BRPI0511312B1 - Method and apparatus for drilling and maintenance of underground wells with rotary spiral coating - Google Patents

Abstract

método e aparelho para perfuração e manutenção de poços subterrâneos com revestimento espiralado rotativo trata-se de um sistema para perfuração e/ou manutenção de um furo de poço usando comprimentos contínuos de tubulação espiralada onde uma montagem de plataforma giratória gira uma montagem de bobina da tubulação espiralada e um sistema de contrapeso ao redor do furo do poço de modo que a tubulação espiralada é girada enquanto no furo do poço. pode-se proporcionar um injetor de tubulação espiralada sobre uma montagem de plataforma giratória separada ou, sobre a mesma montagem de plataforma giratória como a montagem de bobina.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para ‘MÉTODO E APARELHO PARA PERFURAÇÃO E MANUTENÇÃO DE POÇOS SUBTERRÂNEOS COM REVESTIMENTO ESPIRALADO ROTATIVO”.

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido reivindica a prioridade de pedido provisório Número 60/584.616.

DECLARAÇÃO QUANTO À PESQUISA OU DESENVOLVIMENTO PATROCINADO COM RECURSOS DE ÂMBITO FEDERAL Não aplicável.

REFERÊNCIA AO SUPLEMENTO Não aplicável.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Campo da Invenção. A invenção exposta refere-se, em geral, à perfuração e/ou manutenção de poços subterrâneos para a recuperação de fluidos portadores de hidrocarbonetos e, de forma mais específica, a um método e aparelho para perfuração e/ou manutenção de poços subterrâneos com tubos espiralados giratórios.

Descrição da Técnica Relacionada. Historicamente, os poços subterrâneos têm sido perfurados através da rotação de uma broca fixada à extremidade de seções de canos ou tubulações articuladas. Gira-se a coluna de canos articulados a partir da superfície, tal rotação é transferida para a broca, À medida que a broca de rotação perfura a terra, seções ou juntas adicionais de canos devem ser adicionadas para perfuração maís profunda, Consome-se uma quantidade significante de tempo e energia, na adição e remoção de novas seções de canos à coluna de perfuração.

Os tubos espiralados, conforme descritos na Patente U.S, Na 4,863,091, se encontram disponíveis em extensões virtualmente ilimitadas e, têm sido usados para uma variedade de propósitos na exploração e produção de hidrocarbonetos a partir de poços subterrâneos. Os tubos espiralados não suplantaram, até esta data, canos articulados para operações de perfuração.

Acredita-se que o uso mais comum de tubos espiralados em operações de perfuração envolva o uso de um motor ou de outra fonte de energia localizada na extremidade do tubo adjacente a broca de perfuração. Um tipo de motor é um motor de lama que converte o fluxo de lama de perfuração pressurizada através dos tubos espiralados em energia rotacional para a broca de perfuração. Neste tipo de sistema, os próprios tubos espiralados não giram. Por exemplo, a Patente U.S. Ns 5.360.075 é intitulada "Steering Drill Bit While Drilling A Bore Hole" e revela, entre outras coisas, uma broca equipada com um motor na extremidade do tubo espiralado que possa ser guiada ao torcer a tubulação. Acredita-se que o artigo Introdução para Perfuração com Tubos Espiralados por Leading Edge Advantage International Ltd. proporcione uma visão geral do estado da técnica de perfuração utilizando tubos espiralados que não giram, uma cópia deste pode ser encontrada em www.lealtd.com. A substancia deste artigo é incorporada no presente documento a guisa de referência para todos os propósitos.

Outra abordagem para perfuração com tubos espiralados é ensinada na Patente U.S. Na 4.515.220, que é intitulada "Apparatus and Method for Rotating Coil Tubing in a Web" e revela, entre outras coisas, cortar os tubos espiralados fora da bobina antes que os tubos possam ser girados para operações de perfuração. A Patente U.S. No. 6.315.052 é intitulada "Method and a Device for Use in Coiled Tubing Operations" e parece revelar um aparelho que gira fisicamente uma bobina de tubos espiralados de forma a perfurar o poço. A Patente U.S. No. 5.660.235 é similarmente intitulada "Method and a Device for Use in Coil Pipe Operations" e revela, entre outras coisas, manter os tubos espiralados alinhados com o cabeçote injetor à medida que os tubos são bobinados e desbobinados através da rotação do cilindro ao redor de um ponto pivotal e/ou transladar o cilindro relativo ao cabeçote injetor. A presente invenção se baseia na técnica anterior e, é voltada para um método e aparelho aperfeiçoados para perfuração e/ou manutenção de poços subterrâneos com tubos espiralados giratórios.

SUMARIO DA INVENÇÃO

Em um aspecto da presente invenção, proporciona-se um sistema para perfuração ou manutenção de um poço com tubos espiralados que compreende uma base girável ou plataforma giratória, que compreendem um sistema de apoio de fixação rotacional à base até um soalho e, uma montagem de bobina que compreende uma estrutura de suporte adaptada para apoiar uma bobina de tubos espiralados. A estrutura de suporte compreende um sistema de alinhamento com o objetivo de alinhar os tubos espiralados com o poço à medida que o tubo espiralado é retirado do carretei. A montagem de bobina fica localizada próxima a uma periferia da base e um cabeçote injetor dos tubos espiralados fica alinhado com o poço. Uma montagem de contrapeso fica localizada sobre a base oposta à montagem de bobina e é móvel na direção e para longe da montagem de bobina a fim de manter o equilíbrio do sistema, à medida que o tubo espiralado é retirado do carretei. Um sistema motriz também é proporcionado para girar a base e, desse modo transmitir torque aos tubos espiralados no poço.

