BRPI0610552A2

BRPI0610552A2 - perfuração com revestimento

Info

Publication number: BRPI0610552A2
Application number: BRPI0610552-1A
Authority: BR
Inventors: Chen-Kang D Chen; Vikram M Rao
Original assignee: Halliburton Energy Serv Inc
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2010-07-06
Also published as: US7334649B2; NO344530B1; NO20190008A1; US20050236187A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um furo de sonda que pode ser perfurado utilizando a montagem de furo de fundo 10, 50 com um motor de furo de poço 14, 110, que pode ser deslocado a um ângulo de curvatura selecionado. Uma curvatura para perfuração direcional pode ser fornecida por um PDM1 ou por um RSD. Uma seção de calibração 36 presa na broca piloto 18 tem uma superfície de mancal de diâmetro uniforme ao longo de um comprimento axial de pelo menos 60% do diâmetro de broca piloto. A broca ou escareador 16 tem uma face de broca definindo o diâmetro de corte do furo perfurado. O espaçamento axial entre a curvatura e a face de broca, é controlado para menos que quinze vezes o diâmetro de broca. O motor de furo de poço, a broca piloto e a broca podem ser recuperados do poço enquanto deixa a tubagem de revestimento no poço.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PERFURA-ÇÃO COM REVESTIMENTO".

Caso Relacionado

Este pedido é uma continuação em parte do Pedido U.S. N9.10/320.164, depositado em 16 de dezembro de 2002.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se à tecnologia para perfurar numpoço de óleo ou gás, com a tubagem de revestimento permanecendo no po-ço depois da perfuração. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a técnicas para aperfeiçoar a eficiência de perfurar um poço com revesti-mento, com qualidade de poço aperfeiçoada fornecendo recuperação dehidrocarboneto, e com a tecnologia permitindo custos significantemente re-duzidos para completar com segurança o poço.

Antecedentes da Invenção

A maioria dos poços de hidrocarbonetos é perfurada em seçõesde revestimento sucessivamente menores, com um revestimento de tama-nho selecionado inserido em uma seção perfurada antes da perfuração daseção de diâmetro menor inferior seguinte do poço, então inserindo um ta-manho de revestimento de diâmetro reduzido na seção inferior do poço. Aprofundidade de cada seção perfurada é assim uma função de (1) o desejodo operador de continuar a perfurar tão fundo quanto possível antes de parara operação de perfuração e inserir o revestimento na seção perfurada, (2) orisco de que as formações superiores sejam danificadas por fluido de altapressão exigido para obter pó equilíbrio de pólo desejado e a pressão defluido de furo de poço em profundidades maiores, e (3) o risco de que umaparte do poço perfurado possa desabar ou de outro modo impedir o revesti-mento de ser inserido no poço, ou que o revestimento se torne agarrado nopoço ou de outro modo praticamente ser impedido de ser inserido na profun-didade desejada em um poço.

Para evitar os problemas acima, várias técnicas para perfurarum poço com revestimento foram propostas. Esta técnica inerentemente in-sere o revestimento no poço com a montagem de furo de fundo ^BHA) quan-do o poço, ou uma seção do poço, está sendo perfurado. As Patentes U.S.3.552.509 e 3.661.218 descrevem a perfuração com técnicas de revestimentorotativas. A Patente U.S. 5.168.942 descreve uma técnica para perfurar umpoço com revestimento, com a montagem de furo de fundo inclüindcra capa-cidade de sentir a resistividade da formação perfurada. A Patente U.S.5.197.533 também descreve uma técnica para perfurar um poço com um re-vestimento. A Patente U.S. 5.271.472 descreve ainda outra técnica para per-furar o poço com revestimento, e descreve especificamente usando um esca-reador para perfurar uma parte do poço com um diâmetro maior que o OD dorevestimento. A Patente U.S. 5:472.051 descreve um poço com revestimento,com uma montagem de furo de fundo incluindo um motor de perfuração pararodar a broca, desse modo permitindo o operador na superfície (a)rodar o re-vestimento e desse moído rodar a broca, ou (b) rodar a broca com fluidotransmitido através do motor de perfuração e para a broca. Ainda outra opçãoé rodar o revestimento na superfície e simultaneamente acionar o motor deperfuração para rodar a broca. A Patente U.S. 6.118.531 descreve uma técni-ca de perfuração de revestimento que utiliza um motor de lama na extremida-de da tubulação espiralada para rodar a broca. Papéis SPE 52789, 62780 e67731 discutem as vantagens comerciais de perfuração de revestimento emtermos de custos de poço inferiores e processos de perfuração aperfeiçoados.

Problemas contudo limitaram a aceitação de operações de per-furação de revestimento, incluindo o custo de revestimento capaz de trans-mitir alto torque a partir da superfície para a broca, altas perdas entre o for-que aplicado de superfície e o torque na broca, alto desgaste de revestimen-to, e dificuldades associadas com a recuperação da broca e o motor de per-furação para a superfície através do revestimento.

As desvantagens da técnica anterior são superadas pela presen-te invenção, e os métodos aperfeiçoados de perfuração de revestimento sãodaqui em diante descritos, que resultarão em um revestimento inserido emum poço durante uma operação de perfuração de revestimento, com custosmenores e qualidade de poço aperfeiçoada fornecendo custo menor e/ourecuperação de hidrocarboneto aumentada.Sumário da Invenção

A presente invenção fornece perfuração com revestimento, emque um poço é perfurado utilizando uma montagem de furo de fundo na ex-tremidade inferior da tubagem de revestimento e um motor de furo de poçocom um ângulo de curvatura selecionado, tal que a broca piloto e o escarea-dor (ou broca bi-centrada) quando rodados pelo motor, têm um eixo deslo-cado a um ângulo de curvatura selecionado do eixo da seção de energia domotor. De acordo com a invenção, o alojamento do motor pode ser "liso",significando que o alojamento do motor tem uma superfície externa de diâ-metro substancialmente uniforme se estendendo axialmente a partir da se-ção de energia superior para a seção de mancai inferior. O motor pode serum motor de deslocamento positivo (PDM) com uma curvatura no alojamen-to, ou pode ser um dispositivo dirigível rotativo (RSD) com um alojamentocilíndrico e uma curvatura na haste rotativa O RSD pode ser acionado a par-tir das superfícies, mas mais preferivelmente será acionado por um PDMsem uma curvatura no alojamento (PDM reto), com a rotação sendo otima-mente suplementada por rotação da tubagem de revestimento. Uma seçãode calibração é fornecida presa à broca piloto, e tem uma superfície de diâ-metro uniforme ao longo de um comprimento axial de pelo menos cerca de60% do diâmetro de broca. O escareador pode assim ser rodado rodando atubagem de revestimento na superfície, mas pode também ser rodado porfluido pressurizado passando através do motor de furo de poço para rodar abroca piloto e o escareador. A tubagem de revestimento permanece no poçoe o motor de furo de poço, a broca piloto e o escareador podem ser recupe-rados do poço.

É um aspecto da invenção que a broca piloto pode ser rodadacom a tubagem de revestimento par perfurar uma seção relativamente retada boca de poço, e que o motor de furo de poço pode ser acionado para ro-dar a broca piloto com respeito à tubagem de revestimento não rodando pa-ra perfurar uma parte desviada da boca de poço.

Outro aspecto da invenção é que a seção de calibração presa nabroca piloto pode ter um comprimento axial de pelo menos 75% do diâmetroda broca piloto.

Ainda outro aspecto da invenção é que a interconexão entre omotor de furo de poço e o escareador ou broca bi-centrada é de preferênciarealizada com uma conexão de pino na extremidade inferior do motor de furode poço e uma conexão de caixa na extremidade superior do escareador.

Um aspecto significante da presente invenção é que o revesti-mento enquanto as operações de perfuração podem ser realizadas com amontagem de furo de fundo, com a tubagem de revestimento utilizando co-nexões relativamente padrão, tais como conexões de acoplamento API, emvez de conexões especiais exigidas para o revestimento enquanto as opera-ções de perfuração utilizando uma montagem de furo de fundo convencional.

