uma nutação de motor de lama e de outras fontes.

[087] No caso de ondas permanentes, pelo menos dois sensores e, preferencialmente, mais devem ser distribuídos ao longo da coluna de perfuração. As saídas destes sensores são monitoradas como uma função do tempo e das ondas para cima e para baixo preferencialmente podem ser separadas. Qualquer parte estacionária (isto é, não indo para cima nem para baixo) corresponde a uma onda permanente ao longo do eixo geométrico de coluna de perfuração. Com sensores apropriados, estas técnicas podem ser aplicadas a qualquer tipo de onda (por exemplo, de torção).

[088] Aplicações adicionais para estas técnicas incluem a manutenção da coluna em um estado mais dinâmico em relação à parede de furo de poço, o que pode reduzir o arrasto de atrito e/ou melhorar a qualidade do furo de poço. Em algumas circunstâncias, uma modulação

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 58/199 / 57 deliberadamente da velocidade de broca e/ou do peso sobre a broca pode aumentar a taxa de penetração.

[089] Com a monitoração em tempo real pelos sensores próximos, condições ressonantes também podem ser deliberadamente abordadas, permitindo que a energia se acumule no sistema dinâmico por múltiplos ciclos para um uso controlado, o qual poderia requerer mais energia do que disponível de outra forma.

[090] O modulador de movimento axial 505, o modulador de torque 605 e o modulador de vibração também podem ser usados para a provisão de um isolamento de vibração para elementos de poço abaixo críticos, tal como, por exemplo, um tubo acelerador de partículas. Neste caso, um sistema de sensores situado em ambos os lados do elemento a ser protegido poderia ser usado para a detecção da dinâmica da coluna de perfuração e, através de um microprocessador e de um controlador de poço abaixo, modular o movimento do pacote a ser protegido, de modo a se isolá-lo efetivamente dos movimentos de coluna de perfuração indesejados.

[091] O modulador de movimento axial 505, o modulador de torque 605, o sub de vibração e outros elementos controláveis, tais como a mesa rotativa e o acionamento de topo, podem ser caracterizados como elementos controláveis principais, porque eles adicionam, amortecem ou modulam a energia cinética no equipamento de perfuração. Um tipo diferente de controle pode ser provido pelas ações de elementos controláveis distribuídos posicionados em localizações distribuídas ao longo da coluna de perfuração, os quais adicionam, amortecem ou modulam outras formas de energia, tais como energia térmica, eletromagnética, de

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 59/199 / 57 luz, acústica e outras formas de energia.

[092] Essas ações geralmente caem na categoria de mudança das condições de fronteira da coluna de perfuração. É convencional tomar ações com respeito à coluna de perfuração para se afetarem as condições de fronteira de uma parte da coluna de perfuração ou toda a coluna de perfuração. O aparelho e o método ilustrados nas Fig. 2 e 3 permitem que o sistema afete as condições de fronteira locais pela tomada de uma ação ou de ações com respeito a um segmento da coluna de perfuração, onde um segmento é uma porção arbitrária da coluna de perfuração, sem a tomada de ações com respeito a outros segmentos da coluna de perfuração.

[093] Por exemplo, atuadores radiais (por exemplo, integrais com ressaltos em todas poucas conexões de tubo) podem estender lâminas estabilizadoras, pés ou rolos, para redução da área superficial em contato com a formação e/ou a estabilização da coluna, e/ou a redução do atrito. Um exemplo, mostrado na Fig. 13, mostra uma coluna de perfuração 1305 pressionada contra o lado de um furo de poço 1310 produzindo atrito entre a coluna de perfuração e

o furo de	poço	ao	longo	daquele	segmento	da	coluna	de
perfuração.	Os	elementos	controláveis 1315	e	1320	são
acoplados	à coluna	de perfuração.	Quando	os	elementos

controláveis 1315 e 1320 são ativados, como mostrado na Fig. 14, eles estendem lâminas estabilizadoras, pés ou rolos. Como resultado, o atrito entre a coluna de perfuração e a parede de furo de poço é reduzido. Assim, a atuação dos elementos controláveis 1315 e 1320 naquele segmento da coluna de perfuração muda uma condição de

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 60/199 / 57 fronteira (atrito) do equipamento de perfuração naquele segmento, sem a necessidade de atuação de elementos controláveis em outros segmentos da coluna de perfuração.

[094] Além dos elementos controláveis ilustrados nas Fig. 13 e 14, dispositivos similares podem ser empregados para aumento da área superficial em contato com a formação, arrasto, etc., para rompimento, amortecimento de rodamoinho ou flutuação, controle de transferência de peso para limitação do empenamento helicoidal, etc.