Em outro aspecto da presente invenção, o sistema pode ser disposto como parte de um equipamento móvel ou permanente que pode ser movimentado de uma local para outro. O sumário anterior não tem a intenção de resumir cada modalidade potencial da presente invenção, porém, meramente resume as modalidades ilustrativas descritas abaixo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS O sumário anterior, a descrição detalhada das modalidades preferidas e outros aspectos desta revelação serão mais bem entendidos quando lidos em associação com os desenhos em anexo, onde: A Figura 1 ilustra uma vista lateral de uma montagem de bobina e montagem de plataforma giratória de acordo com a presente invenção. A Figura 2 ilustra uma vista mais detalhada das montagens mostradas na Figura 1 A Figura 3 ilustra uma montagem de bobina alternativa àquela mostrada na Figura 2. A Figura 4 ilustra uma vista superior de um sistema de transformador de energia sobre um cabeçote injetor de acordo com a presente invenção. A Figura 5 ilustra uma modalidade preferida de uma plataforma giratória injetora para uso com a presente invenção. A Figura 6 ilustra uma modalidade alternativa da presente invenção como um equipamento móvel. A Figura 7 ilustra uma vista de extremidade do equipamento móvel na Figura 5. A Figura 8 ilustra a fixação de uma haste retrátil a um equipamento móvel. A Figura 9 ilustra outra vista da haste retrátil.

As Figuras 10a e 10b ilustram uma haste retrátil erguida e fixada a um equipamento móvel. A Figura 11 ilustra um sistema deslizante para uma haste retrátil.

As Figuras 12a e 12b ilustram a suspensão do soalho superior de um equipamento móvel. A Figura 13 ilustra a distribuição de uma montagem de bobina para um equipamento móvel. A Figura 14 ilustra a suspensão de uma montagem de bobina acima do soalho superior de um equipamento móvel. A Figura 15 ilustra o posicionamento de uma montagem de bobina por cima da montagem da plataforma giratória sobre um equipamento móvel. A Figura 16 ilustra um equipamento móvel com a montagem de bobina, alojamento de controle e haste em posição. Não se pretende que as figuras acima e a descrição detalhada abaixo limitem, em qualquer sentido, a amplitude ou escopo da invenção concebida pelos requerentes. De preferência, proporcionam-se as figuras e a descrição detalhada escrita para ilustrar a invenção a uma pessoa versada na técnica a guisa de referência às modalidades detalhadas particulares reveladas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

As modalidades ilustrativas da invenção são descritas abaixo. No intuito de clarear e descrever o que o requerente entende como sua invenção, nem todas as suas características são descritas no relatório descritivo. Isto será, naturalmente, avaliado que no desenvolvimento de qualquer modalidade presente, numerosas decisões específicas por implementação devem ser feitas para alcançar os objetivos específicos dos desenvolvedores, tais como, concordância com o sistema relatado, constrangimentos relacionados a negócios e ao governo, que irão variar de uma implementação para outra. Ademais, será avaliado que tal realização de desenvolvimento pode ser complexa e consumir tempo, porém, se tomaria, apesar disso, um empreendimento de rotina para àqueles versados na técnica que têm o benefício desta revelação.

Em termos gerais, as invenções presentes proporcionam um método aperfeiçoado, sistema e/ou equipamento de perfuração/manutenção que possa girar extensões contínuas de tubos espiralados cavidade abaixo para perfuração e outras operações de exploração e/ou produção. Descreve-se um sistema onde pelo menos uma bobina de tubos espiralados fica localizada sobre uma plataforma girável orientada ao redor do furo do poço. A bobina da tubulação é adaptada para ajustar sua posição relativa à linha central do furo do poço, à medida que a tubulação entra e sai. Um sistema de contrapeso dinâmico também pode ser proporcionado para desviar a mudança de peso de forma dinâmica dos tubos espiralados e, pode ser adaptado para transladar na direção e para fora do furo do poço à medida que é necessário manter o equilíbrio rotacional. Um cabeçote injetor de tubos espiralados pode ser disposto adjacente ao furo do poço para injetar e retrair os tubos espiralados a partir do poço. A presente invenção permite o uso de carretéis de tubulação convencionais ou de terceiros e material de manobra de tubo espiralado de proprietário, tal como cabeças de injetor de tubo espiralado. A presente invenção pode ser incorporada sob carro-reboque ou outra estrutura móvel para rápida montagem e desmontagem, e fácil transporte a partir do local do poço. Tal estrutura móvel pode incorporar eixos de carro-reboque e rodas projetadas com espaçamento adequado para desobstruir as paredes externas do depósito subterrâneo do poço ou outras estruturas do poço. A presente invenção, ao menos uma modalidade desta é descrita abaixo em maiores detalhes, aperfeiçoa muito a eficácia na qual tanto poços sobre-balanceados como sub-balanceados podem ser perfurados e completos; melhora a segurança associada a reentrada, perfuração com desvio e recondicionamento do poço ou poços exauridos; e reduz significantemente o tempo gasto no reservatório e durante a montagem e desmontagem, comparado a operações de perfuração convencionais. Conforme comparado a operações de perfuração convencionais, a presente invenção leva em consideração números menores de pessoal, a fricção rotacional reduzida, a taxa de penetração aumentada, o alcance e a capacidade de perfurar, produzir e derrubar o furo do poço de forma segura e simultaneamente.