Outro aspecto da presente invenção é que a montagem de furode fundo reduz significantemente o risco de agarrar o revestimento no poço,que pode custar uma operação de perfuração de dezenas de milhares dedólares.

Uma vantagem da presente invenção é que a montagem de furode fundo não exige componentes feitos especialmente, Cada um dos com-ponentes da montagem de furo de fundo pode ser selecionado pelo opera-dor quando desejado atingir os objetivos da invenção.

Estes e outros objetivos, aspectos e vantagens da presente in-venção se tornarão evidentes a partir da descrição detalhada seguinte, emque é feita referência às figuras nos desenhos anexos.Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 em geral ilustra um poço perfurado com uma monta-gem de furo de fundo na extremidade inferior de uma tubagem de revesti-mento e um motor de furo de poço com numa curvatura, um escareador euma broca piloto.

A figura 2 ilustra em mais detalhes uma broca piloto, uma seçãode calibração presa na broca piloto, e um escareador.

A figura 3 ilustra uma broca piloto, e uma seção de calibraçãopresa na broca piloto, e uma broca bi-centrada.

A figura 4 ilustra uma conexão de caixa no escareador conecta-do com uma conexão de pino no motor.

A figura 5 ilustra um motor de furo de poço sem uma curvatura,mas com num escareador e uma broca piloto.

A figura 6 ilustra um conector de revestimento de baixo custo parauso ao longo da tubagem de revestimento de acordo com esta invenção.

A figura 7 ilustra um conector de revestimento API para uso aolongo da tubagem de revestimento.

A figura 8 ilustra um dispositivo dirigível rotativo dentro de umacurvatura na haste rotativa.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

A figura 1 em geral ilustra um poço perfurado com uma monta-gem de furo de fundo (BHA) 10 na parte inferior de uma tubagem de reves-timento 12. A BHA 10 inclui um motor de furo de poço acionado por fluido 14com uma curvatura para rodar uma broca 16 para perfurar uma parte desvi-ada do poço. Uma seção reta do poço pode ser perfurada rodando adicio-nalmente a tubagem de revestimento 12 na superfície para rodar a broca 16,que como explicado subseqüentemente pode tanto ser um escareador quan-to uma broca bicentrada. Para perfurar uma seção curvada do furo de son-da, o revestimento é deslizado (não rodando) e o motor de furo de poço 14roda a broca 16. É em geral desejável rodar a tubagem de revestimento paraminimizar a probabilidade da tubagem de revestimento se tornar agarrada nofuro de sonda, e aperfeiçoar o retorno de cortes para a superfície. Na moda-lidade preferida, uma curvatura na montagem de furo de fundo tem um ângu-lo de curvatura de menos que cerca de 3.

Desde que a broca 16 que perfura o furo de sonda tem um diâ-metro de corte maior que o OD do revestimento, e desde que a broca é re-cuperada através do ID do revestimento depois que o revestimento é inseri-do no poço, a broca em muitas aplicações será um escareador. A broca 16alternativamente, pode ser uma broca bi-centrada, ou qualquer outra ferra-menta de corte para cortar um diâmetro e furo de sonda maior que o OD dorevestimento. Uma broca piloto 18 tem um diâmetro de corte menor que o IDdo revestimento e pode ser fixada na broca ou escareador 16, com o diâme-tro de corte do escareador, ou da broca bicentrada, sendo significantementemaior que o diâmetro de corte da broca piloto. O motor de furo de poço 14pode funcionar "liso", significando que o alojamento do motor tem um diâme-tro substancialmente uniforme da seção de energia superior 22 através dacurvatura 24 e para a seção de mancai inferior 26. Nenhum estabilizadorprecisa ser fornecido no alojamento de motor, desde que nem o alojamentode motor nem um estabilizador de diâmetro pequeno, seja provável engatarna parede de furo de sonda devido ao furo de sonda de diâmetro alargadoformado pela broca 16. O alojamento de motor pode incluir um cursor oualmofada de desgaste. Um motor de furo de poço, que utiliza um rotor comlóbulos, é usualmente referido como um motor de deslocamento positivo(PDM).

O motor de furo de poço 14 como mostrado na figura 1, tem umacurvatura 24 entre o eixo superior 27 do alojamento de motor e o eixo inferior28 do alojamento de motor, de modo que o eixo para a broca 16 é deslocadoa um ângulo de curvatura selecionado do eixo da extremidade inferior datubagem de revestimento. A seção de mancai inferior 26 inclui uma monta-gem de acondicionamento de mancai que compreende convencionalmenteambos os mancais de impulso e radial.

A broca 16, que em muitas aplicações será um escareador, temuma face terminal que é limitada por e define um diâmetro de corte de broca.Quando a broca é um escareador, o escareador terá uma face que define odiâmetro de corte de escareador. Em cada caso, a face dos cortadores po-dem se encontrar dentro de um plano substancialmente perpendicular aoeixo central da broca, como mostrado na figura 2, ou os cortadores poderiamser inclinados, como mostrado na figura 3. O diâmetro de corte de broca, emcada caso, é o diâmetro do furo sendo perfurado, e assim a localização finaldo cortador radialmente mais externo define o diâmetro de corte de broca. Aseção de calibração 34 está abaixo do escareador 16, e é rotativamente pre-sa a e/ou pode ser integral com a broca 16 e/ou a broca piloto 18. O com-primento axial da seção de calibração ("comprimento de calibre") é pelo me-nos 60% do diâmetro de broca piloto, de preferência é pelo menos 75% dodiâmetro de broca piloto, e em muitas aplicações pode ser de 90% para ume meia vezes o diâmetro de broca piloto. Em uma modalidade preferida, ofundo da seção de calibração pode estar substancialmente na mesma posi-ção axial que a face de broca piloto, mas poderia ser espaçada ligeiramentepara cima a partir da face de broca piloto. O topo da seção de calibração depreferência está somente ligeiramente abaixo da face de corte da broca ouescareador 16, embora seja preferido que o espaço axial entre o fundo daseção de calibração e a face de broca piloto seja menor que o espaçamentoaxial entre o topo da seção de calibração e a face da broca ou escareador16. O diâmetro da seção de calibração pode estar ligeiramente sub-calibrecom respeito ao diâmetro de broca piloto.

O comprimento axial da seção de calibração é medida a partir dotopo da seção de calibração para a estrutura de corte dianteira da broca pilo-to no ponto mais baixo do diâmetro completo da broca piloto, por exemplo,do topo da seção de calibração para a face de corte de broca piloto. De pre-ferência, não menos que 50% deste comprimento de calibre forma uma su-perfície de mancai cilíndrico de diâmetro substancialmente uniforme quandoroda com a broca. Um ou mais espaços curtos ou partes de sub-calibre po-dem assim ser fornecidos entre o topo da seção de calibração e o fundo daseção de calibração. O espaçamento axial entre o topo da seção de calibra-ção e a face de broca piloto será o comprimento de calibre total, e esta parteque tem uma superfície de mancai cilíndrica rotativa de diâmetro substanci-almente uniforme de preferência não é menor que cerca de 50% do compri-mento de calibre total. Aqueles versados na técnica apreciarão que a super-fície externa da seção de calibração não precisa ser cilíndrica, e em vez dis-to a seção de calibração e comumente fornecida com sulcos se estendendoao longo de seu comprimento, que são tipicamente fornecidos em um pa-drão espiral. Nesta modalidade, a seção de calibração assim tem uma su-perfície de diâmetro substancialmente uniforme definida pelos cortadoresnos sulcos que formam a superfície cilíndrica na mesma enquanto roda. Aseção de calibração pode assim ter os degraus ou sulcos, mas a seção decalibração contudo define uma superfície cilíndrica rotativa. A broca piloto 16pode alternativamente usar cones de rolo em vez de cortadores fixos.

