BRPI1013263B1 - sistema para uso durante perfuração de um furo de sondagem, e, método para facilitar a comunicação durante perfuração - Google Patents
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Abstract
SISTEMA PARA USO DURANTE PERFURAÇÃO DE UM FURO DE SONDAGEM, MÉTODO PARA FACILITAR A COMUNICAÇÃO DURANTE PERFURAÇÃO, SISTEMA, E, MÉTODO. Uma técnica facilita a perfuração de um furo de poço pelo aumento da habilidade de retransmitir dados. O sistema compreende um conector de desgaste designado a conectar uma unidade de acionamento de topo com um tubo de perfuração cabeado requerendo modificações da unidade de acionamento de topo. O conector de desgaste compreende um pacote de componentes eletrônicos, e uma antena acoplados a um mandril de conector de desgaste.
Description
[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Não-Provisional US N.° de Série 12/397.983, depositado em 4 de março de 2009 e intitulado "System and Method of Using A Saver Sub In A Drilling System."
[002] A presente descrição se refere geralmente a um conector de desgaste e um sistema e um método para uso de um conector de desgaste em um sistema de perfuração.
[003] A figura 1 ilustra um típico sistema de perfuração 300 para uso em perfuração para recuperar depósitos de petróleo e gás dentro da Terra. O sistema 300 é um aparelho baseada em terra, todavia, os princípios e equipamento descritos aqui podem também se aplicar a uma aparelho fora da costa usada para perfurar a crosta da Terra abaixo do oceano ou outros corpos de água. O sistema 300 inclui um aparelho 301 a partir da qual uma coluna de perfuração 304 é suspensa em um furo de poço 302. Uma broca de perfuração 306 na extremidade inferior da coluna de perfuração 304 é usada para perfurar furo de poço 302. Os sistemas de superfície podem incluir um gancho 312 para suspender pelo menos uma porção do peso da coluna de perfuração 304, bem como uma articulação giratória 314, que permite à coluna de perfuração girar em relação ao gancho 312. Uma mesa rotativa 308 pode ser usada para girar a coluna de perfuração 304. Outro sistema para girar a coluna de perfuração 304 é chamado um "acionamento de topo" sistema, que pode ser usado em lugar de uma mesa rotativa.
[004] A coluna de perfuração 304 é tipicamente composta de várias seções de tubo de perfuração 338 conectadas juntas, extremidade-com- extremidade, para formar a coluna de perfuração 304. Na extremidade inferior, a coluna de perfuração 304 inclui um conjunto de fundo de furo ("BHA") 326 e uma broca de perfuração 306. O BHA 326 compreende sensores e outro equipamento para coletar dados relacionados à direção e inclinação do conjunto de fundo de furo, dados de pressão e temperatura, e dados da propriedade da formação, tais como porosidade, permeabilidade, resistividade, densidade, teor de hidrogênio, e outras propriedades do furo abaixo. Os sensores podem fazer parte das ferramentas de medição-durante- perfuração ("MWD") ou perfilagem-durante-perfuração ("LWD") utilizadas no BHA 326.
[005] O sistema 300 também inclui um computador de superfície 332 que pode ser usado para qualquer número de finalidades. Por exemplo, o computador de superfície 332 pode ser usado para armazenar e/ou interpretar sinais recebidos a partir do BHA 326 ou para controlar o equipamento. O confiável transporte de dados e/ou energia ao longo de uma coluna de perfuração tem se tornado um aspecto crescentemente importante de operações de perfuração de furo de poço.
[006] Inúmeros tipos de sistemas de telemetria são comumente usados em conexão com sistema de MWD e LWD para comunicar-se com o computador de superfície 332. Por exemplo, sistemas de telemetria de pulsos de lama usam ondas acústicas moduladas em um fluido de perfuração para transportar dados ou informação entre o BHA 326 e o computador de superfície 332. Todavia, sistemas de telemetria de pulsos de lama têm uma taxa de transmissão de dados relativamente baixa de cerca de 0,5-12 bits/segundo e, assim, limitam substancialmente a quantidade de informação que pode ser transportada em tempo real e, como um resultado, limitam a capacidade de uma empresa de petróleo de otimizar suas operações de perfuração em tempo real. Outros sistemas de telemetria, tais como telemetria eletromagnética (EM) via vias de trajetos da subsuperfície da terra e telemetria acústica através de tubo de perfuração foram empregados. Esses outros sistemas de telemetria também provêem uma taxa de dados relativamente baixa que pode limitar a capacidade de uma empresa de petróleo empregar sofisticado processamento de dados em tempo real para otimizar suas operações de perfuração.