[095] Ainda, recobrimentos ou protetores circunferenciais, essencialmente se alinham com o diâmetro externo de tubo ou ressalto, os quais em resposta a sinais de controle emitem energia de uma maneira distribuída (isto é, nas localizações particulares de interesse) no tubo local, a lama de perfuração fluindo no espaço anular, o bolo de lama ou para as condições de fronteira. Por exemplo, a energia acústica, permanente ou variável, pode ser emitida para a excitação de partículas locais e redução do arrasto, liberação de um tubo agarrado, etc. A energia térmica pode ser emitida para as mesmas finalidades, por exemplo, deliberadamente causando mudanças de fase locais (por exemplo, bolhas de gás) na lama de perfuração ou na formação para estas finalidades. Dada a pressão hidrostática significativa e a energia térmica limitada e localizada que seria aplicada, as bolhas rapidamente colapsariam e, portanto, não representariam um cabeceio. Esta técnica, contudo, preferencialmente seria usada com cuidado, especialmente quando da perfuração no ou abaixo do equilíbrio, de modo a não favorecer a formação de um influxo de fluido de formação, o qual então poderia evolver

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 61/199 / 57 para uma situação de cabeceio. Ainda mais energia térmica poderia ser aplicada para vedação da formação em zonas particularmente difíceis, o que tem o efeito de melhorar a qualidade do furo de poço.

[096] Mais energia pode ser emitida a partir da coluna de perfuração para se afetar uma propriedade de um componente de um dentre o fluido de perfuração de espaço anular, o bolo de lama, a parede de furo de poço e a zona invadida próxima de furo de poço. Ainda, a emissão de energia pode causar uma reação física, tal como uma mudança na estrutura física, por exemplo, mais ou menos aglomeração, cristalização, suspensão, cimentação, etc. A emissão de energia pode acelerar, por exemplo, a reação de um componente de epóxi circulado no fluido de perfuração.

[097] A emissão de energia pode causar a extensão de pés mecânicos, rolos ou lâminas estabilizadoras, de modo a se mudar uma condição de fronteira da coluna de perfuração. Por exemplo, a coluna de perfuração pode estar em contato com o furo de poço, de modo que suas transmissões de ondas axiais, de torção ou de flexão sejam amortecidas e estejam limitadas em seus grais de liberdade. Uma extensão de pés mecânicos, rolos ou lâminas estabilizadoras tem a capacidade de melhorar aquelas circunstâncias.

[098] Um modulador de energia térmica de exemplo 1500, mostrado nas Fig. 15A e 15B, inclui uma junta de tubo de perfuração ou um sub 1502 com uma extremidade de caixa alongada 1504. Uma jaqueta de aquecedor de concha de caramujo 1506 é presa por prendedores 1508 ao diâmetro externo da extremidade de caixa alongada 1504. Um revestimento de isolamento opcional 1510 separa a jaqueta

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 62/199 / 57 de aquecedor 1506 a partir da extremidade de caixa alongada 1504 .

[099] Ainda, recobrimentos ou protetores circunferenciais, essencialmente se alinham com o diâmetro externo de tubo ou ressalto, respondem a sinais de controle pela emissão de energia de uma maneira distribuída (isto é, nas localizações particulares de interesse) no tubo local, a lama de perfuração fluindo no espaço anular, o bolo de lama ou para as condições de fronteira. Por exemplo, a energia acústica, permanente ou variável, pode ser emitida para a excitação de partículas locais e redução do arrasto, liberação de um tubo agarrado, etc. A energia térmica pode ser emitida para as mesmas finalidades, por exemplo, deliberadamente causando mudanças de fase locais (por exemplo, bolhas de gás) na lama de perfuração ou na formação para estas finalidades. Dada a pressão hidrostática significativa e a energia térmica limitada e localizada que seria aplicada, as bolhas rapidamente colapsariam e, portanto, não representariam um cabeceio. Esta técnica, contudo, preferencialmente seria usada com cuidado, especialmente quando da perfuração no ou abaixo do equilíbrio, de modo a não favorecer a formação de um influxo de fluido de formação, o qual então poderia evolver para uma situação de cabeceio. Ainda mais energia térmica poderia ser aplicada para vedação da formação em zonas particularmente difíceis, o que tem o efeito de melhorar a qualidade do furo de poço.

[100] A jaqueta de aquecedor 1506 pode incluir um elemento queimador 1522, o qual pode ser um elemento resistivo que se aquece quando uma corrente elétrica passa

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 63/199 / 57 através dele. O elemento queimador 1522 é ativado pela PCB 1518 através de cabos de controle 1524 através de conectores 1526.