Voltando-se às Figuras 1 e 2, uma modalidade da presente invenção é mostrada em maiores detalhes para auxiliar a compreensão dos aspectos mais amplos do conceito inventivo. A Figura 1 é uma vista lateral de uma modalidade do sistema primeiramente descrito acima. O sistema compreende uma montagem de plataforma giratória 10, e uma montagem de bobina 12 (com a montagem de bobina em uma posição rotacionada em 12’). A montagem de plataforma giratória 10 compreende uma base 18 e uma montagem de apoio 20. A montagem de bobina 12 compreende uma bobina 28 que contém tubos espiralados 14, uma estrutura de suporte 16, cabeçote injetor de tubos espiralados 22, linhas de controle 24 e um sistema de contrapeso 26. Um sistema de força (não mostrado) fornece toda a força necessária para o sistema. Em uma modalidade preferida, um sistema de força móvel separado compreende um motor a diesel com 300 HP para gerar força elétrica e hidráulica. A bobina 28, de preferência, tem a capacidade de tubos espiralados com pelo menos 13.000 pés (4.000 metros) de 3 Va polegadas (8,255 cm) de diâmetro externo por Va de polegada (0,635 cm) de espessura de parede. Embora a tubulação de 3 Va polegadas (8,255 cm) não seja amplamente disponível, descobriu-se que tal tubulação possui um equilíbrio ótimo de resistências à fadiga e à tensão. A Precision Tube Technology of Houston, Texas oferece tubulação espiralada de 3 Va polegadas (8,255 cm). Naturalmente, a presente invenção tem aplicação em todos os tipos e tamanhos de tubos espiralados. A montagem de bobina 12 adicionaímente compreende um cilindro hidráulico 30 (Figura 2) que mantém a tubulação substancialmente centralizada diretamente acima do cabeçote injetor 22. À medida que a tubulação é bobinada sobre e fora da bobina 28, toda a bobina 28 é transladada (dentro e fora da página como mostrado nas Figuras 1 e 2), conforme a necessidade. Além disso, a montagem de bobina 12 compreende um cilindro hidráulico 32 que movimenta ou gira a bobina 28 ao redor do ponto pivotal 33 na direção e para longe do cabeçote injetor 22 como cada dobra da tubulação espiralada 14 bobina sobre e fora para, dessa maneira, manter a tubulação bobinada 14 centralizada com o injetor 22. De forma mais preferencial, conforme mostrado na Figura 3, o cilindro hidráulico 32 é adaptado para transladar a bobina 28 na direção e para fora do furo do poço, ao invés de pivotar a bobina 28 ao redor do ponto pivotal 33. A montagem de bobina 12 também compreende um sistema de condução e tensão de bobina 15 que é capaz de bobinar a tubulação 14 a cerca de 2.500 psi ou menos. O sistema de condução 15 pode compreender um ou mais motores hidráulicos adjacentes à periferia da bobina 28 e engatar uma correia ou outra engrenagem na periferia externa da bobina 28, Altemativamente, um motor hidráulico pode ficar localizado adjacente aos eixos geométricos centrais desta bobina 28 para conduzir e tensionar a tubulação. Será avaliado, que devido à modalidade preferida da presente invenção ser um equipamento móvel, atenção deve ser dada aos pesos móveis e orientação de componentes. Por exemplo, um motor hidráulico de cantilever adjacente ao eixo da bobina 28 pode ser propenso à falhas de fadiga. A modalidade presentemente preferida para o sistema de condução 15 compreende um único motor hidráulico e correia conforme mostrados na Figura 2.

Montado ao redor ou sobre a parte superior do cabeçote injetor 22 se encontra um sistema de transformador de energia 34 que percebe a orientação ou alinhamento da tubulação espiralada com relação ao cabeçote injetor 22. Como mostrado na Figura 4, um sistema de transformador de energia 34 adequado para uso com o sistema presente compreende quatro rolos 36 que envolvem de forma eficaz a tubulação 14. O sistema de transformador de energia 34 adicionalmente compreende sensores eletrônicos, elétricos ou hidráulicos que detectam quando a tubulação espiralada 14 se encontra em contato com um ou mais rolos 36. Quando a tubulação 14 faz contato com um rolo ou rolos 36, o sistema de transformador de energia 34 envia um sinal ao controlador apropriado (por exemplo, operador humano, controlador lógico programável (PLC) ou outro dispositivo lógico) e o cilindro ou cilindros hidráulicos, 30 ou 32, são energizados para movimentar a montagem de bobina 12 e, portanto, a tubulação 14 de volta para dentro do alinhamento centralizado com o cabeçote injetor 22. Será avaliado que a faixa de movimento da tubulação 14 com relação ao injetor da tubulação 22 é controlada pela disposição dos rolos 36 e sensibilidade do sistema de transformador de energia 34, que pode ser otimizado para a tubulação específica 14 sendo usada. Em uma modalidade preferida que use tubulação OD com 3 ‘Λ polegadas (8,255 cm), o sistema de transformador de energia 34 permite que a tubulação desvie não mais do que cerca de U polegada (1,27 cm) a partir da linha central do poço em qualquer direção antes que ação corretiva e restauradora seja tomada.