[007] Tubo de perfuração cabeado é uma tecnologia emergente que pode ser usada para prover comunicação e distribuição de energia para o BHA 326 e através de todo o sistema de perfuração. Por exemplo, tubo de perfuração cabeado pode ser usado para transmitir dados a partir do dispositivo de medição no BHA 326 para o computador de superfície 332. Em outros exemplos, tubo de perfuração cabeado pode ser usado para transmitir dados ou instruções de um sistema de furo ascendente para o BHA 326. Além disso, tubo de perfuração cabeado pode prover comunicações para e de sensores ou outros componentes eletrônicos posicionados em pontos ao longo da coluna de perfuração.
[008] Em contraste com os sistemas de telemetria por pulso e eletromagnético de lama, um sistema de tubo de perfuração cabeado pode transportar dados a uma taxa relativamente alta ao longo do comprimento da coluna de perfuração. Um exemplo de um sistema de tubo de perfuração cabeado 200 é mostrado na figura 2, que ilustra três seções de tubo interconectadas 201a, 201b, 201c. A seção de tubo superior 201a é conectada à seção de tubo central 201c por meio da conjugação da extremidade de pino 221a da seção superior 201a com a extremidade de caixa 210c da seção de tubo central 201c. Igualmente, a seção de tubo central 201c é conectada com a seção de tubo inferior 201b pela conjugação da seção de pino 220 da seção de tubo central 201c com a extremidade de caixa 210b da seção de tubo inferior 201b. Desta maneira, a coluna de perfuração 104 pode ser criada por seções de conjugação adjacentes do tubo de perfuração 138.
[009] A seção central 201c inclui um acoplador comunicativo 211 na extremidade de caixa 210c da seção de tubo 201c. quando a seção de tubo superior 201a e a seção de tubo central 201c são conectadas, o acoplador comunicativo 211 na seção de tubo central 201c é localizada próxima a um acoplador comunicativo 221a na extremidade de caixa 220a da seção de tubo superior 201a. Igualmente, um acoplador comunicativo 221 na extremidade de pino 220 da seção de tubo central 201c pode estar próximo a um acoplador comunicativo 211b na extremidade de caixa 210b da seção de tubo inferior 201b.
[0010] Um cabo 202 na seção de tubo central 201c transpõe o comprimento da seção de tubo 201c e é conectado a cada acoplador de comunicação 211, 221. Por conseguinte, dado e/ou energia transferidos para e a partir da seção de tubo 201a e 201b podem ser transmitidos através do cabo para o acoplador comunicativo 211, 221 na extremidade oposta da seção de tubo 201a, 201b, onde ele pode ser transferido então para a próxima seção de tubo adjacente. Os acopladores comunicativos 211, 221 podem ser qualquer tipo de acopladores que permitem a transferência de dados e/ou energia entre seções de tubo. Tais acopladores incluem contatos diretos ou galvânicos, acopladores indutivos, acopladores de corrente, e acopladores ópticos, entre outros.
[0011] Um exemplo de um tubo de perfuração cabeado é descrito na Patente US 3.696.332, concedida a Dickson, Jr., et al., que expõe um tubo de perfuração com anéis de contato isolados, posicionados no ressalto em ambas as extremidades do tubo. Os anéis de contato no segmento único de tubo são conectados por um cabo condutor que transpõe o comprimento do tubo. Quando um segmento de tubo de perfuração é feito com um segmento de união de tubo, o anel de contato no primeiro segmento de tubo faz contato com um contato correspondente na seção de tubo adjacente.