A figura 2 mostra em mais detalhes uma broca adequada 16, talcomo um escareador, que tem um diâmetro de corte 32. Rotativamente fixa-da na broca 16 está uma seção de calibração 34 que tem uma superfícieuniforme na mesma fornecendo uma superfície de mancai cilíndrico de diâ-metro uniforme ao longo de um comprimento axial de pelo menos 60% dodiâmetro de broca piloto, de modo que a seção de calibração e a broca piloto18 juntas formam uma broca piloto de calibre longo. Como notado acima, aseção de calibração de preferência é integral com a broca piloto, mas a se-ção de calibração pode ser formada separada da broca piloto então presarotativamente na broca piloto. O escareador 16 seria normalmente formadoseparado e então rotativamente preso na seção de calibração 34, embora sepudesse formar o corpo de escareador e a seção de calibração como umcorpo integral. Quando o escareador é bicentrado em 16, como mostrado nafigura 3, o corpo de broca bi-centrado de preferência é integral com o corpoda seção de calibração 34. A seção de calibração de preferência tem umcomprimento axial de pelo menos 75% do diâmetro de broca piloto. A brocaou escareador 16 pode ser estruturalmente integral com a seção de calibra-ção 34, ou a seção de calibração pode ser formada separada e então presarotativamente no escareador. A broca ou escareador 16 inclui cortadoresque se movem radialmente para fora para uma posição tipicamente menorque, ou possivelmente maior que, 120% do diâmetro de revestimento. Emmuitas aplicações, a posição radialmente para fora dos cortadores no esca-reador será cerca de 115% ou menos que o diâmetro de revestimento. Oscortadores no escareador 16 podem ser hidraulicamente acionados paramover radialmente para fora em resposta a um aumento em pressão de flui-do na montagem de furo de fundo. Alternativamente, uma de intervenção delinha de fios elétricos pode ser abaixada no poço para mover os cortadoresradialmente para fora e/ou radialmente para dentro. Em ainda outras modali-dades, os cortadores podem se mover radialmente em resposta a um meca-nismo de fenda em J, ou o peso na broca. A figura 3 ilustra uma broca bi-centrada 16 substituindo o escareador.A figura 4 representa uma conexão de caixa 40 fornecida no es-careador 16 para engate roscado com a conexão de pino 42 na extremidadeinferior do motor de furo de poço 14. A interconexão preferida entre o motore o escareador é assim feita através de uma conexão de pino no motor e acaixa de conexão no escareador.

De acordo com a BHA da presente invenção, o primeiro pontode contato entre a BHA e a boca do poço é a face de broca piloto, e o se-gundo ponto de contato entre a BHA e a boca de poço é ao longo do com-primento axial da seção de calibração 34. O terceiro ponto de contato é abroca ou escareador 16, e o quarto ponto de contato acima do motor de furode poço, e de preferência será ao longo de uma parte superior da BHA ou aolongo do revestimento propriamente dito. Este quarto ponto de contato, é noentanto, espaçado substancialmente acima dos primeiro, segundo e terceiropontos de contato.

BHA 10 como mostrado na figura 1 de preferência inclui umaferramenta MWD (medição durante perfuração) 40 na tubagem de revesti-mento acima do motor 14. Isto é uma posição desejável para a ferramentaMWD, desde que pode ser menor que cerca de 30 metros, e freqüentementemenos que cerca de 25 metros, entre a ferramenta MWD e a extremidade datubagem de revestimento 12.

Para a modalidade da figura 5, a BHA não é usada para opera-ções de perfuração direcional, e conseqüentemente o motor 14 não tem umacurvatura no alojamento do motor. O motor é, no entanto, acionado para ro-dar a broca, ou o revestimento propriamente dito é em geral deslizado nopoço, mas também pode ser rodado enquanto o motor está acionando abroca. A BHA 50 como mostrado na figura 4 pode assim ser usada para ope-rações de perfuração substancialmente reta com os benefícios discutidosacima.

Um aspecto significante da presente invenção é que a BHApermite o uso de revestimento com conectores roscados convencionais, taiscomo conectores API (American Petroleum Institute) comumente usados emoperações de revestimento que não envolvem rotação da tubagem de revés-timento. Convencionalmente, um conector API 62 mostrado na figura 7 podeassim ser usado para interconectar as juntas de revestimento. Esta vanta-gem é significante, desde que então conectores de alto torque premium es-peciais não precisem ser fornecidos nas juntas do revestimento ou nos ou-tros componentes tubulares da tubagem de revestimento. O uso de compo-nentes convencionais já em estoque diminui significantemente os custos deinstalação e manutenção.

Como mostrado nas figuras 1 a 5, o pacote de MWD 44 é forne-cido abaixo de uma extremidade mais inferior do revestimento 12. O motorde furo de poço recuperável 14 pode ser acionado passando fluido atravésdo revestimento, e então dentro do motor de furo de poço. O motor 14 podeser suportado a partir do revestimento com um mecanismo de engate 51,que absorve a saída de torque do motor 14. O fluido pode ser desviado atra-vés do mecanismo de engate, então para o motor e para o escareador e abroca. Aqueles versados na técnica apreciarão que o motor de furo de poçopode ser engatado na tubagem de revestimento 12 por vários mecanismos,incluindo a pluralidade de ganchos dispostos circunferencialmente 52 que seencaixam em fendas correspondentes no revestimento 12. Um obturador ououtra montagem de vedação 54 pode ser fornecido para vedar entre a BHAe a tubagem de revestimento 12. Depois que o furo é perfurado, os ganchos52 no mecanismo de engate 51 podem ser hidraulicamente ativados paramover para uma posição de liberação, e o motor 14, os elementos de corteretraídos na broca ou escareador 16, a seção de calibração 34 e a brocapiloto 18 podem então ser recuperados para a superfície. Uma ferramentade recuperação similar àquelas usadas em sistemas multilaterais, pode serempregada. Alternativamente, os cortadores de escareador podem ser eli-minados ou de outro modo separados do corpo do escareador. Uma sapatade revestimento na extremidade inferior da tubagem de revestimento podeter a habilidade de eliminar as lâminas de escareador, de modo que as lâmi-nas de escareador podem ser eliminadas em vez de retraídas, e esta opçãopode ser usada em algumas aplicações. Em uma modalidade preferida, amontagem de furo de oco pode ser recuperada pela linha de fios elétricoscom o revestimento 12 permanecendo no poço. Alternativamente, uma tuba-gem de trabalho pode ser usada para recuperar o motor.

Deve ser entendido que uma broca piloto, seção de calibração, eescareador como discutido acima, podem ser presos na extremidade inferiorda tubagem de revestimento para operação de perfuração de revestimentoquando roda a tubagem de revestimento, que é convencionalmente rodadaquando se perfura seções retas do furo de sonda. Vantagens significantessão, no entanto, realizadas em muitas operações para perfurar pelo menosuma parte do poço com a broca ou escareador sendo acionado por um mo-tor de furo de poço, algumas vezes com o revestimento não rodado parapermitir perfurar direcionalmente. Durante a perfuração do comprimento dofuro de sonda para a profundidade total, TD, o revestimento pode permane-cer no furo, e a montagem de furo de fundo, incluindo o motor de furo depoço, e a broca retornadas para a superfície para reparo ou substituição debrocas. Quando a profundidade total de um poço é atingida, a montagem defuro de poço pode similarmente ser recuperada para a superfície, emboraem algumas aplicações quando se atinge TD, a broca, o escareador, e mon-tagem de broca piloto, ou a montagem de broca e o motor, podem permane-cer no poço, e somente a montagem de MWD recuperada para a superfície.

