“APARELHO E MÉTODO PARA AVALIAR UM FURO DE POÇO
DURANTE PERFURAÇÃO”
A invenção é relativa a um aparelho e um método para avaliar um furo de poço durante perfuração, e em particular para avaliar um revestimento e/ou cimento em uma coroa circular atrás do revestimento do furo de poço.
Ao perfurar um furo de poço (furo de sondagem) no campo de produção de petróleo ou de gás natural, é importante para o sucesso do processo de perfuração ter informação das condições relacionadas ao furo de poço. Em particular, informação a respeito da condição do revestimento e da ligação do revestimento com o cimento na coroa circular atrás dele é a mais valiosa, uma vez que estes parâmetros afetam a construção posterior do poço. Desgaste no revestimento é importante para conhecer razões de integridade uma vez que um revestimento rompido pode ser caro e potencialmente pode conduzir a uma situação perigosa de controle do poço.
É comumente conhecido, por exemplo, da US 6.041.860, inspecionar o furo de poço através de um sistema de registro com linha de cabo que compreender uma ferramenta de registro de sondagem ou de sensoriamento que é abaixada na extremidade de um cabo para o interior do furo de poço. A ferramenta de registro de sondagem é conectada através de um sistema de telemetria com linha de cabo para um computador no nível da superfície do furo de poço para analisar os dados fornecidos de maneira contínua pela ferramenta de sensoriamento para o computador. Antes que a ferramenta de registro de sondagem possa ser baixada para o interior do furo de poço, o processo de perfuração deve ser suspenso e a coluna de perfuração deve ser removida, por exemplo, retirada. Por exemplo, uma corrida separada de registro com linha de cabo para inspeção do revestimento leva cerca de 4 até 6 horas, e deve ser realizada em aproximadamente 50 a 70% dos furos de poço.
Registro de furo de sondagem com linha de cabo cria problemas no caso de perfuração direcional, uma vez que a ferramenta de registro de sondagem impelida por gravidade pode ficar presa no furo de poço. Para evitar este problema é conhecido da US 5.589.825 fornecer uma coluna de tubo de perfuração adjacente à sua broca de perfuração furo abaixo ou seu conjunto de fundo de furo com um sub de perfuração que é capaz de acomodar uma ferramenta de registro de sondagem através da coluna de tubo de perfuração, depois de ter suspenso o processo de perfuração. A ferramenta de registro de sondagem é enviada para baixo para o sub de perfuração a partir de uma posição no nível da superfície na plataforma de perfuração antes de começar a retirar a coluna de tubo de perfuração. Enquanto movendo a coluna de tubo de perfuração furo acima, sensores da ferramenta de registro de sondagem fornecem dados que são armazenados em uma memória da ferramenta de registro de sondagem. A posição da ferramenta de registro de sondagem em relação ao furo de poço é sensoriada pelo computador no nível da superfície. Depois que o sub de perfuração tenha sido retirado do furo de poço, a ferramenta de registro de sondagem é recuperada do sub de perfuração, e é conectada ao computador para comunicar os dados armazenados na memória para o computador, para avaliar os dados contra profundidades ou tempo de retirada.
Uma vez que a ferramenta de registro de sondagem conhecida da US 5.589.825 é descida furo abaixo através da coluna de tubo de perfuração, a extremidade furo acima da coluna de tubo de perfuração deve ser limpa para inserir a ferramenta de registro de sondagem desconectando a cabeça de circulação da sonda de perfuração para abrir a extremidade superior da coluna de tubo de perfuração e, no caso de perfuração direcional, a ferramenta de registro de sondagem pode também ficar presa na coluna de tubo de perfuração.
Da US 7.275.597 B2 é conhecido tomar medições de registro em uma pluralidade de pontos selecionados ao longo de uma coluna de ferramenta furo abaixo. O equipamento instalado na coluna de ferramenta compreende uma pluralidade de dispositivos eletrônicos, cada um sendo energizado separadamente por uma bateria. Os dispositivos eletrônicos transferem seus dados para um computador no nível da superfície por meio de um sistema de telemetria de duas vias, através do qual instruções de comutação do estado de potência individual são também transmitidas a partir do computador no nível da superfície para os dispositivos eletrônicos furo abaixo. O sistema conhecido da US 7.275.597 B2 necessita um sistema de transmissão complicado.