[101] O elemento queimador 1522 pode ser envolvido em um material rígido termicamente condutivo 1528, o qual pode suportar o ambiente poço abaixo e pode conduzir calor a partir do elemento queimador 1522. O material rígido termicamente condutivo 1528 pode ser alojado em um substrato termicamente isolante, o qual é um prato cerâmico relativamente isolante 1530 contendo um sistema de fibra e epóxi altamente isolante de alta temperatura moldado no lugar para preenchimento de todos os vazios na porção da jaqueta de aquecedor 1506 em que ele residir. O revestimento de isolamento opcional 1510 fica subjacente ao prato isolante 1530.

[102] Como pode ser visto, a quantidade de calor gerada pelo modulador de energia térmica 1500 está sob o controle de seu pacote eletrônico, o qual pode ser controlado pelo processador de superfície em tempo real 175 no arranjo mostrado na Fig. 2 ou como parte de uma rede no arranjo mostrado na Fig. 3. Um ou mais sensores, os quais preferencialmente incluem sensores de temperatura (não mostrados) podem ser incluídos na PCB, e os sensores de temperatura preferencialmente também podem ser integrados com o elemento queimador 1522, o material rígido termicamente condutivo 1528 e/ou o exterior do tubo um pouco removido da fonte de calor. Vários desses sensores podem ser usados, preferencialmente, para a monitoração da temperatura e da elevação de temperatura local associada ao modulador de energia térmica, e para fins de controle.

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 64/199 / 57 [103] Uma outra modalidade de um modulador de energia térmica, ilustrada na Fig. 16, é incorporada em um sub de estabilizador 1600. O sub de estabilizador 1600 inclui lâminas 1602 espaçada sem torno de seu diâmetro externo. Na Fig. 16, uma das lâminas estabilizadoras 1602 é mostrada em uma vista em perspectiva e a outra é mostrada em seção transversal. O sub de estabilizador 1600 pode incluir um pacote de eletrônica 1604, selado por anéis em O 1605, o qual inclui uma PCB 1606. O pacote de eletrônica 1604 e a PCB 1606 se comunicam com os outros elementos da coluna de perfuração e, em alguns casos, com o processador de superfície em tempo real 175 através do meio de comunicações 170, através do conector 1608. Tipicamente, embora o sub de estabilizador 1600 possa incluir mais de um pacote de eletrônica 1604, ele apenas inclui um conector único 1608, embora mais de um conector estejam no escopo da invenção. Uma ou todas as lâminas 1602 incluem elementos de aquecimento 1620, os quais são protegidos, como descrito acima com respeito à Fig. 15, por um material rígido termicamente condutor 1610 e envolvidos por um sistema de fibra e epóxi 1612 moldado no lugar em uma base de cerâmica isolante 1614, a qual é opcionalmente separada da lâmina estabilizadora por um revestimento isolante 1616. O metal rígido termicamente condutor pode ser coberto com uma superposição de diamante CVD opcional. O elemento de aquecimento 1620 é conectado à PCB por cabos 1618. Desta forma, a PCB pode controlar a corrente fluindo através do e assim o calor produzido pelo elemento de aquecimento 1604. Um ou mais sensores, preferencialmente sensores de temperatura (não mostrados) podem ser incorporados nesta

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 65/199 / 57 estrutura de uma maneira similar, como discutido na modalidade de modulador de energia térmica prévia, para finalidades similares.

[104] Como pode ser visto, a quantidade de calor gerada pelo modulador de energia térmica mostrado na Fig. 16 está sob o controle de seu pacote de eletrônica, o qual pode ser controlado pelo processador de superfície em tempo real 175 no arranjo mostrado na Fig. 2 ou como parte de uma rede no arranjo mostrado na Fig. 3.

[105] Uma modalidade de um modulador de energia de sônica 1700, que gera energia sônica para afetar uma mudança em uma condição de fronteira local, ilustrado na Fig. 17, inclui botões de excitação sônica 1702 montados na extremidade de caixa 1704 de uma junta de tubo de perfuração 1706. Na Fig. 17, três dos botões de excitação sônica 1702 são mostrados em vista em perspectiva e um quarto é mostrado em seção transversal. O modulador de energia de sônica 1700 inclui um pacote de eletrônica 1708, selado por anéis em O 1709, o qual inclui a PCB 1710. O pacote de eletrônica 1708 e a PCB 1710 se comunicam com outros elementos da coluna de perfuração e, em alguns casos, com o processador de superfície em tempo real 175 através do meio de comunicações 170, através do conector 1712. Um conjunto de cabos de potência e de comunicações 1714 conecta a pacote de eletrônica 1708 aos botões de excitação sônica 1702, provendo a eles sinais de potência e de excitação. Cada botão de excitação de botão de excitação sônica inclui um suporte de mola Belleville 1716 inserido em uma cavidade na extremidade de caixa 1704 da junta de tubo de perfuração 1706. Um cristal piezoelétrico é

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 66/199 / 57 inserido na cavidade sobre o suporte de mola 1716 e é conectado aos cabos de potência e de comunicações 1714. Um parafuso com uma arruela com mola sob sua cabeça 1718 prende o botão de excitação sônica 1702 em posição.