A BHA na presente invenção reduz substancialmente o torqueque deve ser conferido à tubagem de revestimento 12 quando se perfurauma seção reta do furo de sonda. Quando se roda a tubagem de revesti-mento 12 dentro de um poço, um problema significante refere-se a "agarrar-deslizar", que causa impulsos de torque ao longo da tubagem de revesti-mento quando a rotação é momentaneamente parada e então reiniciada.Forças de agarrar-deslizar indesejável provavelmente serão particularmentealtas na parte superior da tubagem de perfuração, onde o torque na tubagemde revestimento 12 conferida à superfície é maior. Desde que o torque con-ferido à tubagem de revestimento 12 de acordo com a presente invenção ésignificantemente reduzido, as conseqüências de agarrar-deslizar da tuba-gem de revestimento 12 são similarmente reduzidas, desse modo ainda re-duzindo a exigências para os conectores de revestimento.Usando um motor de torque reduzido no contexto desta inven-ção, existe substancialmente menos torque de motor e assim também me-nos torque "inverso" ou reativo gerado quando o motor de broca estola e abroca rodada pelo motor pára subitamente. Os altos picos deste torque in-verso variável causam impulsos de torque se propagando para cima do mo-tor para a parte inferior da tubagem de revestimento. A parte inferior da tu-bagem de revestimento pode assim brevemente enrolar quando a rotação debroca é parada. O torque inverso é assim também reduzido, permitindo maisconectores de revestimento econômicos.

O motor de furo de poço é acionado para rodar a broca e perfu-rar uma parte desviada do poço, taxas desejavelmente altas de penetraçãofreqüentemente podem ser obtidas rodando a broca em menos que 350RPM. As vibrações reduzidas resultam do uso de um calibre longo acima daface de broca e o comprimento relativamente curto entre a curvatura e abroca, desse modo aumentando a rigidez da seção de mancai inferior. Osbenefícios de qualidade de furo de sonda aperfeiçoada incluem despesa delimpeza de furo reduzida, qualidade de perfil e operações de perfilagem a-perfeiçoada, inserções de revestimento mais fáceis e operações de cimenta-ção mais seguras. A BHA tem baixa vibração, que novamente contribui paraa qualidade de furo de sonda aperfeiçoada. A perfuração com técnicas derevestimento é comumente usada em uma percentagem muito baixa de po-ços. Esforços para aperfeiçoar a qualidade do furo de sonda com uma BHAsão descritos na Patente U.S. 6.269.892 e não solucionariam o problemaprimário com operações de perfuração de revestimento, que envolve o altocusto da tubagem de revestimento devido a conectores especiais, falha deequipamento devido à vibração, e a dificuldade de recuperar o motor de furode poço e broca através da tubagem de revestimento. A Patente de U.S.6.470.977 descreve uma montagem de furo de fundo para escarear um furode sonda. A presente invenção aplica tecnologia direcionada a uma monta-gem de furo de fundo que fornece aperfeiçoamentos significantes em quali-dade de furo de sonda, mas os benefícios de qualidade de furo de sondaaperfeiçoada serão secundários para a redução significante em custos e se-gurança aumentada para completar de modo bem sucedido uma operaçãode perfuração de revestimento.

A montagem de furo de poço da presente invenção é capaz deperfurar um furo utilizando menos peso na broca e assim menos torque queem BHAs da técnica anterior, e é capaz de perfurar um furo "mais exato"com menos espiralagem. O revestimento propriamente pode ser com pare-des mais finas que o revestimento usado nas operações de perfuração derevestimento da técnica anterior, ou pode ter a mesma espessura de paredemas pode ser formada a partir de materiais menos dispendiosos. O custo derevestimento adequado para operações de perfuração de revestimento con-vencionais é alto, e forças exigidas para rodar a broca para penetrar a for-mação a uma taxa de perfuração desejada pode ser diminuída de acordocom esta invenção, de modo que menos força é transmitida ao longo da tu-bagem de revestimento para a broca. Desde que o furo perfurado é maisexato, existe menos arrasto na tubagem de revestimento, e o operador temmais flexibilidade com respeito ao peso na broca a ser aplicado na superfícieatravés da tubagem de revestimento. Desde que existe menos engate com aparede de furo de sonda quando desliza o revestimento no furo com o motorde perfuração sendo acionado para formar uma parte desviada da boca depoço, e quando roda a tubagem de revestimento da superfície para rodar abroca quando da perfuração de uma seção reta do furo de sonda, existesubstancialmente menos desgaste no revestimento durante a operação deperfuração, que novamente permite um revestimento de parede mais finae/ou menos dispendioso.

A vantagem primária da presente invenção é que permite queoperações de perfuração de revestimento sejam conduzidas de modo maiseconômico, e com um menor risco de falha. O furo mais exato produzido deacordo com a perfuração de revestimento usando a presente invenção, nãosomente resulta em torque e arrasto menores no poço, mas reduz a probabi-lidade do revestimento se tornar agarrado no poço. Outra vantagem signifi-cante refere-se a segurança aumentada de recuperar a broca através datubagem de revestimento para a superfície. Como previamente notado, odiâmetro de corte da broca ou escareador deve ser maior que o OD do re-vestimento, mas a broca deve ser recuperada através do ID do revestimento.

Vários dispositivos foram projetados para assegurar a fácil recuperação, mastodos os dispositivos são sujeitos a falha, que em grande parte é atribuídapara a alta vibração da BHA. Altas vibrações para a BHA podem assim levara falhas de conexão de revestimento, falhas de broca, e falhas de motor, eassim afeta adversamente a segurança do mecanismo que exige que o diâ-metro de corte da broca seja reduzido para encaixar dentro do ID da tuba-gem de revestimento, de modo que o motor e a broca possam ser recupera-dos para a superfície. A boca de poço relativamente lisa resultante da BHAdesta invenção, fornece cimentação e limpeza de furo melhores. A BHA nãoresulta somente em custos reduzidos para inserir o revestimento no poço,mas também resulta em ROP melhor, dirigibilidade melhor, segurança deescareador aperfeiçoada, e custos de perfuração reduzidos.

De acordo com a técnica anterior, um PDM acionando um esca-reador ou broca bicentrada e uma broca piloto convencional, seria minima-mente suportado radialmente pelo furo de sonda, e assim seria relativamen-te flexível, desequilibrado, e portanto inclinada a criar vibração. Adicional-mente, quando se roda esta montagem desequilibrada, agarre-deslizamentoindesejável pode ser alto. Desde que estes eventos de torque seriam maio-res que o torque nominal para conexões de junta de revestimento API pa-drão, e desde que a falha de uma conexão seria um custo significante, a per-furação de revestimento da técnica anterior usou conectores de revestimentode resistência maior especialmente desenhados, dispendiosos. Operaçõesde perfuração de revestimento da técnica anterior exigem que uma altaquantidade de torque seja transmitida para a tubagem de revestimento nasuperfície a fim de superar a fricção estática e a fricção dinâmica exigidapara rodar a tubagem de revestimento no poço quando se perfura uma se-ção reta do furo de sonda. As perdas friccionais podem ser significantementereduzidas utilizando uma montagem de furo de fundo da presente invenção,desde que o furo de sonda mais exato resultando da montagem de furo defundo reduz o arrasto entre a tubagem de revestimento e a formação.Quando o revestimento está sendo deslizado (não rodando apartir da superfície) e o motor está rodando para a broca, existe menos ge-ração de torque exigida pelo motor usando esta BHA, em virtude da brocapiloto e a seção de calibração, e a ausência de comportamentos de brocanão construtivos. Brocas menos agressivas e motores de torque menor sãoassim preferidos. Esta combinação também reduz o torque inverso devidoao estol do motor. Desde que uma broca menos agressiva leva menos queum pedaço da rocha, e desde que a broca piloto e a seção de calibraçãoresultam em cada pedaço sendo o pedaço desejado e apropriadamente vi-sado, alto torque instantâneo e a probabilidade de um estol são minimiza-dos. Se o motor estola, o motor de torque baixo assegura que o impulso detorque reativo ou inverso é menor, sendo que o torque reativo não pode serqualquer um maior que a capacidade de torque do motor.