[0012] Quando um sistema de tubo de perfuração cabeado é usado, é necessário ter uma ligação de comunicação entre o tubo de perfuração cabeado o mais superior e o computador de superfície 132, (que, inter alia, tipicamente realiza uma ou mais das seguintes funções: recepção e/ou envio de dados, informação de perfilagem, e/ou informação de controle para e/ou a partir do equipamento de furo abaixo e equipamento de superfície, realizando computações e análises, e se comunicando com operadores e com locais remotos). Todavia, com as técnicas existentes, o sistema de acionamento de topo deve ser modificado ou conectores de desgaste especiais devem ser incluídos na coluna de perfuração e tais modificações podem estorvar significantemente as operações de perfuração normais.
[0013] A presente descrição, portanto, fornece um conector de desgaste aperfeiçoado que pode ser preso à coluna de perfuração, ou cabeado ou não cabeado, para melhorar operações de perfuração. O conector de desgaste pode alojar componentes eletrônicos, uma ou mais fontes de energia, e/ou uma ou mais antenas para transferir dados para o computador de superfície ou outros sistemas de processamento de dados ou de armazenamento.
[0014] Certas modalidades da descrição serão descritas doravante com referência aos desenhos anexos, nos quais os mesmos números de referência denotam os mesmos elementos, e: a figura 1 é uma vista frontal esquemática da técnica anterior de um sistema de perfuração para uso em perfuração de um furo de poço, de acordo com uma modalidade da presente descrição; a figura 2 é uma ilustração de um tubo de perfuração cabeado da técnica anterior que pode ser usado em uma modalidade da presente descrição; a figura 3 é uma vista frontal esquemática de um sistema de perfuração para uso em perfuração de um furo de poço, de acordo com uma modalidade da presente descrição; a figura 4 é uma vista de seção transversal de um exemplo de um conector de desgaste para uso no sistema de perfuração ilustrado na figura 3, de acordo com uma modalidade da presente descrição; a figura 5 é uma vista frontal de outro exemplo de um conector de desgaste para uso no sistema de perfuração ilustrado na figura 3, de acordo com uma modalidade da presente descrição: a figura 6 é uma vista ortogonal de outro exemplo de um conector de desgaste para uso no sistema de perfuração ilustrado na figura 3, de acordo com uma modalidade da presente descrição; a figura 7 é uma vista de seção transversal de outro exemplo de um conector de desgaste para uso no sistema de perfuração ilustrado na figura 3, de acordo com uma modalidade da presente descrição; a figura 8 é uma vista de seção transversal tomada geralmente ao longo da linha 8-8 da figura 7, de acordo com uma modalidade da presente descrição; a figura 9 é uma vista de seção transversal de outro exemplo de um conector de desgaste para uso no sistema de perfuração ilustrado na figura 3, de acordo com uma modalidade da presente descrição; a figura 10 é uma vista de seção transversal de outro exemplo de um conector de desgaste para uso no sistema de perfuração ilustrado na figura 3, de acordo com uma modalidade da presente descrição; e a figura 11 é uma vista de seção transversal de outro exemplo de um conector de desgaste para uso no sistema de perfuração ilustrado na figura 3, de acordo com uma modalidade da presente descrição a figura 12 ilustra uma antena que pode ser usada em uma modalidade da presente descrição.
[0015] Na seguinte descrição, inúmeros detalhes são descritos para prover um entendimento da presente descrição. Todavia, será entendido por aquele de conhecimento comum na técnica que a presente descrição pode ser praticada sem esses detalhes e que inúmeras variações, combinações ou modificações das modalidades descritas podem ser possíveis. Nos desenhos e descrição que seguem, as mesmas partes são tipicamente marcadas através de toda descrição e desenhos com os mesmos números de referência. As figuras do desenho não estão necessariamente em escala. Certas características da descrição podem estar mostradas exageradas em escala, ou em forma algo esquemática e alguns detalhes dos elementos convencionais podem não ser mostrados no interesse de clareza e concisão.
[0016] Na seguinte discussão e nas reivindicações, os termos "incluindo" e "compreendendo" são usados de uma maneira aberta, e, assim, devem ser interpretados para significar "incluindo, mas não limitado a...". A menos que especificado ao contrário, qualquer uso de qualquer forma dos termos "conectar", "engatar", "acoplar", "afixar", ou qualquer outro termo que descreve uma interação entre elementos não é destinada da limitar a interação à interação direta entre os elementos e pode também incluir a interação indireta entre os elementos descritos. Os termos "tubo," "membro tubular," "carcaça" e similar, quando usados aqui, devem incluir tubulação e outros objetos geralmente cilíndricos.