[106] Como pode ser visto, a quantidade de energia sônica gerada pelo modulador de energia de sônica 1700 está sob o controle de seu pacote de eletrônica, o qual pode ser controlado pelo processador de superfície em tempo real 175 no arranjo mostrado na Fig. 2 ou como parte de uma rede no arranjo mostrado na Fig. 3. Os sensores (não mostrados) podem ser integrados com os botões 1702 ou providos independentemente dos botões, mas próximos, o que pode ser útil na monitoração e no controle do modulador de energia sônica.

[107] Um potencial elétrico, um campo ou reversões de campo poderia ser aplicado para alívio da aderência e do arredondamento e outras questões ao longo da coluna associadas a uma partícula de lama polar. A energia térmica, o potencial elétrico e/ou uma energia de luz de freqüência particular poderiam ser aplicados para a ativação de aditivos de lama em particular, entranhados na lama ou já acumulados no bolo de lama de furo de poço, para mudança das propriedades de lama ou de bolo de lama, por exemplo, redução de atrito, aumento de limite de escoamento e capacidade de transporte e/ou para mudança de viscosidade.

[108] A operação do sistema, ilustrada na Fig. 18, geralmente é similar independentemente de o sistema ser configurado como mostrado na Fig. 2 ou como mostrado na Fig. 3. Se o sistema for configurado como mostrado na Fig.

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2, a operação do sistema pode ser dirigida pelo processador de superfície em tempo real. Se o sistema for configurado como mostrado na Fig. 3, a operação do sistema pode ser dirigida pela rede autônoma de controladores 315, talvez com alguma assistência do processador de superfície em tempo real 175. Em uma modalidade, os dados são adquiridos a partir de um ou mais módulos de sensor 210, 310 (os quais podem ser acondicionados integralmente com ou independentemente dos módulos de atuador em particular) na regulagem de parâmetro de perfuração controlada prevalecente (isto é, WOB e velocidade de rotação e/ou atuação periódica ou não periódica controlada de um ou mais dos moduladores de energia 205, 305) (bloco 1805) e armazenados em um armazenamento de dados de conjuntos de dados adquiridos 1810.

[109] Opcionalmente, mas de preferência, um (ou mais, preferencialmente um de cada vez) do conjunto de parâmetro de perfuração controlado prevalecente é modificado (bloco 1815) e um segundo conjunto de dados é adquirido a partir de um ou mais dos sensores refletindo o conjunto de parâmetro ajustado (bloco 1820). Isto é, os parâmetros de operação de equipamento de perfuração são modificados, por exemplo, pela mudança de WOB, modificação da velocidade de rotação ou variação de qualquer energia que esteja sendo adicionada a ou removida do sistema por moduladores de energia. O segundo conjunto de dados pode ser armazenado no armazenamento de dados de conjuntos de dados adquiridos 1810.

[110] Os dados dos dois conjuntos de dados armazenados no armazenamento de dados de conjuntos de dados adquiridos

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1810, se disponíveis, podem ser processados, opcionalmente no contexto de um modelo antigo da coluna de perfuração e do processo de perfuração 1825, para a criação de um novo modelo da coluna de perfuração e do processo de perfuração 1830 (bloco 1835) . Ambos o modelo antigo e o modelo novo podem incluir uma descrição de função de transferência da coluna de perfuração e do processo de perfuração.

[111] O sistema pode tomar uma meta desejada 1840 (por exemplo, um comportamento de coluna de perfuração não construtivo reduzido, ou a iniciação de um comportamento de coluna de perfuração em particular que se acredita que seja benéfico para o processo de perfuração) provida por um operador ou a partir de um outro processo, ou determina de forma iterativa ou de forma analítica quais moduladores de energia ativar e os parâmetros associados àquela ativação (bloco 1845) . O sistema então inicia ou ajusta a atuação de um ou mais dos moduladores de energia de modo conforme (bloco 1850). O sistema então opcionalmente repete esta seqüência periodicamente, e/ou quando um comportamento parece mudar fora dos limites, etc. (bloco 1855).

[112] A presente invenção é bem adaptada, portanto, para a realização dos objetivos e a obtenção das finalidades mencionadas, bem como aquelas inerentes aqui. Embora a invenção tenha sido mostrada, descrita e seja definida por referências a exemplos da invenção, uma referência como essa não implica uma limitação para a invenção, e nenhuma limitação como essa deve ser inferida. A invenção é capaz de modificação considerável, alteração e equivalentes na forma e na função, como ocorrerão àqueles versados comumente na técnica tendo o benefício desta

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 69/199 / 57 exposição. Os exemplos mostrados e descritos não são exaustivos da invenção. Conseqüentemente, pretende-se que a invenção esteja limitada apenas pelo espírito e pelo escopo das reivindicações em apenso, dando plena percepção aos equivalentes em todos os aspectos.