Quando se roda o revestimento da superfície para limpar o furo,a remoção da direcionalidade, ou reduzir a possibilidade de agarre diferenci-al, existe menos torque de acionamento de topo sendo consumido na intera-ção entre o revestimento rotativo e a boca do poço, sobre o comprimento daboca de poço, devido à boca de poço ser mais lisa. A lisura do furo de son-da, enquanto impacta primariamente o torque rotativo, também resulta emtransferência de peso melhor para a broca, permitindo que o peso reduzidoseja aplicado na superfície, e menos peso diretamente na broca, desse mo-do reduzindo a profundidade de corte e a ação de cravar dos cortadores. Oacionamento de topo exige menos torque para rodar a tubagem de revesti-mento, e uma proporção muito maior do torque gerado pelo acionamento detopo atinge a broca. O torque que os elementos de tubagem mais perto dasuperfície devem transmitir, que de outro modo poderia ser muito alto, é re-duzido, e os conectores de revestimento podem ser de capacidade de torquemenor.

A figura 8 representa outra modalidade de uma BHA de acordocom a presente invenção. Em uma aplicação, uma fonte de acionamentopara rodar a broca não é um motor PDM, mas em vez disto um dispositivodirigível rotativo (RSD), com o alojamento dirigível rotativo 112 recebendo ahaste 114 que é rodada girando a tubagem de revestimento na superfície.Vários elementos de mancai 120, 374, 372 são axialmente posicionados aolongo da haste 114. Aqueles versados na técnica devem entender que o dis-positivo dirigível rotativo mostrado na figura 8 á altamente simplificado. Abroca 360 pode incluir vários sensores 366, 368 que podem ser montadosem um pacote de inserção 362 fornecido com uma porta de dados 364. Afigura 8 mostra a posição de um sistema MWD portátil 140 e uma montagemde colar de perfuração 141.

Um dispositivo dirigível rotativo (RSD) inclina ou aplica uma for-ça fora do eixo para a broca na direção desejada a fim de dirigir um poçodirecional enquanto a tubagem de perfuração inteira está rodando. Um RSDpoderia substituir um PDMN na BHA e a tubagem de revestimento rodada apartir da superfície para rodar a broca, como discutido acima. De preferên-cia, um PDM reto pode ser colocado acima de um RSD para acionar o RSD,que fornece a capacidade de direção para a BHA quando conduz uma ope-ração de perfuração com revestimento. Várias vantagens são alcançadascom esta combinação de PDM/RSD para a perfuração com revestimento: (i)velocidade rotativa aumentada da broca comparada com a velocidade rotati-va da tubagem de revestimento para um ROP maior; (ii) uma fonte de torquee energia estreitamente espaçada para a broca; (iii) menos problemas deestol de motor que PDM sozinho desde que o torque gerado de PDM possaser suplementado por rotação de revestimento; e (iv) aperfeiçoamentos nalimpeza de furo enquanto roda lentamente o revestimento durante a perfura-ção.

A figura 8 representa um dispositivo dirigível rotativo (RSD) 110que tem uma curvatura curta para o comprimento de face de broca e umabroca de calibre longo. Enquanto dirige, o controle direcional com o RSD éassim similar ao controle direcional com o PDM. Benefícios significantes du-rante uma operação de perfuração de revestimento, pode assim ser obtidaenquanto dirige com o RSD, e aciona o RSD com um PDM, e de preferênciacom um PDM suplementado pela rotação de tubagem de revestimento nasuperfície.Um RSD permite que o perfurador mantenha a face de ferra-menta e ângulo de curvatura desejados, enquanto maximiza a RPM da tu-bagem de perfuração e aumenta ROP. Com esta tecnologia, o furo de poçotem um perfil liso quando o operador muda o curso. As pernas de gancholocais são minimizadas e os efeitos de tortuosidade e outros problemas sãosignificantemente reduzidos. Com este sistema, se otimiza a habilidade decompletar o poço enquanto aperfeiçoa o ROP e prolongando a vida da broca.

A figura 8 representa uma BHA para perfurar um furo de sondadesviado em que o RSD 110 substitui o PDM. O RSD na figura 8 inclui umahaste rotativa, oca, contínua 114 dentro de um alojamento substancialmentenão rodando 112. A deflexão radial da haste rotativa dentro do alojamentopor uma unidade de carne de anel excêntrico duplo 374 faz a extremidadeinferior da haste 122 pivotar em torno de um sistema de mancai esférico120. A interseção do eixo central 130 do alojamento 112 com o eixo central124 da haste abaixo do sistema de mancai esférico 124, define a curvatura132 para propósitos de perfuração direcional. Enquanto dirigem, a curvatura132 é mantida em uma face de ferramenta desejada e o ângulo de curvaturapela unidade de carne excêntrico duplo 374. Para perfurar reto, os carnesexcêntricos duplos são dispostos de modo que a deflexão da haste é alivia-da e o eixo central da haste abaixo do sistema de mancai esférico 124 é co-locado em linha com o eixo central 130 do alojamento 112. Os aspectos des-te RSD são descritos abaixo em mais detalhe.

O RSD 110 na figura 8 inclui um alojamento substancialmentenão rodando 112 e uma haste rotativa 114. A rotação do alojamento é limita-da por um dispositivo antirotação 116 montado no alojamento não-rotativo112. A haste rotativa 114 é fixada na broca rotativa 126 no fundo do RSD110 e na parte de acionamento 117 localizado perto da extremidade superiordo RSD através do dispositivo de montagem 118. Uma montagem de man-cal esférico 120 monta a haste rotativa 114 no alojamento não-rotativo 112perto da extremidade inferior do RSD. A montagem de mancai esférico 120restringe a haste rotativa 114 ao alojamento não-rotativo 112 nas direçõesaxial e radial enquanto permite que a haste rotativa 114 pivote com relaçãoao alojamento não-rotativo 112. Outros mancais montam rotativamente ahaste no alojamento incluindo mancais na unidade de anel excêntrico 374 eo mancai em cantiléver 372. A partir do mancai em cantiléver 372 e acima, ahaste rotativa 114 é mantida substancialmente concêntrica com o alojamento112 por uma pluralidade de mancais. Aqueles versados na técnica aprecia-rão que o RSD é mostrado de modo simplista na figura 8, e que o RSD realé muito mais complexo que o representado na figura 8. Também, certos as-pectos, tais como ângulo de curvatura e comprimentos curtos, são exagera-dos para propósitos ilustrativos.

A rotação da broca quando implementa o RSD pode ser aciona-da na superfície, ou pode ser acionada por um PDM acima do RSD, ou am-bos. Na primeira aplicação, a rotação da tubagem de revestimento 144 pelaarmação de perfuração na superfície causa a rotação da BHA acima doRSD, que por sua vez roda diretamente a haste rotativa 114 e a broca rotati-va 126. Na segunda aplicação,. Um PDM sem uma curvatura fornecida aci-ma do RSD aciona a haste 114, que então roda a broca. A rotação de brocapode ser suplementada rodando a tubagem de revestimento a partir da su-perfície enquanto aciona o PDM.