[0017] A presente descrição será agora ser descrita com referência às figuras 3 a 12. Todavia, embora modalidades da presente descrição sejam descritas para uso com tubo de perfuração cabeado, deve ficar claro que a presente descrição pode ser usada com tubos de perfuração não cabeados. Portanto, a presente descrição não deve ser limitada a qualquer das modalidades descritas ou ilustradas nos desenhos e é coberta pelas reivindicações anexas até a máxima extensão possível.
[0018] A presente descrição geralmente se refere a um aparelho, um sistema e um método para facilitar comunicação de sinais entre um sistema de controle e a coluna de perfuração, tal como um sistema de tubo de perfuração cabeado. Com referência geralmente à figura 3, um exemplo de um sistema de poço 20 é ilustrado de acordo com uma modalidade da presente descrição. Nesta modalidade, o sistema de poço 20 é um sistema de perfuração mostrado de forma explodida e compreendendo um acionamento de topo 22 conectado em uma coluna de perfuração 24 por um conector de desgaste 26. A coluna de perfuração 24 pode ser uma coluna de perfuração cabeada e pode compreender uma pluralidade de juntas de tubo de perfuração 28, tai como tubo de perfuração cabeado, conectado por conectores repetidores 30, quando necessário, para receber e amplificar um sinal fluindo ao longo da coluna de perfuração cabeada 24.
[0019] Um conjunto de fundo de furo ("BHA") 32 pode ser conectado na ou adjacente a uma extremidade da coluna de perfuração 24. O conjunto de fundo de furo 32 pode consistir de uma variedade de componentes dependendo da operação de perfuração particular a ser realizada. Um exemplo não limitativo inclui uma broca de perfuração 38 e um conjunto sensor 34 que pode incluir um sistema de medição-durante-perfuração ("MWD") e/ou um sistema de perfilagem-durante-perfuração ("LWD") e/ou outros sensores. O conjunto sensor 34 pode ser conectado à junta a mais inferior do tubo de perfuração 28 por um conector de interface 36. A broca de perfuração 38 pode ser conectada a um motor de fundo de furo opcional 40. A broca de perfuração 38 pode ser girada para formar um furo de poço 42 na formação subterrânea 44. Deve ser notado que componentes adicionais e/ou alternativos podem ser usados na construção da coluna de perfuração 24, dependendo do ambiente e parâmetros de operação relacionados à perfuração do furo de poço 42. Por exemplo, estabilizadores, calços, alargadores, e outras ferramentas de perfuração, relacionadas à perfuração, podem ser usadas.
[0020] Sinais podem ser transmitidos ou comunicados de outra maneira ao longo das juntas do tubo de perfuração 28 e podem ser captado e amplificados em cada conector repetidor 30. Por exemplo, medições de sensor a partir do conjunto sensor 34 podem ser codificadas e transferidas ao longo da coluna de perfuração 24 via os conector de interface 36. Os sinais podem ser recebidos pelo conector de desgaste 26 e podem ser transferidos para um sistema de controle 46, tal como um sistema de processamento baseado em computador. A título de exemplo, os sinais podem ser processos para transferir ao conector de desgaste 26 e transmitido para o sistema de controle 46. Em uma modalidade, os sinais podem ser transmitidos do conector de desgaste 26 para o sistema de controle 46 via sem fio, por exemplo, sinais de radiofreqüência. O sistema de controle 46 pode compreender uma antena 48 para receber os sinais. O sistema de controle 46 pode demodular e processar os sinais. O sistema de controle 46 e o conector de desgaste 26 podem ser capazes de comunicação de duas vias. A comunicação de duas vias permite a transferência dos sinais tanto para de furo descendente quando furo ascendente. Por exemplo, sinais de controle, medições, e outra informação podem ser enviados do furo descendente para o conjunto sensor 34, tais como ferramentas de LWD ou MWD.