Em uma modalidade alternativa, um PLC ou qualquer outro dispositivo lógico, em vez do sistema de transformador de energia poder diretamente controlar o alinhamento da tubulação descrita acima. Por exemplo, à medida que a tubulação é bobinada sobre ou fora, a medida em pés bobinada pode ser enviada a um dispositivo lógico por um sistema de transformador de energia apropriado (tal como um odômetro). Um simples programa lógico pode converter a quantidade de tubos bobinados dentro da orientação correta da montagem de bobina e enviar os sinais de controle apropriados par ao sistema de alinhamento, tal como os cilindros hidráulicos. O sistema de transformador de energia 34 mostrado na Figura 3 pode ser usado com tal sistema de alinhamento com base lógica para funções a prova de falha e/ou de limite.

Reportando-se à Figura 2, a montagem de apoio preferida 20 para a plataforma giratória principal 10 é um apoio duplo montado com diâmetro de 120 polegadas (304 centímetros), tal como 0 número de modelo D20-11 INI oferecido pela Kaydon of Dallas, Texas, A parte externa 38 da montagem de apoio 20 é fixada, por exemplo, ao soalho do equipamento 40 e, a seção interna 42 da montagem de apoio 20 é montada à base 18. A disposição de montagem da montagem de apoio 20 pode ser modificada dependendo das considerações do projeto. Uma engrenagem em forma de anel 44 pode ser montada para a seção interna da montagem de apoio 20 e/ou para a base 18. Dois motores hidráulicos de baixa velocidade e alto torque completados com freios de liberação por pressão à prova de falha e com a engrenagem de condução 46 são, preferencialmente, montados ao soalho do equipamento. As engrenagens de condução são engrenadas com a engrenagem em forma de anel 44 em dois locais, de preferência, 180° à parte. Na modalidade preferida, estes motores 46 fornecem um torque combinado de cerca de 11.524 a 17.625 N.m (8.500 a 13.000 ft-lbs) na tubulação 14 e a velocidades de cerca de 0 a 20 e a 50 rotações por minuto em cada direção.

Em uma modalidade presentemente preferida, o injetor de tubos 22 é um Hydra-Rig modelo HR-5100, montagem do cabeçote injetor com capacidade de 100.000 lb. O HR 5100 é projetado para manipular tamanhos de tubulação espiralada a partir de 1 3Λ polegada OD por 3 lA polegadas OD. É projetado para operação de sistemas hidráulicos tanto com circuito aberto quanto fechado. Conforme ilustrado na Figura 5, é preferível que o injetor 22 não seja acoplado de forma rígida à plataforma giratória principal 10. Em outras palavras, prefere-se que o injetor 22 seja livre para rotação relativa para a bobina 28 e, portanto, para a plataforma giratória principal 10. Esta falta de acoplamento rígido permite ao operador monitorar torque reativo ou diferencial. Como mostrado na Figura 5, o injetor 22 é, de preferência, montado sobre uma plataforma giratória separada 60 de modo que a rotação relativa entre a plataforma giratória principal 10 e a plataforma giratória injetora 60 seja possível. A plataforma giratória injetora 60 pode compreender, por exemplo, uma seção com largo diâmetro de cano, para qual o injetor 22 possa ser montada a uma extremidade. A outra extremidade do cano pode ser acoplada de forma giratória a uma estrutura, tal como o soalho do equipamento 40, através de um sistema de apoio convencional 62.

Quando há forças pequenas ou não reativas no fundo influenciando a tubulação espiralada, o injetor 22 e a plataforma giratória principal 10 girarão substancialmente juntos. Entretanto, à medida que as forças reativas, tal como arrastamento friccional aumenta dentro do poço, a rotação do injetor 22 pode diminuir a rotação da plataforma giratória principal 10 com a quantidade de retardos sendo indicativas das forças reativas experimentadas dentro do poço. Estas forças reativas podem ser quantificadas de vários modos diferentes. Por exemplo, um braço de torque instrumentado 64 pode ser disposto entre a plataforma giratória injetora 60 e a plataforma giratória principal 10. A medida que as forças reativas aumentam dentro do poço, a deformação, por exemplo, sobre o braço de torque 64 aumentaria, desse modo proporcionando uma medida das forças reativas dentro do poço. Alternativamente, um motor 66 podería separadamente energízar a plataforma giratória injetora 60. Um sistema de controle, tal como o PLC mencionado acima, pode ser usado para conduzir a tabela injetora 60 em sincronização com a plataforma giratória principal 10. À medida que as forças reativas dentro do poço aumentam, será avaliado que uma força maior terá que ser fornecida para o motor da plataforma giratória injetora 66 para manter o injetor em sincronia com a bobina 20 e plataforma giratória principal 10. Naturalmente, também é comtemplado que o injetor 22 pode ser acoplado à plataforma giratória principal 10 de modo que possa não ter rotação relativa entre.