É um objetivo da invenção fornecer um aparelho e um método para avaliar um furo de poço em uma maneira menos consumidora de tempo, e com menos despesas de construção do que até aqui.
De acordo com a invenção, o aparelho para avaliar um furo de poço durante perfuração compreende:
uma coluna de perfuração que inclui uma ferramenta de perfuração furo abaixo;
uma ferramenta de registro de sondagem mantida na coluna de perfuração em uma sua posição furo abaixo, no qual a ferramenta de registro de sondagem é adaptada para obter dados a partir do furo de poço enquanto movendo a coluna de perfuração que inclui a ferramenta de registro de sondagem furo acima e fora do furo de poço, e no qual a ferramenta de registro de sondagem inclui uma memória para armazenar dados obtidos e uma bateria de suprimento de potência embarcada; e um computador que é posicionado em um nível da superfície do furo de poço, e que é adaptado para obter os dados a partir da memória quando a ferramenta de registro de sondagem é também posicionada no nível da superfície.
O melhoramento de acordo com a invenção é caracterizado pelo fato de a ferramenta de registro de sondagem ser adaptada para realizar um modo de vigília de consumo mínimo de potência, com uma função de obtenção de armazenagem de dados que é desabilitada, e o computador é adaptado para transmitir um sinal de despertar furo abaixo, para habilitar a função de obtenção e armazenagem de dados da ferramenta de registro de sondagem.
De maneira contrária ao sistema de registro conhecido da US 5.589.825, a ferramenta de registro de sondagem é montada na coluna de perfuração antes do início de movimentação da coluna de perfuração furo abaixo e do início da operação de perfuração. Durante perfuração a ferramenta de registro de sondagem é abaixada furo abaixo com a função de obtenção e armazenamento de dados permanecendo em um estado desativado, e a ferramenta de registro de sondagem permanecendo em seu modo de vigília no qual consumo de potência de componentes elétricos da ferramenta de registro de sondagem está em um mínimo marginal, assim apenas descarregando a batería de maneira desprezível. A batería tem uma capacidade suficiente para suportar também períodos de perfuração mais longos. Uma vez que, ao contrário do sistema da ferramenta de registro de sondagem conhecido da 5.589.825, a extremidade furo acima da coluna de perfuração não precisa ser acessível para inserir a ferramenta de registro de sondagem de modo que uma coluna de tubo de perfuração bobinado associada com uma ferramenta de perfuração do conjunto de fundo de furo pode ser utilizada em uma modalidade preferida da invenção.
Se a operação de perfuração é interrompida para a retirada da coluna de perfuração, o computador do nível de superfície transmite um sinal de despertar furo abaixo para a ferramenta de registro de sondagem imediatamente antes que a coluna de perfuração que inclui a ferramenta de registro de sondagem comece a ser movida para fora do furo de poço. O computador do nível de superfície controla ou mede a posição da coluna de perfuração em relação a um ponto de referência do furo de poço, para fornecer uma dependência de tempo ou uma dependência de distância dos dados obtidos e armazenados pela ferramenta de registro de sondagem durante a retirada do furo de poço.
Dependendo dos parâmetros a serem medidos, a ferramenta de registro de sondagem pode compreender dispositivos de medição individuais incluindo, no mínimo, um dispositivo acústico ou um dispositivo ultra-sônico ou um dispositivo infravermelho, ou dispositivo de radiofrequência, mas também um dispositivo táctil, como o um calibre e ou uma câmera para observação ótica, pode sér incluído. Preferivelmente, o dispositivo de medição fornece dados não apenas de maneira contínua ao longo do furo de poço, mas também em azimute ao redor da parede do furo de poço, em uma maneira de 360°, tal que com uma única viagem da ferramenta de registro de sondagem a superfície completa do furo de poço pode ser escaneada.