[0021] O conector de desgaste 26 pode ser capaz de suportar a carga inteira e torque no topo da coluna de perfuração 24. Uma modalidade do conector de desgaste 26 é ilustrado na seção transversal na figura 4 como compreendendo um mandril 50 tendo uma passagem de fluxo interna 52 que se estende geralmente axialmente através do mandril 50 de uma extremidade de conexão superior 54 para uma extremidade de conexão inferior 56. A passagem de fluxo interna 52 é dimensionada para permitir o fluxo de lama de perfuração sob alta pressão. A extremidade de conexão superior 54 é dimensionada e conformada para conexão ao acionamento de topo 22 e pode compreender uma região rosqueada 58 para o engate rosqueado com o acionamento de topo 22. A extremidade de conexão inferior 56 é dimensionada e conformada para a conexão à coluna de perfuração 24 e pode compreender uma região rosqueada 60 para o engate rosqueado com a coluna de perfuração 24.
[0022] O mandril 50 pode ter uma região rebaixada 62, tal como uma região radialmente rebaixada, que se estende em torno de uma seção de corpo 64 do mandril 50 entre as extremidades 54 e 56. Na modalidade ilustrada, os componentes eletrônicos 66 e uma ou mais baterias 68 podem ser posicionadas na região rebaixada 62. Os componentes eletrônicos 66 podem ser usada para conduzir e/ou processar sinais transmitidos ao longo da coluna de perfuração 24, como entre a coluna de perfuração 24 e o sistema de controle 46. As baterias 68 podem ser usadas para energizar o componentes eletrônicos 66. Os componentes eletrônicos 66 podem estar em comunicação com uma ou mais antenas de conector de desgaste 70 que permitem a transferência de dados sem fio para a, ou a partir da, antena 48 do sistema de controle 46.
[0023] A antena de conector de desgaste 70 pode ser qualquer antena capaz de transmitir um sinal desde um primeiro local para um segundo local. Por exemplo, a antena de conector de desgaste 70 pode também compreender uma ou mais antenas descritas na Publicação de Patente US N.° 200710030167, cedida para o mesmo cedente do que o presente pedido, que é aqui incorporada para referência em sua totalidade. Todavia, devido às restrições físicas e ambientais de um conector de desgaste de acionamento de topo, uma antena normal laminar, de cabo ou parabólica pode ser demasiadamente grande e causar problemas de confiabilidade ou operacionais quando instalada sobre o conector de desgaste 26.
[0024] Em uma modalidade, a antena de conector de desgaste 70 pode ser uma antena de micro-tira 700, como mostrado na figura 12. A antena de micro-tira 700 pode compreender duas ou mais antenas laminares ou segmentos 702, 704, 706. As antenas laminares ou segmentos 702, 704, 706 podem ser unidos pelo uso de linhas de micro-tira. A antena de micro-tira 700 pode ser embutida em trilhas condutoras, por exemplo, à base de cobre, à base de ouro ou qualquer outro material condutor, e pode ser posicionada em uma placa de circuito impresso ou outro substrato. A antena de micro-tira 700 pode ser sintonizada em uma freqüência de comunicação predeterminada pelo padrão, comprimento e largura das trilhas ou por outros métodos, como será apreciado por aqueles que têm conhecimento comum na técnica.
[0025] A antena de micro-tira 700 (bem como as outras antenas descritas aqui) podem permitir a transmissão e a recepção em substancialmente, senão em todas as direções, tal como cobertura de 360 graus com relação ao conector de desgaste 26. Em um tal caso, a antena de conector de desgaste 70 pode prover comunicação mesmo se o conector de desgaste 26 está girando ou movido de outra maneira. A antena de micro-tira 700 pode ser particularmente vantajosa devido a seu baixo perfil inerente e pode ser posicionada dentro do diâmetro externo do conector de desgaste 26. A antena de micro-tira 700 pode ter um formato curvo e/ou pode ser substancialmente similar em formato ao diâmetro externo do conector de desgaste 26. O baixo perfil pode permitir instalação no conector de desgaste 26 sem afetar a integridade mecânica do conector de desgaste 26. Adicionalmente, o baixo perfil permite a proteção da antena de micro-tira 700 durante transporte, instalação e uso. Por exemplo, a antena de micro-tira 700 pode ser instalada no conector de desgaste 26 de forma que a antena de micro-tira 700 é mantida abaixo da superfície do conector de desgaste 26, tal como pelo posicionamento da antena de conector de desgaste 70 dentro ou próxima ao mandril 50 ou à região rebaixada 62 do conector de desgaste 26. Naturalmente, como a antena de micro-tira 700 é um exemplo da antena de conector de desgaste 70, a antena de micro-tira 700 pode ser posicionada em qualquer dos locais descritos com relação à antena de conector de desgaste 70.