Dependendo do sistema de injetor 22 escolhido, pode ser benéfico montar o injetor 22 sobre uma base deslizante que permita ser movimentado para fora do modo para liberar acesso ao poço. Quando está totalmente retraído, o injetor 22 pode ser armazenado dentro da estrutura de suporte 16. Quando o sistema está sendo movimentado (por exemplo, a um poço diferente), o injetor pode ser armazenado dentro da estrutura de suporte 16. , Reportando-se à Figura 2, diretamente oposto à montagem de bobina 12 se encontra o sistema de contrapeso 26, que compreende em sua forma mais simples uma tina ou caixa para sustentar sucata de aço e ferro como um peso de contrapeso, auxilia no equilíbrio da carga da montagem de bobina 12. Um ou mais e, de preferência, dois cilindros hidráulicos 50 são adaptados para movimentar os pesos na direção e para fora da montagem de bobina 12 conforme necessário para manter uma carga substancialmente equilibrada sobre a montagem de apoio 20. Por exemplo, à medida que o centro de massa da bobina 28 se movimentar na direção do eixo geométrico do furo do poço, o centro de massa do contrapeso deveria, da mesma forma, se movimentar na direção do eixo geométrico do furo do poço e vice versa. Um ou mais cilindros hidráulicos são usados para movimentar os contrapesos para esquerda e direita opostos à direção da bobina, à medida que a tubulação avança e é resgatada. Será avaliado que este tipo de controle hidráulico pode ser implementado por encanamento apropriado das linhas de controle. Além disso, sistemas de controle mais complexos, tal como, um sistema com base em no PLC também pode ser usado.

Voltando-se para as Figuras 6-16, as modalidades de outros aspectos e seus usos serão descritos. A Figura 6 ilustra uma modalidade preferida, que é um equipamento móvel de perfuração/manutenção 100 que incorpora numerosos aspectos da presente invenção. O equipamento móvel 100 pode ser conduzido ou rebocado para um local de poço específico ou localização onde é apoiado para enquadrar o local do poço (por exemplo, cabeça de poço) e propriamente alinhado a este. Os eixos e rodas do carro-reboque são, de preferência, projetados e construídos com espaçamento adequado para desobstruir as paredes externas do depósito subterrâneo do poço ou outras estruturas do poço. As subestruturas do equipamento podem ser fabricadas a partir de aço de grau estrutural para apoiar uma carga giratória de cerca de 441.000 Ibf (200 toneladas) e pode acomodar uma plataforma de rotação no mesmo nível do chão da perfuração. Simultaneamente ou quase assim, os sistemas auxiliares móveis que proporcionam capacidades de força e controle (não mostradas) podem ser trazidos para o local e conectados conforme a necessidade. A Figura 7 é uma vista de extremidade do equipamento móvel 100 e mostra as seções de soalho do equipamento superior 102 e inferior 104 da lateral direita rebaixadas a partir de sua posição móvel para a horizontal ou posição de trabalho. As seções de soalho da lateral esquerda 106, 108 também são rebaixadas para posição e todas as seções são travadas em posição, por exemplo, pinos 110. Uma variedade de mecanismos podem ser usados para rebaixar as seções de soalho em posição (e as erguem para se movimentarem). Tal como, porém não limitada a, cilindros hidráulicos, sistemas de cabos ou macacos manuais. Nas modalidades mostradas na Figura 7, um ou mais caminhões viga (não mostrados) são usados para rebaixar as seções de soalho para a posição de trabalho. Na medida em que o equipamento 100 possua rodas 112, elas podem ser retraídas ou removidas de modo que a parte de baixo do soalho do equipamento inferior 114 apoiadas sobre o chão ou sobre outra fundação adequada. O soalho do equipamento superior, que compreende as seções esquerda e direita 106, 102 e a seção central 116, incorpora indicadores de nível e, conforme a necessidade, o soalho do equipamento superior é nivelada, por exemplo, por vibração Acredita-se ser benéfico para rebaixar e travar o soalho do equipamento inferior na posição antes da retração das rodas 112. A Figura 8 mostra uma haste retrátil 118 que é adequada para uso com o equipamento móvel 100. Durante o trânsito, a seção superior da haste pode ser travada dentro da seção inferior. Uma vez sobre o local, a haste 118 pode ser estendida através do uso de um guincho hidráulico e de um sistema de cabo de aço (não mostrado) ou, outro sistema adequado. A haste 118 é ilustrada com dois dos quatro pontos de conexão inferiores 120 cravados ao soalho inferior do equipamento móvel 100. A haste retrátil 118 pode se estender por uma variedade de meios, tal como, porém não limitados ao trator mostrado na Figura 8, e trava em posição, por, entre outras coisas, pinos. A Figura 9 é outra vista da haste retrátil 118 e, mostra que a haste 118 pode ser projetada para possuir uma amplitude de 35 pés (10 metros) no soalho de perfuração do equipamento e uma altura de gancho de cerca de 55 pés (16 metros). A coroa pode ser do tipo cantilever para a parte frontal do equipamento. A coroa pode acomodar um ou mais guinchos e, de preferência, um guincho de 100 toneladas que possuirá a capacidade de se movimentar a partir do centro do poço até a borda do soalho do equipamento. A haste 118 pode ser compreendida de seções inferiores 150, 152 e de seções superiores 154, 156. O sistema giratório mostrado nas Figuras 1 e 2 irá girar dentro da pressão da haste 118.