Claims

1. Sistema para a provisão de uma resposta local a uma condição local em um poço de óleo, caracterizado por incluir:

um sensor (210, 310, 732, 1132, 1220) para a detecção de um parâmetro indicativo de uma condição de fronteira local que limita o movimento livre em uma seção em uma coluna de perfuração (140) tendo pelo menos duas seções;

um elemento controlável (205, 305, 505, 520, 605,

1315, 1320, 1500, 1605, 1700) em pelo menos uma seção de uma coluna de perfuração (140) para a modulação da energia em pelo menos uma seção de uma coluna de perfuração (140); e um controlador em pelo menos uma seção de uma coluna de perfuração (140) acoplado ao sensor (210, 310, 732,

1132, 1220) e ao elemento controlável (205, 305, 505, 520,

605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700), o controlador para:

receber um sinal do sensor (210, 310, 732, 1132,

1220), o sinal indicando a presença da referida condição de fronteira local associada com a seção na coluna de perfuração (140); e processar o sinal para a determinação de uma modulação de energia em pelo menos um segmento da coluna de perfuração (140) tendo uma característica para a condição de fronteira local associada à segmento da coluna de perfuração (140), em que a característica afeta a condição de fronteira local pelo menos um dentre o fluido de perfuração de espaço anular, um bolo de lama perfurado, uma parede de poço perfurado e uma zona de perfuração próxima do furo do

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2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda:

uma fonte de potência elétrica para a provisão de potência para o elemento controlável (205, 305, 505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700) em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140).

2 / 17 poço de óleo associada ao segmento da coluna de perfuração (140) para modificar a condição de fronteira local associada ao segmento da coluna de perfuração (140); e enviar um sinal para o elemento controlável (205,

305, 505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700) na pelo menos um segmento da coluna de perfuração (140) para causar a modulação de energia determinada em pelo menos um segmento da coluna de perfuração (140) sem causar a modulação de energia determinada em pelo menos um outro segmento da coluna de perfuração (140).

3 / 17

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato do poço de óleo se estender a partir da superfície e onde: a fonte de potência elétrica está na superfície.

4 / 17 ou em pelo menos uma das direções lateral e radial.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda:

um ou mais sensores (210, 310, 732, 1132, 1220) para a detecção de um parâmetro indicativo da condição de fronteira local associada com a seção na coluna de perfuração (140); e em que:

o processamento do sinal inclui a realização de uma inversão conjunta de dados do sensor (210, 310, 732, 1132, 1220) e dos outros sensores (210, 310, 732, 1132, 1220).

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5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do elemento controlável em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) modular a energia na coluna de perfuração (140) pela adição de energia à coluna de perfuração (140) ou amortecendo energia à coluna de perfuração (140) ou pela modificação de energia à coluna de perfuração (140).

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505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700) em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) incluir um sub de embreagem dinâmica, que inclui:

um alojamento (702, 802, 1003, 1103);

um mandril (712, 803, 1015, 1114) montado coaxialmente no alojamento (702, 802, 1003, 1103), de modo a permitir um movimento relativo de rotação; e um atuador para modulação de pelo menos um dentre a rotação relativa e o torque entre o alojamento (702, 802, 1003, 1103) e o mandril (712, 803, 1015, 1114), a referida modulação em resposta a sinais de comando.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de:

o atuador ser montado em uma estrutura selecionada a partir do alojamento (702, 802, 1003, 1103) e do mandril (712, 803, 1015, 1114);

o atuador mover uma placa de embreagem em resposta ao sinal de comando; e uma placa de atrito ser montada em uma estrutura selecionada a partir do alojamento (702, 802, 1003, 1103) e do mandril (712, 803, 1015, 1114) além da estrutura na qual o atuador é montado, onde a placa de atrito é posicionada próxima da placa de embreagem, onde a placa de embreagem pode ser encaixada com a placa de atrito, quando o atuador for atuado.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato do elemento controlável (205, 305, 505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700) em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) incluir um sub de vibração que inclui:

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6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da modulação de elemento controlável ser periódica.

7 / 17 um alojamento (702, 802, 1003, 1103);

um mandril (712, 803, 1015, 1114) montado de forma deslizante no alojamento (702, 802, 1003, 1103), de modo a permitir um movimento relativo na direção axial; e um atuador para a criação de uma vibração entre o alojamento (702, 802, 1003, 1103) e o mandril (712, 803,

1015, 1114), em resposta a um sinal de comando.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato do atuador incluir:

um cristal piezoelétrico montado em uma estrutura selecionada a partir do alojamento (702, 802, 1003, 1103) e do mandril (712, 803, 1015, 1114), onde o cristal piezoelétrico é expansível em resposta a um sinal de comando.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do elemento controlável (205, 305, 505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700) em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) incluir um sub de flexão que inclui:

um alojamento longitudinal (702, 802, 1003, 1103) que tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade;

um ou mais recortes circunferenciais no alojamento (702, 802, 1003, 1103); e um ou mais tensores, cada tensor preso em uma extremidade do alojamento (702, 802, 1003, 1103), cruzando um ou mais recortes circunferenciais, e acoplado na outra extremidade a um atuador controlável.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de:

o atuador controlável ser um atuador linear.