[0026] Na modalidade ilustrada, os componentes eletrônicos 66 e as baterias 68 são montados ou presos de outra maneira em um invólucro 72 que pode ser removivelmente montado na região rebaixada 62. O invólucro removível72 permite instalação do conector de desgaste 26 no acionamento de topo 22 sem criar o potencial para danificar os componentes eletrônicos 66 e/ou as baterias 68 quando o mandril 50 é preso ao acionamento de topo 22, como pelo uso de lingüetas para fixar e torque do mandril 50 no acionamento de topo 22. O invólucro 72 contendo os componentes eletrônicos 66 e as baterias 68 pode ser instalado na região rebaixada 62 do mandril 50 para permitir comunicações ao longo da coluna de perfuração 24.
[0027] O conector de desgaste 26 pode incluir contatos 74, tais como contatos elétricos que podem ser na forma de contatos diretos, contatos toroidais, contatos indutivos ou outros contatos apropriados. Os contatos 74 podem ser posicionados na seção de corpo 64 em um local apropriado para cooperação com correspondentes contatos 76 do invólucro 72. O engate dos contatos 74 e 76 permite comunicação entre o componentes eletrônicos 66 e, por exemplo, coluna de perfuração cabeada 24/antena 70 quando invólucro 72 é instalado na região rebaixada 62.
[0028] No exemplo ilustrado, o conector de desgaste 26 compreende um contato de extremidade de conexão 78, tal como um contato elétrico, posicionado e designado para formar uma ligação de comunicação com a coluna de perfuração cabeada 24 quando um tubo de perfuração 28 é conectado com conector de desgaste 26. Por exemplo, o contato de extremidade de conexão 78 pode compreender um contato elétrico que estabelece a comunicação elétrica com um correspondente contato elétrico na junta de tubo de perfuração cabeado quando rosqueadamente engatado com o conector de desgaste 26. Como ilustrado, uma passagem 80 pode ser formada através do mandril 50 para proteger a linha de comunicação 82, por exemplo, um ou mais fios condutores, que se estende entre o contato de extremidade de conexão 78 e o correspondente contato 74. Em algumas aplicações, um conector de anteparo de pressão multi-pino 84 pode ser posicionado dentro da passagem 80 entre o contato de extremidade de conexão 78 e o correspondente contato 74. O conector de anteparo 84 pode ser usado para prevenir a transferência de pressão para o espaço anular no caso de a pressão da lama interna obter acesso aos contatos 78. Se o conector de anteparo 84 é empregado, a linha de comunicação 82 efetivamente tem seções separadas que se conectam entre o conector de anteparo 84 e contatos 78, 74, respectivamente.
[0029] O invólucro 72 pode ser afixado ou preso ao mandril 50 por várias técnicas. Por exemplo, o invólucro 72 pode ser apertado, travado, conectado por fixadores separados, ou afixado de outra maneira ao mandril 50. O invólucro 72 também pode compreender ou cooperar com um ou mais vedações 86 que limitam o fluxo de umidade ou outras substâncias para componentes eletrônicos 66 e/ou baterias 68. Por conseguinte, o invólucro 72 permite a rápida e fácil remoção e/ou instalação de componentes eletrônicos e baterias para facilitar uma variedade de operações de procedimento. Como descrito acima, por exemplo, os componentes eletrônicos e baterias podem ser removidas enquanto o conector de desgaste 26 é afixado ou removido do acionamento de topo 22. Adicionalmente, o invólucro 72 é facilmente removido para economizar os componentes eletrônicos 66 e baterias 68 para reutilização quando o mandril 50 do conector de desgaste 261 tornar-se desgastado ou danificado por um grau que requer a substituição, invólucro 72 também permite a utilização dos componentes eletrônicos 66 e baterias 68 em conectores de desgaste novos ou alternativos, o que frequentemente poupa tempo e reduz custo. O invólucro removível facilita ainda a troca oportuna de componentes eletrônicos quando as baterias falham ou devem ser substituídas.