A ferramenta de registro de sondagem é preferivelmente adaptada para obter dados para avaliar as condições de parede do furo de poço, em particular para avaliar a condição de um revestimento, por exemplo, um revestimento de metal cimentado no furo de poço, e a ligação do cimento na coroa circular atrás do revestimento. Ferramentas de registro para inspeção de revestimento capazes de registrar a espessura e integridade do revestimento, e extensão de corrosão que o revestimento tenha sofrido, são conhecidas. Assim, é conhecido avaliar a espessura do revestimento e outros parâmetros por meio de técnicas acústicas, elétricas ou mecânicas. Ferramentas de registro que fornecem uma representação da integridade do cimento, em particular se o cimento adere de maneira sólida ao exterior do revestimento, também são conhecidas. Tipicamente, estas ferramentas são de um tipo sônico. Ferramentas de registro de ressonância magnética também podem ser utilizadas para avaliar o revestimento e o cimento. Estas tecnologias utilizam uma seqüência de pulsos que são enviados a partir de uma unidade transmissor-receptor, enquanto a onda refletida é registrada.
Em uma modalidade preferida, a ferramenta de registro de sondagem compreende um centralizador para guiar a ferramenta de registro de sondagem coaxial com o furo de poço, para melhorar a precisão de medição.
O sinal de despertar enviado pelo computador no nível de superfície para ativar a ferramenta de registro de sondagem imediatamente antes da operação de retirada é um simples sinal de pulso, que compreende, no mínimo, um pulso, preferivelmente uma série predeterminada de pulsos, que são enviados por meio de um sistema de pulso de lama através do fluido de perfuração (lama) utilizado durante a operação de perfuração. Adicionalmente ou altemativamente, um sinal de pulso acústico ou elétrico pode ser transmitido através dos tubos de metal da coluna de perfuração. Também o acústico ou elétrico pode consistir de um único pulso, ou preferivelmente de uma seqüência predeterminada de pulsos. A ferramenta de registro de sondagem compreende um receptor que responde ao sinal de pulso e ativa a função de obtenção e armazenamento de dados em resposta à detecção do sinal de pulso que define o sinal de despertar.
A ferramenta de registro de sondagem, preferivelmente, é montada na coluna de perfuração adjacente à ferramenta de perfuração e, além disto, preferivelmente está na forma de uma seção de tubo de perfuração montada de maneira destacável na coluna de perfuração. A ferramenta de registro de sondagem tem um canal transpassante que guia o escoamento de fluido de perfuração para a ferramenta de perfuração.
Em uma modalidade preferida, a ferramenta de registro de sondagem é uma unidade modular que compreende, no mínimo, um módulo de sensoriamento e um módulo de bateria. A memória preferivelmente é parte do módulo de bateria, de tal modo que o módulo de bateria que inclui a memória pode ser destacado da ferramenta de registro de sondagem para transmitir os dados armazenados na memória para o computador no nível da superfície.
A invenção ainda é relativa um método para avaliar um furo de poço durante perfuração, que compreende as etapas de:
- montar uma ferramenta de registro de sondagem a uma coluna de perfuração que tem uma ferramenta de perfuração, no qual a ferramenta de registro de sondagem tem uma função para obter e armazenar dados sensoriados dentro do furo de poço,
- comandar a ferramenta de registro de sondagem para um modo de vigília de consumo mínimo de potência para desabilitar a função de obtenção e armazenamento de dados,
- mover a coluna de perfuração incluindo a ferramenta de registro de sondagem em seu modo de vigília furo abaixo durante perfuração o furo de poço,
- interromper a perfuração do furo de poço e transmitir um sinal de despertar furo abaixo para a ferramenta de registro de sondagem a partir de um computador posicionado em um nível da superfície do furo de poço, para habilitar a função de obtenção e armazenamento de dados da ferramenta de registro de sondagem;
- retirar a coluna de perfuração incluindo a ferramenta de registro de sondagem habilitada do furo de poço, enquanto a ferramenta de registro de sondagem está obtendo e armazenando dados sensoriados dentro do furo de poço, e
- transmitir os dados armazenados na ferramenta de registro de sondagem para o computador depois que a ferramenta de registro de sondagem tenha alcançado o nível da superfície do furo de poço.