Enquanto dirige, o controle djrecional é obtido defletindo radial-mente a haste rotativa 114 na direção desejada e na magnitude desejadadentro do alojamento não-rotativo 112 em um ponto acima da montagem demancai esférico 120. Em uma modalidade preferida, a deflexão de haste éobtida por uma unidade de carne de anel excêntrico duplo 374 tal como des-crito nas Patentes U.S. N2. 5.307.884 e 5.307.885. O anel externo, ou carne,da unidade de anel excêntrico duplo 374 tem um furo excêntrico em que oanel interno da unidade de anel excêntrico duplo é montado. O anel internotem um furo excêntrico em que a haste 114 é montada. Um mecanismo éfornecido pelo qual a orientação de cada anel excêntrico pode ser controladade modo independente com relação ao alojamento não-rotativo 112. Estemecanismo é descrito no Pedido U.S. N9. de série 09/253.599, depositadoem 14 de julho de 1999 intitulado "Steerable Rotary Drilling Device and Di-rectional Drilling Method". Orientando um anel excêntrico relativo ao outroem relação à orientação do alojamento não-rotativo 112, a deflexão da hasterotativa 114 é controlada quando passa através da unidade de anel excêntri-co 374. A deflexão da haste 114 pode ser controlada quando passa atravésda unidade de anel excêntrico 374. A deflexão da haste 114 pode ser contro-lada em qualquer direção e qualquer magnitude dentro dos limites da unida-de de anel excêntrico 374. Esta deflexão de haste acima do sistema demancai esférico faz a parte inferior da haste rotativa 122 abaixo da monta-gem de mancai esférico 120 pivotar na direção oposta à deflexão de haste eem proporção com a magnitude da deflexão de haste. Para os propósitos deperfuração direcional, a curvatura 132 ocorre dentro da montagem de man-cai esférico 120 na interseção do eixo central 130 do alojamento 112 e o ei-xo central 124 da parte inferior do eixo rodando 122 abaixo a montagem demancai esférico 120. O ângulo de curvatura é o ângulo entre os dois eixoscentrais 130 e 124. O pivotamento da parte inferior da haste rotativa 122 faza broca se inclinar na maneira pretendida para perfurar um furo de sondadesviado. Assim, a face de ferramenta de broca e o ângulo de curvatura con-trolado pelo RSD são similares à face de ferramenta de broca e o ângulo decurvatura do PDM. Aqueles versados na técnica reconhecerão que o uso deum carne de anel excêntrico duplo é apenas um mecanismo de desviar abroca com relação a um alojamento, para propósitos de perfuração direcio-nal com um RSD.

Enquanto dirige, o controle direcional com o RSD 110 é similarao controle direcional com o PDM. O eixo central 124 da parte inferior dahaste rotativa 122 é desviado do eixo central 130 do alojamento não-rotativo112 pelo ângulo de curvatura selecionado. Para propósitos de analogia, amontagem de pacote de mancai no alojamento inferior do PDM é substituídapela montagem de mancai esférico no RSD 110. O centro da montagem demancai esférico 120 é coincidente com a curvatura 132 definida pela interse-ção dos dois eixos centrais 124 e 130 dentro do RSD 110. Como um resul-tado, o alojamento de curvatura e o alojamento de mancai inferior do PDMnão são necessários com o RSD 110. A colocação da montagem de mancaiesférico na curvatura e a eliminação destes alojamentos resultam em umaredução adicional da curvatura 132 para a distância da face de broca 226 aolongo do eixo central 124 da parte inferior da haste rotativa 122.

Quando é desejado perfurar reto, os anéis excêntricos interno eexterno, da unidade de anel excêntrico 374, são dispostos tal que a deflexãoda haste acima da montagem de mancai esférico 120 é aliviada e o eixocentral 124 da parte inferior da haste rotativa 122 é coaxial com o eixo cen-tral 130 do alojamento não-rotativo 112. A perfuração reta com o RSD é umaperfeiçoamento sobre a perfuração reta com um PDM porque não existeuma curvatura no alojamento de RSD, e o alojamento de RSD não precisaser rodado. As tensões de alojamento no PDM estarão ausentes e o furo desonda deve ser mantido mais perto do tamanho de calibre.

Como com o PDM, o espaçamento axial ao longo do eixo central124 da parte inferior da haste rotativa 122 entre a curvatura 132 e a face debroca 22 para a aplicação de RSD poderia ser tanto quanto vinte vezes odiâmetro de broca para obter os benefícios primários da presente invenção.

Em uma modalidade preferida, a curvatura para o espaçamento da face debroca é de quatro á oito vezes, e tipicamente aproximadamente cinco vezes,o diâmetro da broca. Esta redução da curvatura para a distância de face debroca significa que o RSD pode ser inserido com menos ângulo de curvaturaque o PDM para obter a mesma taxa de construção. O ângulo de curvaturado RSD é de preferência menor que 0,6 grau e é tipicamente cerca de 0,4grau. O espaçamento axial ao longo do eixo central 130 do alojamento não-rotativo 112 entre a extremidade mais superior do RSD 110 e a curvatura132 é aproximadamente 25 vezes o diâmetro da broca. Este espaçamentodo RSD está bem dentro do espaçamento comparável da extremidade maissuperior da seção de energia do PDM para a curvatura de 40 vezes o diâme-tro da broca.

O RSD 110 mostrado na figura 8 utiliza uma curvatura curta 132para o comprimento da face de broca 22 que é menos que o limite de dozevezes o diâmetro da broca. O comprimento de calibre total da broca não émais longo que o comprimento mínimo exigido de 0,75 vezes o diâmetro dabroca, e pelo menos 50% do comprimento de calibre total é o calibre subs-tancialmente completo. O ângulo de curvatura na figura 8 está entre o eixocentral da parte inferior da haste rotativa 124 e o eixo central do alojamentonão-rotativo 112. O primeiro ponto de contato entre a BHA e a boca do poçopara o motor da figura 8 está na face de broca. O segundo ponto de contatoentre a BHA e a boca de poço está na extremidade superior da seção decalibração da broca. O terceiro ponto de contato entre a BHA e a boca depoço é mais alto na BHA. A curvatura da boca de poço é definida por estestrês pontos de contato entre a BHA e a boca do poço.

Porque o RSD tem uma curvatura curta para o comprimento deface de broca e é similar ao PDM em termos de controle direcional enquantodirige, os benefícios primários da presente invenção são esperados aplicarenquanto dirige com o RSD quando insere com uma broca de calibre longotendo um comprimento de calibre total de pelo menos 75% do diâmetro debroca e de preferência pelo menos 90% do diâmetro de broca e pelo menos50% do comprimento de calibre total é calibre substancialmente completo.Estes benefícios incluem ROP maior, qualidade de furo aperfeiçoada, WOBe TOB menores, limpeza de furo aperfeiçoada, seções curvadas mais lon-gas, menos colares empregados, taxa de construção previsível, vibraçãomenor, sensores mais próximos da broca, perfis melhores, inserção de re-vestimento mais fácil, e custo inferior de cimentação.

Vários benefícios são melhorados pela curvatura mais curta parao comprimento da face de broca do RSD comparada com o PDM, que entãosignifica que um ângulo de curvatura menor pode ser empregado. Quandocombinado com a broca de calibre longo, estes fatores aperfeiçoam a estabi-lidade que é esperada para aperfeiçoar o furo de sonda reduzindo o espira-lamento de furo e rotação de broca. A transferência de peso aperfeiçoadapara a broca é também esperada. A curvatura mais curta pra o comprimentode face de broca do RSD significa que uma taxa de construção aceitávelpode ser obtida mesmo com uma conexão de caixa na extremidade maisinferior da haste rotativa 114. Uma conexão de pino pode ser usada nestalocalização e algum aperfeiçoamento adicional para a taxa de construçãopode ser esperado.

Um melhoramento adicional é que o RSD pode conter sensoresmontados no alojamento não-rotativo 112 e um acoplamento de comunica-ção no MWD. A habilidade em adquirir informação perto de broca e comuni-car esta informação ao MDW é aperfeiçoada quando comparada com oPDM. Como com o PDM, os sensores podem ser fornecidos na broca rotati-va quando inserida com o RSD.

O alojamento não-rotativo 112 do RSD pode conter o dispositivoanti-rotação 116 que significa que o alojamento não é liso como com o PDM.

O desenho do dispositivo de anti-rotação é tal que engata a formação paralimitar a rotação do alojamento sem impedir significantemente a habilidadedo alojamento deslizar axialmente ao longo do furo de sonda quando o RSDé inserido com uma broca de calibre longo. Portanto, o efeito do dispositivode anti-rotação em transferência de peso para a broca é negligível.

Com a exceção do dispositivo de anti-rotação, o alojamento não-rotativo 112 do RSD é de preferência inserido liso. No entanto, podem existircasos onde um estabilizador pode ser utilizado no alojamento não-rotativoperto da curvatura 132. Uma razão para o uso de um estabilizador é que asforças de fricção entre o estabilizador e o furo de sonda ajudariam a limitar arotação do alojamento não-rotativo. O arrasto no RSD será provavelmenteaumentado devido a este estabilizador, como com um estabilizador no PDM.