[0030] Na figuras 5 e 6, uma modalidade alternativa do conector de desgaste 26 é ilustrada. Nesta modalidade, invólucro 72 é formado como um invólucro articulado tendo seções de invólucro 88, por exemplo, metades de invólucro, que são conectadas por uma ou mais articulações 90. Nesta modalidade, o contato ou contatos de invólucro 76 podem ser formados como conectores de pino que formam uma conexão elétrica com o um ou mais contatos de mandril 74. Nesta modalidade, o contato ou contatos 74 podem ser formados como correspondentes conectores de pino de forma que os conectores de pino de invólucro 76 podem encaixar nos conectores 74 para estabelecer conexões elétricas com a coluna de perfuração cabeada 24 e a antena de conector de desgaste 70.
[0031] Uma vez quando os conectores de pino são engatados, a(s) seção(ões) de invólucro restante(s) 88 podem ser pivotadas até o invólucro 72 ficar situado totalmente na região rebaixada 62 do mandril 50. Como ilustrado na figura 6, as seções de invólucro 88 podem ser mantidas no local na região rebaixada 62 por uma trava 92. A título de exemplo, a trava 92 pode ser posicionada para se estender a partir de uma seção de invólucro 88 para outra quando as seções de invólucro são pivotadas para uma posição fechada em tomo de mandril 50. A trava 92 facilita ainda a rápida instalação e remoção do invólucro secção 72 para minimizar tempo de inatividade operacional quando, por exemplo, na substituição de componentes eletrônicos defeituosos ou baterias esgotadas. Nesta modalidade, como nas outras modalidades descritas aqui, as baterias 68 podem compreender baterias de uso único ou baterias recarregáveis.
[0032] Em outra modalidade, os componentes eletrônicos 66 e baterias 68 são posicionados em uma ou mais cavidades 94 que se estendem radialmente para dentro da seção de corpo 64, como ilustrado na figura 7. Como também ilustrado pela vista de seção transversal da figura 8, uma pluralidade de cavidades 94 pode ser formada na seção de corpo 64 nas desejadas posições angulares, dependendo da configuração e número de componentes que formam os componentes eletrônicos 66 e baterias 68. Além disso, uma tampa 96 pode ser seletivamente movida para o local sobre as cavidades 94 para proteger os componentes eletrônicos 66 e baterias 68 contra dano. A título de exemplo, tampa 96 pode compreender uma luva cilíndrica 98 que desliza para o local sobre cavidades 94, ou a tampa 96 pode compreender placas individuais que se afixam sobre cada cavidade 94. Uma pluralidade de vedações 100 pode ser usada para vedar a tampa 96 ao mandril 50, impedindo assim que umidade e outras substâncias indesejáveis contactem os componentes eletrônicos e baterias.
[0033] Em outra modalidade, uma seção estendida 102 é adicionada ao mandril 50, como ilustrado na figura 9. A seção estendida 102 é uma seção axialmente estendida que provê uma área de superfície 104 para preensão por lingüetas automáticas durante a fixação e remoção do conector de desgaste 26. A superfície de preensão 104 é separada dos componentes eletrônicos 66 para ajudar a evitar dano, mesmo quando os componentes eletrônicos permanecerem afixados ao mandril 50.
[0034] Com referência geralmente à figura 10, outra modalidade do conector de desgaste 26 é ilustrada. Nesta modalidade, a antena de conector de desgaste 70 é montada no invólucro 72, ao invés de ser montado na seção de corpo 64 de mandril 50. O posicionamento da antena de conector de desgaste 70 sobre o invólucro 72 pode facilitar a conexão elétrica direta da antena 70 aos componentes eletrônicos 66 e permite ainda a fácil remoção da antena quando o invólucro 72 é removido. Como um resultado, o reparo ou substituição da antena 70 é simplificado por permitir a rápida remoção da antena juntamente com o invólucro 72.