Preferivelmente, o método é realizado por meio de um aparelho de acordo com a invenção, como explicado acima.
No que segue a invenção será descrita com referência ao desenho que acompanha, o qual mostra uma modalidade preferida de um aparelho para avaliar um revestimento de um furo de poço e/ou cimento em uma coroa circular atrás do revestimento.
A figura la mostra uma seção através de um furo de poço com o aparelho perfurando o furo de poço;
A figura lb mostra o aparelho durante uma operação de retirada em uma seção encamisada do furo de poço; e
A figura lc mostra o aparelho acima do nível da superfície do furo de poço.
A figura la mostra uma coluna de tubo de perfuração 1 com uma ferramenta de perfuração 3 em sua extremidade furo abaixo, durante perfuração um furo de poço 5 para o interior de uma formação 7. A coluna de tubo de perfuração em 1 pode consistir de uma pluralidade de peças tubulares, mas também pode estar na forma de uma tubulação bobinada. A ferramenta de perfuração 3 pode ser na forma de uma broca de perfuração, porém a broca de perfuração preferivelmente está associada a um conjunto de fundo de furo 9, para fornecer perfuração com acionamento rotacional e/ou direcional. Fluido de perfuração, ou lama, é circulado furo abaixo até a ferramenta de perfuração 3, através da coluna de tubo de perfuração 1 e furo acima através da coroa circular 10 entre a coluna de tubo de perfuração 1 e o furo de poço 5. Adjacente ao conjunto de fundo de furo 9, uma ferramenta de registro de sondagem 11 é presa à coluna de tubo de perfuração 1. A ferramenta de registro de sondagem 11 forma uma unidade que conecta mecanicamente o conjunto fundo de furo 9 à coluna de tubo de perfuração 1, e tem um canal transpassante 13 que guia o fluido de perfuração a partir da coluna de tubo de perfuração 1 para a ferramenta de perfuração 3.
Como pode ser mais bem visto da figura lb, a ferramenta de registro de sondagem 11 é adaptada para avaliar um revestimento tubular 15 que é cimentado por cimento 17 fornecido na coroa circular atrás do revestimento 15 para o fiiro de poço 5. Adicionalmente ou altemativamente, a ferramenta de registro de sondagem 11 pode ser adaptada para avaliar a ligação do cimento 17 ao revestimento 15. Para sensoriar corrosão ou outros defeitos do revestimento 15, ou a integridade do cimento 17, a ferramenta de registro de sondagem 11 compreende uma unidade de sensoriamento 19 capaz de avaliar propriedades físicas do revestimento 15 e do cimento 17. Por exemplo, a unidade de sensoriamento 19 determina a espessura e integridade do revestimento 15 e a extensão de corrosão. Além disto, ela avalia se o cimento 17 adere de maneira sólida ao exterior do revestimento 15 ou contém porções ocas. Como explicado abaixo, a unidade de sensoriamento 19 mede os parâmetros físicos de maneira contínua ao longo do furo de poço 5 enquanto a ferramenta de registro de sondagem 11 está movendo para fora do furo de poço 5. Além disto, a unidade de sensoriamento 19 sensoria os parâmetros físicos de maneira contínua em azimute, por exemplo, ao redor de 360 °, e assim escaneia todo o corpo do revestimento 15 e/ou do cimento 17.
Na modalidade preferida mostrada no desenho, a unidade de sensoriamento 19 compreende um transmissor-receptor que transmite de maneira periódica um sinal de pulso como indicado em 21 na figura lb de uma onda supersônica ou uma onda eletro-magnética que é refletida pelo revestimento 15 e/ou o cimento 17. A onda refletida é recebida pelo transmissor-receptor da unidade de sensoriamento 19 e é armazenado em uma memória 23 de uma unidade de comunicação 25 da ferramenta de registro de sondagem 11. A unidade de comunicação 25 é um dispositivo eletrônico e inclui uma bateria 27 como um suprimento de potência para a unidade de comunicação 25 e a unidade de sensoriamento 19.