No entanto, com o RSD, o efeito deste estabilizador em transferência de pe-so na broca deve ser mais que desviado pelo aumento em arrasto devido àrotação da tubagem de perfuração enquanto dirige.

A ferramenta de orientação usada para orientar o ângulo de cur-vatura do PDM não é mais exigida porque o RSD mantém o controle direcio-nal da broca rotativa. Um PDM reto ou motor elétrico pode assim ser coloca-do na BHA acima do RSD como uma fonte de rotação e torque para a broca.

De acordo com a presente invenção, os conectores ao longo datubagem de revestimento não precisam ser muito dispendiosos ou robustoscomo os conectores de revestimento da técnica anterior para operações deperfuração de revestimento. Os conectores de revestimento de acordo comesta presente invenção podem assim ser desenhados para suportar menostorque que os conectores de revestimento da técnica anterior, e de preferên-cia têm um torque limite que satisfaz a relação:

CCYT <5500 + 192 (OD-4,5)3 Equação 1

Em que o torque limite de conector de revestimento ou CCYT éexpresso em kg-metros, e o dispositivo externo de revestimento ou OD éexpresso em centímetros. O torque limite de conexão de revestimento é as-sim o torque máximo que pode ser aplicado no conector, desde que o ex-cesso de torque deste valor teoricamente pode resultar na limitação do co-nector e assim falha, tanto mecanicamente (separação possível da tubagemde revestimento) quanto hidraulicamente (possível vazamento de fluido alémou através da conexão). Em poços de inclinação vertical ou baixa, a forçanormal da tubagem de revestimento na parede da boca de poço é pequena,de modo que o torque limite seria proporcional ao OD do revestimento. Empoços de alta inclinação, no entanto, a força normal é substancialmente opeso do revestimento, que é uma função da densidade de aço e o quadradodo diâmetro de revestimento. Em poços horizontais, o torque limite seriaproporcional ao cubo do OD da tubagem de revestimento. O torque limite deconexão pode ser assim determinado para o pior caso, isto é, um poço hori-zontal, então usado em um poço vertical, um poço ligeiramente inclinado emmenos que cerca de 5, e em um poço-horizontal ou substancialmente hori-zontal. Para muitas aplicações de perfuração de revestimento, o CCYT deacordo com a presente invenção pode ser significantemente menor que atécnica anterior, e pode ser definido pela relação:

CCYT <5550 + 144 (OD-4,5)3 Equação 2

que é aproximadamente 60% da capacidade de torque limite deconector de conectores de torque comumente usados em operações de per-furação de revestimento. Em ainda outras aplicações, o torque limite de co-nector pode ser definido pela relação:

CCYT =5500 + 96 (OD-4,5)3 Equação 3

Em algumas aplicações de poço raso e/ou poço vertical, o arras-to reduzido da tubagem de revestimento no furo de sonda e o uso de ummotor de regime de torque comparativamente baixo pode permitir mesmosregimes de torque inferiores para os conectores, satisfazendo a relação:

CCYT =5550 + 48 (OD-4,5)3 Equação 4

De acordo com a invenção, a BHA é muito menos inclinada paraesta impulsão de torque, e o PDM usado pode ter um regime de torque rela-tivamente baixo. Adicionalmente, os conectores de junta de revestimentonão exigem alta resistência especial, e em algumas modalidades podem terresistência comparável a ou podem ser os conectores API padrão (API RP5C1, 18th Edition, 1999). A figura 6 representa um conector de revestimento60 de acordo com a presente invenção que inclui um ressalto afunilado noacoplamento para engate com uma extremidade inferior de uma junta derevestimento superior e uma extremidade superior de uma junta de revesti-mento inferior, embora os conectores de junta de revestimento 60 comomostrado na figura 6 não precisam ser dispendiosos ou robustos quanto aperfuração da técnica anterior com conectores de revestimento. A figura 7mostra um conector de revestimento alternativo 61 com um acoplamentoconectando juntas superior e inferior, e superfícies de vedação afuniladas naextremidade de cada junta engatando uma superfície correspondente noacoplamento. O conector 61 como mostrado na figura 7 pode assim ser simi-lar a uma conexão API. Isto, e a probabilidade reduzida de falhas de cone-xão, representa uma economia significante.

De acordo com o método da invenção, a composição de furo defundo com o motor de furo de poço como discutido acima é montado para usoem uma operação de perfuração de revestimento. Quando se monta os co-nectores da tubagem de revestimento, o torque de composição nos conecto-res roscados é controlado para ser menos que o torque limite que satisfaz aEquação 1, e de preferência menos que o torque limite que satisfaz a Equa-ção 2. Em muitas operações, o torque de composição pode ser ainda maisreduzido para ser menos que o torque limite que satisfaz a Equação 3, e emalgumas aplicações o torque de composição pode ser suficientemente baixopara satisfazer a Equação 4. As juntas roscadas da tubagem de revestimentosão assim compostas para um torque de composição selecionado que é me-nos que o torque limite, e pode ser seletivamente controlado a um nível dese-jado controlando a saída máxima das tenazes de energia que suprem o tor-que de composição. O torque de composição para os conectores de tubagemde revestimento de preferência é registrado para assegurar que o torque decomposição para cada um dos conectores é menos que o torque limite.

Ainda outro benefício da presente invenção é que o tamanho dabroca (escareador) pode ser reduzido. A Tabela 1 fornece dimensões especí-ficas para uma broca piloto e escareador na posição aberta. O alargamentode furo está em excesso de 40% entre a broca piloto e o escareador aberto.

Se o alargamento de furo pode ser reduzido, economia significante resultariade modo inerente perfurando um furo de sonda de diâmetro menor. O diâme-tro de furo de escareado de acordo com a técnica anterior está em excessode cerca de 125%, e mais comumente em torno de 130%, do OD de revesti-mento. A Tabela 2 representa o mesmo revestimento, com o mesmo tamanhode broca piloto, e fornece o escareador de diâmetro menor que resulta emuma redução significante em alargamento de furo. Como indicado na Tabela2, o alargamento de furo pode ser menos que 40% e, em muitos casos, me-nos que cerca de 35%. A relação do diâmetro de furo escareado com o OD derevestimento como mostrado nas Tabelas 1 e 2, que é menos que 122% oumenos, de preferência 120% ou menos, e comumente cerca de 115% ou me-nos que o OD de revestimento de acordo com esta invenção, aponta para asvantagens significantes desta invenção sobre a técnica anterior.

Tabela 1

<table>table see original document page 26</column></row><table>Tabela 2

<table>table see original document page 27</column></row><table>

Reduzir o alargamento portanto aumentará a taxa de penetra-ção, e aperfeiçoar a segurança do escareador quando se corta e quandosendo recuperado através do revestimento, e reduzirá significantemente oscustos de perfuração.

Será entendido por aqueles versados na técnica que a modali-dade mostrada é exemplar, e que várias modificações podem ser feitas naprática da invenção. Conseqüentemente, o escopo da invenção deve serentendido por incluir tais modificações que estão dentro do espírito da inven-ção, como definido pelas reivindicações seguintes.