Nas Figuras 10a e 10b, a haste retrátil 118 foi erguida em posição relativa ao equipamento móvel 100. A haste 118 pode ser erguida para posição vertical e rebaixada para posição horizontal através de uma variedade de sistemas bem conhecidos na técnica, que incluem cilindros hidráulicos de estágio triplo de ação dupla. Os controles para ambos dispositivos hidráulicos podem ser localizados em um painel de controle do operador posicionado próximo à seção de base da haste 118. As seções superiores da haste 118 se prendem nas seções inferiores. Como um aspecto de segurança, pode-se proporcionar uma tava de segurança manual. Os engates proporcionam uma fácil verificação visual da função apropriada a partir da posição do chão. Os aspectos de segurança adicionais podem incluir orifícios nos cilindros de suspensão que controlarão a velocidade de descida da haste no caso de falha do sistema hidráulico durante a montagem ou desmontagem. A Figura 11 ilustra uma parte de baixo da haste 134, que é adequada para uso com a haste 118. A parte de baixo compreende uma pluralidade de rolos Hilhnan 136. Os rolos 136 podem ter uma posição retraída e rebaixada, onde a posição rebaixada permite que a haste 118 se movimente ou role ao redor do soalho do equipamento inferior. O movimento da haste 118 pode ser realizado por motores hidráulicos ou elétricos ou sistemas para perfuração, para nomear alguns. Os codificadores e/ou chaves de fim de curso podem ser empregados para rastrear o movimento da haste 118 e/ou para limitar seu movimento.

As Figuras 12a ilustram que o soalho superior (102, 106 e 116) é pivotalmente conectado ao soalho inferior através de uma pluralidade de pernas 122. O soalho superior é pivotado em posição, tal como, por guinchamento e travado com pinos. Por exemplo, a haste 118 pode ser usada para guinchar o soalho superior em posição. O escoramento adicional pode ser usado conforme a necessidade para apoiar o soalho superior. De preferência, as pernas 122 proporcionam cerca de 27 pés (8 metros) de afastamento vertical a partir do chão ou do soalho do equipamento inferior. O soalho superior possui uma pressão de aproximadamente 39 pés (11,89 metros) de comprimento por 39 pés (11,89 metros) de largura. A Figura 10b ilustra uma vista frontal da haste erguida 118. Como mostrado, a montagem de bobina 12 e a plataforma giratória 10 são adaptados para girar dentro da pressão da haste 118. A Figura 13 ilustra uma montagem de bobina 124 distribuída ao equipamento móvel 100. A montagem de bobina 124 pode compreender uma bobina 28 que contém tubos espiralados 14, uma estrutura de suporte 16, uma base 18, um cabeçote injetor dos tubos espiralados 22 e um contrapeso 26 (veja, por exemplo, a Figura 2). Os cilindros hidráulicos sobre a montagem traseira da bobina podem ser usados para erguer e posicionar a montagem de bobina 124 relativa à haste 118, Será avaliado que, para as modalidades do sistema que utiliza uma plataforma giratória injetora separada 60, o injetor 22 pode ou não ser um componente da montagem 124 conforme descrita. A Figura 14 ilustra a montagem de bobina 124 que é erguida acima do soalho do equipamento superior através da haste retrátil 118. Uma variedade de meios é disponível para erguer a montagem de bobina 124, porém, prefere-se que o guincho da haste 150 seja usado para erguer a montagem para o soalho superior. A Figura 15 ilustra o movimento da haste 118 até o centro da montagem de bobina 124 sobre os coxins de montagem 126 sobre a montagem da plataforma giratória 128. Na modalidade preferida, cada perna de haste 118 possui um tambor duplo de guincho. Um cabo é carregado no sentido anti-horário sobre uma lateral do tambor e, no sentido horário sobre o outro tambor. As extremidades frouxas do cabo são fixadas a suportes sobre o soalho do equipamento. A parte de baixo da haste 134 compreende rolos Hillman 136 (Figura 11) que são hidraulicamente erguidos e rebaixados. Quando rebaixados, os tambores duplos de guincho podem ser energizados para movimentar a haste 118 na direção desejada. Altemativamente, um sistema de armação e pinhão, um sistema de correia, cilindros hidráulicos ou outros dispositivos similares podem movimento a haste 118.

Na Figura 16, a montagem de bobina 124 foi rebaixada para a posição e cravada aos coxins de montagem 126 sobre a montagem da plataforma giratória 128. A montagem de bobina 124 é desempacotada de sua condição de movimento ao lançar o cabeçote injetor 22 em posição sobre a linha central do local do poço 130. O cabeçote injetor pode ser montado sobre uma trajetória e movimentado por cilindros hidráulicos, cabos e tambores e, outros dispositivos. Para modalidades onde o cabeçote injetor 22 é acoplado a sua própria plataforma giratória 60, o injetor pode ser movimentado em posição sobre a plataforma giratória injetora 60 e acoplado a esta. O contrapeso 26 também é desdobrado sobre a montagem da plataforma giratória 128 oposta à bobina 28. O alojamento de controle 132 também é escorregado ou rolado posição. Na modalidade preferida, usam-se rolos Hilhnan sobre o alojamento de controle par auxiliar na movimentação deste em posição. Uma vez que a montagem de bobina se encontra em posição, a haste retrátil 118 pode retomar à parte frontal do equipamento móvel 100.