Para melhorar a precisão da medição da unidade de sensoriamento 19, a ferramenta de registro de sondagem 11 é dotada de um centralizador 29 que guia a ferramenta de registro de sondagem 11 de maneira coaxial em relação ao revestimento 15.
A unidade de comunicação 25 incluindo a memória 23 bem como a unidade de sensoriamento 19, são capazes de serem operadas em um modo de vigília, no qual o consumo de potência dos componentes eletrônicos está em um mínimo marginal, e no qual a função de sensoriamento e armazenagem de dados da unidade de sensoriamento 19 e a memória 23 estão desabilitadas, isto é, desativadas. A unidade de comunicação 25 é adaptada para receber um sinal de despertar gerado por um gerador de pulso de lama 33 em resposta a um comando do computador 31. O sinal de pulso de lama é transmitido através de fluido de perfuração alimentado através da coluna de tubo de perfuração 1 para a ferramenta de perfuração 3. O sinal de despertar compreende, no mínimo um pulso, preferivelmente uma seqüência predeterminada de pulsos, que é reconhecida pela unidade de comunicação 25 para ativar ou comutar ligada a função de sensoriamento e armazenagem da ferramenta de registro de sondagem 11.
Antes de começar a operação de perfuração, o computador 31 comuta a ferramenta de registro de sondagem 11 para o modo de vigília, e daí em diante o furo de poço 5 é perfurado até uma profundidade desejada (seta 35). Depois de ter interrompido a perfuração e logo antes de iniciar a retirar a coluna de tubo de perfuração 1 do furo de poço 5, o computador 31 comanda o gerador de pulso de lama 33 para transmitir o sinal de despertar para a unidade de comunicação 25, para ativar a função de sensoriar e armazenar da ferramenta de registro de sondagem 11. Enquanto a coluna de tubo de perfuração 1 e a ferramenta de registro de sondagem 11 são movidas continuamente para fora do furo de poço 5 (seta 37 na figura lb), a memória 23 armazena dados de maneira contínua fornecidos pela unidade de sensoriamento 19. O computador 31 mede a posição da ferramenta de registro de sondagem 11 em relação a um ponto de referência do furo de poço 5 através da medição da posição da coluna de tubo de perfuração 1, ou do intervalo de tempo decorrido desde o início do movimento de retirada, para fornecer um registro contínuo dos parâmetros físicos do revestimento 15 e/ou do cimento 17. Deve ser observado que nenhum dado é transmitido para o computador 31a partir da unidade de comunicação 25 durante a operação de retirada. Depois que a ferramenta de registro de sondagem 11 tenha alcançado o nível da superfície do computador 31, um enlace de comunicação 39, por exemplo, na forma de um cabo é estabelecido entre a unidade de comunicação 25 e o computador 31, para ler dados armazenados a partir da memória 23. O computador 31 avalia o revestimento 15 e o cimento 17 dependendo dos dados assim obtidos.
Na modalidade explicada acima, o sinal de despertar é transmitido na forma de um sinal de pulso de lama. Altemativamente ou adicionalmente, um sinal de despertar acústico ou elétrico pode ser transmitido através do corpo de metal da coluna de tubo de perfuração 1.
A ferramenta de registro de sondagem 11 é uma construção modular que compreende, no mínimo, um módulo de sensoriamento e um módulo de bateria para permitir substituição, por exemplo, da unidade de sensoriamento 19 por outro tipo de unidade de sensoriamento, por exemplo, uma unidade de sensoriamento do tipo calibre. O módulo de bateria permite substituição rápida de uma bateria descarregada. Adicionalmente, a unidade de comunicação 25 incluindo a memória 23, também forma um módulo ao qual o módulo de bateria pode ser ligado. A ferramenta de registro de sondagem 11 por si mesma é montada de maneira destacável à coluna de tubo de perfuração 1.