Claims

1. Método de perfurar um furo de sonda utilizando uma monta-gem de furo de fundo que inclui um motor de furo de poço tendo uma seçãode energia superior com um eixo central de seção de energia e um eixo cen-trai inferior, a montagem de furo de fundo ainda incluindo uma broca rotativapelo motor e tendo uma face de broca definindo um diâmetro de corte debroca maior que um diâmetro externo de uma tubagem de revestimento in-serida no poço com a montagem de furo de fundo, o método compreendendo:prender uma seção de calibração abaixo da broca, a seção decalibração tendo uma superfície de diâmetro substancialmente uniforme namesma, enquanto roda ao longo de um comprimento axial de pelo menoscerca de 60% de um diâmetro piloto;fornecer a broca piloto presa a e abaixo da seção de calibração;erodar a broca, a seção de calibração e a broca piloto bombeandofluido através do motor de furo de poço para perfurar o furo de sonda.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a broca éum escareador preso a e acima da seção de calibração, tal que a face debroca é a face de escareador.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a seção decalibração tem um comprimento axial de pelo menos 75% do diâmetro debroca piloto.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que uma parteda seção de calibração que tem a superfície de diâmetro substancialmenteuniforme não é menos que cerca de 50% do comprimento axial da seção decalibração.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, ainda compreen-dendo:fornecer uma conexão de pino em uma extremidade inferior domotor de furo de poço; efornecer uma conexão de caixa em uma extremidade superior dabroca para interconexão correspondente com a conexão de pino.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, ainda compreen-dendo:fornecer cortadores na broca que se movem radialmente entreuma posição externa para cortar um furo de sonda maior que um diâmetroexterno do revestimento e uma posição de recuperação em que o motor defuro de poço e a broca são recuperados para a superfície

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o motor defuro de poço é um motor de deslocamento positivo com o eixo central daseção de energia substancialmente concêntrico com o eixo central inferior; eum dispositivo dirigível rotativo posicionado abaixo e acionadopelo motor de deslocamento positivo.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o diâmetroda broca é menor que cerca de 122% do OD de revestimento.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o aumentode furo de broca é menor que cerca de 40% maior que o diâmetro de brocapiloto.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o motor éum motor de deslocamento positivo e o eixo central inferior é inclinado comrespeito ao eixo central da seção de energia.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a broca éuma broca bicentrada presa a e acima da seção de calibração, tal que a facede broca pé a face de broca bi-centrada.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, ainda compreendendo:espaçar axialmente uma curvatura entre o eixo central de seçãode energia e o eixo central inferior da face de broca menos que quinze vezeso diâmetro da broca.

13. Método de perfurar um furo de sonda utilizando a montagemde furo de fundo incluindo um dispositivo de direção tendo uma haste rotati-va com o eixo de haste de seção superior e um eixo de haste de seção infe-rior inclinado com relação ao eixo de haste de seção superior, a montagemde furo de fundo ainda incluindo um escareador tendo uma face de escarea-dor e cortadores de escareador definindo um diâmetro de corte de escarea-dor maior que um diâmetro externo de uma tubagem de revestimento inseri-da no poço com a montagem de furo de fundo, o método compreendendo:prender uma seção de calibração abaixo do escareador, a seçãode calibração tendo uma superfície de diâmetro substancialmente uniformena mesma enquanto roda ao longo de um comprimento axial de pelo menos60% de um diâmetro de broca piloto;fornecer uma broca piloto presa em e abaixo da seção de cali-bração;rodar a broca piloto, a seção de calibração e o escareador paraperfurar o furo de sonda;retrair ou desconectar seletivamente os cortadoresde escareador; erecuperar, depois disto, o dispositivo de direção, o escareador, aseção de calibração e a broca piloto do poço enquanto deixa a tubagem derevestimento no poço;

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, em que a seçãode calibração tem um comprimento axial de pelo menos 75% do diâmetro debroca piloto.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, ainda compreen-dendo:espaçar axialmente uma curvatura entre o eixo de haste de se-ção superior e o eixo de haste de seção inferior da face de broca menos quequinze vezes o diâmetro do escareador.

16. Método, de acordo com a reivindicação 13, ainda compreen-dendo:o dispositivo de direção é um motor de deslocamento positivoacionado passando fluido através do motor.

17. Método, de acordo com a reivindicação 13, ainda compreendendo:um motor de deslocamento positivo com um eixo central de se-ção de energia substancialmente concêntrico com um eixo central inferior; eum dispositivo de direção é um dispositivo dirigível rotativo posi-cionado abaixo e acionado pelo motor de deslocamento positivo.

18. Sistema para perfurar um furo de sonda utilizando uma mon-tagem de furo de fundo incluindo um motor de furo de poço tendo uma seçãode energia superior com um eixo central de seção de energia e um eixo cen-tral inferior, a montagem de furo de fundo ainda incluindo uma broca rodadapelo motor e tendo uma face de broca definindo um diâmetro de corte debroca maior que um diâmetro externo de uma tubagem de revestimento in-serida no poço com a montagem de furo de fundo, o sistema ainda compreendendo:conectores de revestimento ao longo da tubagem de revestimen-to satisfazendo a relação CCYT < 5500 + 192 (OD - 4,5)3, em que CCYT é otorque limite do conector de revestimento em metro-kg, e OD é o diâmetroexterno das juntas de tubagem de revestimento em centímetros;uma seção de calibração presa abaixo da broca, a seção de ca-libração tendo uma superfície de diâmetro substancialmente uniforme namesma enquanto roda ao longo de um comprimento axial de pelo menos60% de um diâmetro de broca piloto;uma broca piloto presa em e abaixo da seção de calibração; eo motor de furo de poço, a broca, a seção de calibração e a bro-ca piloto, são recuperados do poço enquanto deixa a tubagem de revesti-mento no poço.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, ainda compre-endendo:uma conexão de pino em uma extremidade inferior do motor defuro de poço; euma conexão de caixa em uma extremidade superior da brocapara interconexão correspondente com a conexão de pino.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, ainda compre-endendo:o motor é um motor de deslocamento positivo com o eixo centralde seção de energia substancialmente concêntrico com o eixo de seção infe-rior; eum dispositivo dirigível rotativo posicionado abaixo e acionadopelo motor de deslocamento positivo.

21. Método de perfurar um furo de sonda utilizando uma monta-gem de furo de fundo incluindo um dispositivo de direção tendo uma hasterotativa com um eixo de haste de seção superior e um eixo de haste de se-ção inferior inclinado com relação ao eixo de seção superior, a montagem defuro de fundo ainda incluindo um escareador tendo uma face de escareadordefinindo um diâmetro de corte de escareador maior que um diâmetro exter-no de uma tubagem de revestimento inserida no poço com a montagem defuro de fundo, o método compreendendo:prender uma seção de calibração abaixo do escareador, a seçãode calibração tendo uma superfície de diâmetro substancialmente uniformena mesma enquanto roda ao longo de um comprimento axial de pelo menos-60% de um diâmetro de broca piloto;fornecer uma broca piloto, tendo um diâmetro de broca piloto,presa a e abaixo da seção de calibração;rodar seletivamente o escareador, a seção de calibração e abroca piloto; erecuperar o dispositivo de direção, o escareador, a seção de ca-libração e a broca piloto do poço enquanto deixa a tubagem de revestimentono poço.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, ainda compreendendo:a seção de calibração tem um comprimento axial de pelo menos-75% do diâmetro de broca piloto.

23. Método, de acordo com a reivindicação 21, ainda compreendendo:fornece um motor de deslocamento positivo com um eixo centralde seção de energia substancialmente concêntrico com um eixo central inferior; eo dispositivo de direção é um dispositivo dirigível rotativo posi-cionado abaixo e acionado pelo motor de deslocamento positivo.

24. Método, de acordo com a reivindicação 21, ainda compreen-dendo:espaçar axialmente uma curvatura entre o eixo de haste de se-ção superior e o eixo de haste de seção inferior da face de broca menos quequinze vezes o diâmetro do escareador.

25. Método, de acordo com a reivindicação 21, ainda compreen-dendo:fornecer conectores de revestimento ao longo das tubagens derevestimento satisfazendo a relaçãoCCYT < 5500 + 192 (OD - 4,5)3Em que CCYT é o torque limite do conector de revestimento emmetro-kg, e OD é o diâmetro externo das juntas de tubagem de revestimentoem centímetros.

26. Método, de acordo com a reivindicação 21, em que uma par-te da seção de calibração que tem a superfície de diâmetro substancialmen-te uniforme não é menos que cerca de 50% do comprimento axial da seçãode calibração.