As Figuras 1-16 revelaram um sistema aperfeiçoado para perfuração e/ou manutenção de poços com tubos espiralados giratórios e, muito embora as complexidades dos detalhes de projeto não tenham sido apresentadas no presente documento, àquelas pessoas versadas na técnica que têm o benefício desta revelação irão prontamente avaliar como tal sistema aperfeiçoado pode ser projetado e implementado. Será visto agora que os requerentes criaram um sistema de tubos espiralados aperfeiçoados que combinam os benefícios de perfuração de tubo espiralados com a capacidade de girar a bobina em até cerca de 20 RPM ou mais em cada direção. O sistema aperfeiçoado revelado no presente documento pode ser usado com poços sobre-balanceados ou poços sub-balanceados. Com relação a poços sub-balanceados, a totalidade da revelação encontrada na Introduction to Underbalanced DriUing por LEAding Edge Advantage, Ltd (2002), uma cópia completa desta pode ser encontrada em www.lealtd.com é incorporada à guisa de referência para todos os propósitos.

Uma unidade snubbing convencional pode ser usada para tomar os sistemas aperfeiçoados substancialmente auto-suficientes e capazes de preparar e completar tanto poços sobre-balanceados quanto sub-balanceados. Antecipa-se que a modalidade da presente invenção pode ser armada e operada dentro de cerca de seis horas da chegada no local. Devido o fato de a tubulação espiralada ser girada, o sistema aperfeiçoado é menos provável a se tomar limitada por fechamento fficcional, escoamentos de limpeza do furo e peso para transferência da broca. Além disso, a tecnologia de montagem de fundo existente ou convencional (BHA) pode ser usada para aumentar a vantagem com o presente sistema. Por exemplo, espera-se que o sistema aperfeiçoado seja apto a se movimentar quatro vezes mais rápido que um equipamento convencional com canos articulados, enquanto utiliza o mesmo número de pessoal como operações de perfuração com tubos espiralados tradicionais. O sistema aperfeiçoado pode ser usado com a unidade convencional de separação sub-balanceada e, talvez de forma mais eficaz com um sistema de perfuração sub-balanceado (UBD) móvel totalmente integrado.

Em aplicações sub-balanceadas, a BHA pode ser desdobrada usando um lubrificante convencional. Um número de opções de BHA é disponíveis a partir de aplicações de motor de deslocamento positivo padrão através da turbina para sistemas orientáveis de rotação que usam tecnologia pulso de lama ou opções eletromagnéticas quando da perfuração (EMWD) para uma variedade de aplicações de perfuração.

Na prática, contempla-se que a conexão da BHA à tubulação espiralada é feita e testada por pressão. A BHA irá então ser conduzida para dentro do poço para iniciar a perfuração. Quando a rotação da tubulação é requerida, a bobina de tubos espiralados e, portanto, a tubulação espiralada no poço pode ser girada a cerca de 20 RPM ou mais, se desejado. Se o torque reativo for um escoamento então a bobina também pode ser girada na direção oposta. Enquanto a perfuração direcional, a rotação da bobina pode ser interrompida para facilitar a mudança necessária na trajetória do poço e, uma vez que a correção necessária tenha sido alcançada, a seção pode então ser perfurada. Todo movimento e perfuração podem ser realizados sem ter que fazer conexões articuladas, dessa maneira mantendo as condições de pressão do fundo em estado fixo e, prevenindo que a pressões transientes no fundo do poço danifiquem de forma potencial o reservatório e negando os benefícios da perfuração sub-balanceada.

Enquanto se movimenta para fora do poço, o sistema pode voltar a alargar continuamente sem fazer ou quebrar conexões de volta à sapata para auxiliar na limpeza do poço e para reduzir o potencial para cano entupido. Uma vez que a broca estiver na sapata, a rotação da tubulação pode ser interrompida se desejar prevenir dano na broca e a tubulação espiral ada movimentada para a superfície enquanto mantém condições sub-balanceadas. A BHA pode ser recuperada e o sistema pode começar o processo de desmontagem ou re-completar o poço à medida que o programa do equipamento envia comandos.

Como mencionado, a presente invenção pode ser usada com montagens de fundo e motores de lama convencionais além das montagens de tubos espiralados e orientáveis sob rotação convencionais. A capacidade de se usar uma variedade de BHA ou opções proporciona à presente invenção a capacidade de reduzir a oscilação sinusoidal que são comumente encontradas com poços existentes perfurados com BHAs de tubos espiralados. A presente invenção também pode ser usada de todas as formas de perfuração de fundo de poço, perfilagem, pesca, abandono, produção, e outras ferramentas ou processos. Ademais, a tubulação espiralada pode ser girada em uma direção oposta à rotação da broca de perfuração/motor para reduzir um suporte de torque de perfuração reagido pela tubulação e, pode reduzir de forma benéfica às oscilações sinusoidais da tubulação dentro do poço.

Pretende-se que a descrição anterior de modalidades preferidas e outras não limitem ou restrinjam o escopo ou a aplicabilidade dos conceitos inventivos concebidos pelos Requerentes. Em troca de revelar os conceitos inventivos contidos no presente documento, os Requerentes almejam todos os direitos de patentes fornecidos pelas reivindicações em anexo. Portanto, não se pretende que as reivindicações em anexo incluam todas as modificações e alterações para amplitude total que elas apresentam dentro do escopo das reivindicações em anexo ou dos equivalentes das mesmas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (20)