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7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do poço de óleo incluir uma coluna de perfuração rotativa (140), e onde a modulação de elemento controlável ocorre uma vez por porção de uma revolução da coluna de perfuração (140).

8 / 17

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do elemento controlável (205, 305, 505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700) em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) incluir um sub de flexão que inclui:

um ou mais recortes circunferenciais no alojamento (702, 802, 1003, 1103);

um ou mais tensores, cada tensor preso em uma extremidade do alojamento (702, 802, 1003, 1103), cruzando um ou mais recortes circunferenciais; e um ou mais atuadores controláveis para criarem pressão radialmente contra os tensores.

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de pelo menos um tensor incluir um cabo ou uma haste.

26. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato do atuador controlável incluir:

um motor;

um came de tambor com uma superfície de excêntrico acoplado ao motor; e um pino de impulsão que se estende para fora do alojamento longitudinal (702, 802, 1003, 1103) para subir a superfície de excêntrico do came de tambor.

27. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato do elemento controlável (205, 305,

505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700) em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) incluir um sub de aquecimento que inclui:

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8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do parâmetro indicativo da condição de fronteira local associada à seção na coluna de perfuração (140) ter características, e em que:

o elemento controlável (205, 305, 505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700) em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) modula a energia na coluna de perfuração tendo as mesmas características que a condição de fronteira local associada com a seção na coluna de perfuração (140).

9 / 17 um alojamento (702, 802, 1003, 1103); e um ou mais elementos controláveis de aquecimento presos no alojamento (702, 802, 1003, 1103) para a provisão de calor fora do alojamento (702, 802, 1003, 1103).

28. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato do elemento controlável (205, 305, 505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700) em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) incluir um subsônico que inclui:

um alojamento (702, 802, 1003, 1103); e um ou mais geradores sônicos controláveis presos no alojamento (702, 802, 1003, 1103), para a provisão de energia sônica fora do alojamento (702, 802, 1003, 1103).

29. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir ainda:

um meio de comunicações acoplado a:

o sensor (210, 310, 732, 1132, 1220);

o elemento controlável (205, 305, 505, 520, 605,

1315, 1320, 1500, 1605, 1700); e o controlador.

30. Sistema, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato do meio de comunicações incluir:

um tubo de perfuração com fio.

31. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender:

uma pluralidade de módulos de sensor de poço abaixo (310, 732, 1132), os quais, quando distribuídos ao longo e acoplados a uma primeira porção de uma coluna de perfuração (140), são capazes de detectarem um parâmetro concentrado de uma segunda porção da coluna de perfuração, cada módulo

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9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do elemento controlável (205, 305, 505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700) em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) modular a energia substancialmente na direção axial ou na direção de torção

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10 / 17 de sensor de poço abaixo (310, 732, 1132) produzindo um sinal de sensor; e um ou mais módulos de elemento controlável (205, 305, 505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700), os quais, quando distribuídos ao longo e acoplados a uma terceira porção da coluna de perfuração (140) é ou são capazes de afetarem o parâmetro concentrado da segunda porção da coluna de perfuração (140), cada módulo de elemento controlável (205, 305, 505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700) respondendo a um sinal de elemento controlável.

32. Sistema, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por compreender ainda:

um programa armazenado em um meio que pode ser lido em computador, o programa sendo capaz de execução no processador, o programa sendo capaz de:

processar em tempo real os sinais de sensor recebidos para a determinação do parâmetro concentrado da segunda porção da coluna de perfuração (140); e gerar em tempo real os sinais de elemento controlável para transmissão para afetar o parâmetro concentrado da segunda porção da coluna de perfuração (140) .

33. Sistema, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de um parâmetro concentrado incluir:

um parâmetro associado a um modelo de massa-mola-

amortecedor em série da coluna de perfuração (140) ou um parâmetro associado à uma região não-infinitesimal da coluna de perfuração (140) . 34 . Sistema, de acordo com a reivindicação 31,

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 82/199

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do elemento controlável (205, 305, 505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700) em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) incluir um sub de percussão dinâmico (700, 800), que inclui:

um alojamento (702, 802, 1003, 1103);

um mandril (712, 803, 1015, 1114) montado de forma deslizante no alojamento (702, 802, 1003, 1103), de modo a permitir um movimento relativo na direção axial;

uma mola para portar uma carga axial entre o solenóide e o mandril (712, 803, 1015, 1114); e um atuador acionado eletricamente montado em uma estrutura selecionada a partir do alojamento (702, 802, 1003, 1103) e do mandril (712, 803, 1015, 1114), onde o atuador responde a sinais de comando.

11 / 17 caracterizado pelo fato de uma primeira porção ser envolvida pela segunda porção.

35. Sistema, de acordo com a reivindicação

31, caracterizado pelo fato de uma segunda porção ser envolvida pela primeira porção.

36. Sistema, de acordo com a reivindicação

31, caracterizado pelo fato de uma terceira porção ser envolvida pela segunda porção.

37. Sistema, de acordo com a reivindicação

31, caracterizado pelo fato da primeira porção ser substancialmente a mesma que a segunda porção substancialmente a mesma que a terceira porção.

38. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, a coluna de perfuração (140) compreende seções, o poço de óleo tendo um espaço anular através do qual o fluido de perfuração flui, um furo de poço, incluindo uma parede um bolo de lama, e uma zona invadida próxima sistema caracterizado por incluir:

o elemento controlável (205, 305, de furo de poço, o

505, 520, 605, 1315,

1320, 1500, 1605, 1700) em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) é um dispositivo de emissão de energia capaz de ser montado na coluna de perfuração (140);

o referido dispositivo de emissão de energia para a emissão da energia para pelo menos um dentre o fluido de perfuração de espaço anular, o bolo de lama de furo de poço, a parede de furo de poço, e a zona invadida próxima de furo de poço;

a referida emissão de energia tendo uma característica pretendida para afetar uma condição de fronteira local em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140).

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 83/199

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por ainda incluir:

uma câmara de fluido definida entre o mandril (712, 803, 1015, 1114) e o alojamento (702, 802, 1003, 1103), em que a câmara compreende um orifício de controle o qual restringe o escoamento de fluido entre duas seções da câmara, onde o orifício de controle varia sua área de seção transversal em resposta a sinais de comando.

12 / 17

39. Sistema, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado por incluir:

um sensor de poço abaixo (210, 310, 732, 1132, 1220) capaz detectar um parâmetro indicativo da condição de fronteira local em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) associada a um segmento da coluna de perfuração (140).

40. Sistema, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato do dispositivo de emissão de energia ser capaz de emitir energia de um ou mais dos seguintes tipos: acústica, eletromagnética, de luz, térmica e cinética.

41. Sistema, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato do dispositivo de emissão de energia ser capaz de emitir energia que afeta o arrasto da coluna de perfuração (140) no furo ou que afeta a qualidade do furo de poço.

42. Sistema, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de o sensor (210, 310, 732, 1132, 1220) ser capaz de detectar uma limitação da transmissão de energia mecânica ao longo da coluna de perfuração (140) causada pelo contato entre a parede de furo de poço e um segmento da coluna de perfuração (140).

43. Sistema, de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato do dispositivo de emissão de energia incluir:

um dispositivo para a geração de uma separação entre o segmento de limitação afetada da coluna de perfuração (140) e a parede de furo de poço.

44. Sistema, de acordo com a reivindicação 43,

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 84/199

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato do atuador incluir um solenóide.

13 / 17 caracterizado pelo fato do dispositivo incluir um ou mais dos seguintes:

pés mecânicos, rolos e lâminas estabilizadoras.

45. Método para a provisão de uma resposta local a uma condição em um poço de óleo, caracterizado por incluir:

a detecção de um parâmetro indicativo de uma condição de fronteira local que limita o movimento livre em uma seção em uma coluna de perfuração (140) tendo pelo menos duas seções;

a determinação de uma modulação de energia em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) tendo uma característica para a condição de contorno local associada à seção da coluna de perfuração (140), onde a característica afeta a condição de fronteira local de pelo menos um dentre o fluido de perfuração de espaço anular, um bolo de lama de furo, uma parede de furo e uma zona invadida perto do furo do poço de óleo associada à seção da coluna de perfuração (140) para modificar a condição de fronteira local associada à seção na coluna de perfuração (140); e causar a modulação de energia determinada na pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) sem causar a modulação de energia determinada em pelo menos uma outra seção na coluna de perfuração (140).

46. Método, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado por incluir ainda:

a provisão de potência elétrica para se causar a modulação de energia em pelo menos uma outra seção na coluna de perfuração (140).

47. Método, de acordo com a reivindicação 46,

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 85/199

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato da resposta do atuador a um sinal de comando incluir um movimento relativo em uma direção axial.

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 76/199

14 / 17 caracterizado pelo fato do poço de óleo se estender a partir da superfície e onde a provisão de potência elétrica inclui:

a provisão de potência elétrica a partir da superfície.