1. Sistema para perfuração ou manutenção de um poço equilibrado ou sem equilíbrio com revestimento espiralado, compreendendo uma base girável (18) compreendendo um sistema de suporte (20) que fixa giravelmente a base a um solo (40); um conjunto de carretei (12) compreendendo uma estrutura de suporte (16) adaptada para suportar um carretei (28) de revestimento espiralado (14); a estrutura de suporte (16) compreendendo um sistema de alinhamento (32 ,33) para alinhar o revestimento espiralado com o poço a medida que o revestimento espiralado é recebido dentro e fora do carretei; o conjunto de carretei (12) localizado perto de uma periferia da base; uma cabeça injetora de revestimento de espira (22) adjacente ao conjunto de carretei e alinhada com o poço; um sistema motriz para sintonizar a base e transmitir torque ao revestimento espiralado no poço caracterizado por um conjunto de contra-equilíbrio (26) estar localizado na base oposta ao conjunto de carretei (12) e móvel em direção e para fora a partir do conjunto de carretei para manter equilíbrio da base giratória à medida que o revestimento espiralado é recebido dentro e fora do carretei.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma segunda base rotativa (60) a qual o injetor (22) é acoplado, e no qual a primeira base rotativa e a segunda base rotativa são capazes de girarem entre elas.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um sistema de medição de torque adaptado para determinar uma quantidade de torque reativo no revestimento no poço.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de alinhamento compreende um primeiro conjunto de um ou mais cilindros hidráulicos (32) que movem o carretei em direção ao poço a medida que o revestimento espiralado é recebido fora, e um segundo conjunto de um ou mais cilindros hidráulicos que transladam o carretei em relação ao poço conforme o revestimento espiralado é recebido fora.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a cabeça injetora compreende adicionalmente um sistema transdutor (34) que detecta a orientação do revestimento espiralado em relação a uma linha central do poço e gera um ou mais sinais para energizar o sistema de alinhamento para trazer o revestimento espiralado de volta em alinhamento.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema motriz compreende um ou mais motores hidráulicos (46) engatando uma engrenagem de anel (44) acoplada à base.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema motriz faz com que a base gire a uma velocidade de 0 a 20 rpm e gera um torque no revestimento espiralado de até 13.000 pé-lbf.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender uma pluralidade de seções adaptadas a serem reposicionadas para deslocamento.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma sonda móvel (100).

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender: um conjunto de plataforma tendo uma porção inferior e uma porção superior acima espaçada da porção inferior; uma primeira base girável (18) tendo um eixo geométrico de rotação que coincide com um eixo geométrico do poço, a base disposta na porção de plataforma superior e compreendendo um sistema de suporte (20) que fixa giravelmente a base à porção superior; um conjunto de carretei (12) disposto na primeira base compreendendo uma estrutura de suporte (16) adaptada para suportar um carretei (28) de revestimento espiralado, a estrutura de suporte (16) compreendendo um sistema de alinhamento para alinhar o revestimento espiralado em pelo menos duas direções em relação ao poço a medida que o revestimento espiralado é recebido dentro e fora do carretei; um injetor de revestimento de espira disposto em uma segunda base giratória tendo um eixo geométrico de rotação que coincide substancialmente com o eixo geométrico do poço, o injetor de revestimento de espira e a primeira base capazes de girar relativamente entre eles; um conjunto de contra-equilíbrio localizado na primeira base giratória oposta ao conjunto de carretei (12) e móvel em direção e para fora a partir do conjunto de carretei (12) e lado a lado ao conjunto de carretei para manter equilíbrio da primeira base giratória a medida que o revestimento espiralado é recebido dentro e fora do carretei; e um sistema motriz para sintonizar a primeira base e, desse modo, transmitir torque ao revestimento espiralado no poço.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um sistema de medição de torque adaptado para determinar uma quantidade de torque diferencial entre a primeira e a segunda base girável (18).

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um sistema transdutor (34) que detecta a orientação do revestimento espiralado em relação ao eixo geométrico do poço e gera um ou mais sinais para energizar o sistema de alinhamento para trazer o revestimento espiralado de volta em alinhamento.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o sistema motriz compreende um ou mais motores hidráulicos (46) engatando uma engrenagem de anel acoplada à base.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o sistema motriz faz com que a base gire a uma velocidade de 0 a 20 rpm e gera um torque no revestimento espiralado de até 13.000 pé-lbf.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma sonda móvel (100).

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o solo compreende uma pluralidade de seções (102, 104, 106, 108) adaptadas a serem reposicionadas para deslocamento.

17. Método de perfuração ou manutenção de um poço, compreendendo a provisão de um conjunto de solo orientado sobre um poço; provisão de uma segunda estrutura giratória associada com o primeiro solo e tendo um eixo geométrico de rotação alinhado com o eixo geométrico do poço, e compreendendo um injetor de revestimento; desespiralamento do revestimento fora do carretei e no injetor; injeção do revestimento desespiralado no poço; ajuste da posição do conjunto de carretei (12) para manter o revestimento espiralado em alinhamento com o poço; caracterizado por compreender provisão de uma primeira estrutura rotativa associada com o solo e tendo um eixo geométrico de rotação alinhado com o eixo geométrico do poço, e compreendendo um conjunto de carretei (12) de revestimento espiralado e um conjunto de contra-equilíbrio; ajuste do conjunto de contra-equilíbrio para equilibrar a primeira estrutura giratória a medida que o revestimento é desespiralado; e rotação da primeira estrutura de rotação para, desse modo, girar o revestimento desespiralado no poço.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o poço é sobre-equilibrado.

19. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o poço é super-equilibrado.

20. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a determinação de qualquer torque diferencial entre a primeira estrutura giratória e a segunda estrutura giratória.