48. Método, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado por compreender ainda:

a detecção de um parâmetro indicativo da condição de fronteira local associada à seção na coluna de perfuração (140) a partir de mais de uma localização na coluna de perfuração (140); e onde:

o processamento de sinal inclui a realização de uma inversão conjunta do parâmetro indicativo detectado da condição de fronteira local associada à seção na coluna de perfuração (140) a partir de mais de uma localização na coluna de perfuração (140).

49. Método, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que a modulação de energia determinada em pelo menos uma seção da coluna de perfuração (140) inclui:

adicionar a energia à coluna de perfuração (140) ou energia de amortecimento na coluna de perfuração (140), ou modificar a energia na coluna de perfuração (140).

50. Método, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que a modulação de energia determinada em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) inclui causar uma modulação de energia periódica na coluna de perfuração (140).

51. Método, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato do poço de óleo incluir uma coluna

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 86/199

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do elemento controlável (205, 305, 505, 520, 605, 1315, 1320, 1500, 1605, 1700) em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) incluir um sub de percussão dinâmico (700, 800), que inclui:

um alojamento (702, 802, 1003, 1103);

uma câmara telescópica definida entre o alojamento (702, 802, 1003, 1103);

um gerador de fluido à alta pressão em comunicação de fluido com a câmara telescópica, onde o gerador bombeia fluido na câmara telescópica em resposta a sinais de comando, fazendo com que a câmara telescópica se mova de forma telescópica; e um elemento de retorno para forçar a câmara telescópica contra um movimento de forma telescópica.

15 / 17 de perfuração rotativa (140) , e onde a ocorrência da modulação de energia determinada em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) inclui a ocorrência de uma modulação de energia na coluna de perfuração (140) uma vez por porção de uma revolução da coluna de perfuração (140).

52. Método, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato do parâmetro indicativo da condição de fronteira local associada à seção na coluna de perfuração (140) ter características, e onde:

a ocorrência da modulação de energia determinada em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) inclui a ocorrência de uma modulação de energia na coluna de perfuração em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) tendo as mesmas características como o parâmetro indicativo da condição de fronteira associada à seção na coluna de perfuração (140).

53. Método, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato da ocorrência da modulação de energia determinada em pelo menos uma seção na coluna de perfuração (140) incluir:

a adição de energia à coluna de perfuração (140).

54. Método, de acordo com a reivindicação 53, caracterizado pelo fato da adição de energia à coluna de perfuração (140) incluir a adição de energia cinética à coluna de perfuração (140).

55. Método, de acordo com a reivindicação 53, caracterizado pelo fato da adição de energia à coluna de perfuração (140) incluir a adição de um ou mais dos tipos a seguir de energia para a coluna de perfuração (140): energia axial, energia radial, energia lateral e torque.

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 87/199

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato do elemento de retorno compreender:

uma mola.

16 / 17

56. Método, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de:

o parâmetro indicativo da condição de fronteira associada à coluna de perfuração (140) ser uma condição de fronteira em pelo menos uma seção da coluna de perfuração (140) e a etapa de detecção detecta um parâmetro indicativo da condição de fronteira em pelo menos uma seção da coluna de perfuração (140) associada à seção da coluna de perfuração (140);

a modulação de energia em pelo menos uma seção da coluna de perfuração (140) compreende a característica de afetar a condição de fronteira em pelo menos uma seção da coluna de perfuração (140) para pelo menos um dos fluidos de perfuração do espaço anular, o furo de poço do bolo de lama, a parede do furo de poço, e a zona invadida próxima de furo de poço.

57. Método, de acordo com a reivindicação 56, caracterizado pelo fato da emissão de energia incluir a emissão de energia de um ou mais dos seguintes tipos: acústica, eletromagnética, de luz, térmica e cinética.

58. Método, de acordo com a reivindicação 56, caracterizado pelo fato da emissão de energia incluir a emissão de energia que afeta o arrasto da coluna de perfuração (140) no furo de poço ou uma propriedade de um componente do fluido de perfuração de espação anular, o bolo de lama, a parede de furo de poço, e a zona invadida próxima de furo de poço.

59. Método, de acordo com a reivindicação 58, caracterizado por incluir ainda:

a ocorrência pelo menos uma dentre a iniciação, a

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 88/199

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato do elemento de retorno incluir:

uma câmara de retração, onde o gerador bombeia fluido para a câmara de retração em resposta a sinais de comando.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato do gerador bombear fluido na câmara de retração ou na câmara telescópica, mas não em ambas.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do elemento controlável (205, 305,

Petição 870180125867, de 03/09/2018, pág. 77/199

17 / 17 aceleração, a desaceleração, e a detenção de uma reação envolvendo o referido componente.