[0035] Em outra modalidade, os componentes eletrônicos 66 e baterias 68 podem ser montados sobre um chassi 106 que é removivelmente afixado ao mandril 50. Por exemplo, o chassi 106 pode ser designado para substituição dentro do mandril 50, como ilustrado na figura 11.0 chassi 106 pode utilizar contatos 76 designados para engatar os contatos 74 do mandril 50 e para permitir comunicação tanto com a antena 70 quanto com a coluna de perfuração cabeada 24. A antena 70 também poderia ter uma conexão elétrica dedicada 108. Para permitir o carregamento do chassi 106, este tipo de modalidade pode utilizar uma conexão tipo “Box-up” sobre o conector de desgaste para obter vantagem de um maior furo no conector de desgaste. Uma seção removível 110 do mandril 50 pode ser empregada para permitir a colocação e retenção do chassi 106 dentro de mandril 50. Em uma modalidade, a seção removível 110 também pode compreender a extremidade de conexão superior 54 pela qual o conector de desgaste 26 é afixado ao acionamento de topo 22.
[0036] Geralmente, o sistema de poço 20 pode ser empregado em uma variedade de operações de perfuração de furo de poço e outras aplicações subterrâneas. Nas aplicações de perfuração, a coluna de perfuração cabeada 24 pode ser construída com diferentes tipos de seções de tubo de perfuração cabeado e conectores repetidores. Adicionalmente, o conjunto sensor pode compreender muitos tipos de sensores que são úteis na obtenção de dados relacionados à operação de um equipamento de perfuração, características do furo de poço, características da formação circundante, e outros parâmetros que podem ser úteis na gestão com êxito da operação. Também, os tipos e quantidade de dados transferidos ao longo de coluna de perfuração cabeada 24 e através do conector de desgaste 26 podem variar de uma aplicação para outra. A comunicação entre sistema de controle 46 e conector de desgaste 26 pode ser realizada por sinais de radiofreqüência ou por outras técnicas sem fio. Além disso, o sistema de controle 46 pode ter uma variedade de formas, dependendo dos dados a serem processados. Por exemplo, o sistema de controle 46 pode compreender um sistema de computador baseado em processador, embora o processamento de dados possa ser realizado em um ou mais locais. Em algumas aplicações, uma porção do sistema de controle 46 pode ser localizada no furo descendente e o processamento de dados pode ser realizado pelo menos parcialmente pelos componentes eletrônicos do conector de desgaste 26 ou por outros processadores localizados no equipamento de perfuração. Além disso, a configuração do conector de desgaste pode ser adaptada aos parâmetros físicos do acionamento de topo e da coluna de perfuração bem como às exigências de transferência de dados.
[0037] Em uma modalidade, um conector de desgaste é construído para conectar uma coluna de perfuração cabeada em uma unidade de acionamento de topo. O uso do conector de desgaste pode eliminar a exigência de aplicar torque e remover torque do tubo de perfuração a partir do acionamento de topo quando da adição ou remoção de tubos de perfuração a partir da coluna de perfuração. O conector de desgaste pode impedir dano à extremidade de conexão rosqueada do acionamento de topo pelo deslocamento e estabelecimento e interrompendo conexões com tubos de perfuração para uma extremidade de conexão inferior do conector de desgaste. Por exemplo, o conector de desgaste pode ser conectado diretamente à unidade de acionamento de topo na posição diretamente sob a unidade de acionamento de topo para proteger a extremidade de conexão rosqueada do acionamento de topo. O conector de desgaste pode integrar componentes eletrônicos, uma bateria, e uma antena para permitir a comunicação de sinais entre o sistema de controle e a coluna de perfuração cabeada.
[0038] Pela integração dos componentes eletrônicos, baterias e antena no conector de desgaste, sinais transmitidos através da coluna de perfuração cabeada podem ser transferidos através do conector de desgaste e comunicados para, por exemplo, um sistema de controle ou um sistema de processamento, por exemplo, um sistema de computador de superfície. Dado, tais como sinais de controle, podem ser transferidos do sistema de controle para a coluna cabeada do sistema de perfuração cabeada via o conector de desgaste. Em uma modalidade, a comunicação entre o conector de desgaste e o sistema de controle pode ser realizada via sem fio, por exemplo, RF sinais transmitidos entre as antenas sobre o conector de desgaste e o sistema de controle. Vantajosamente, a integração de componentes eletrônicos, uma ou mais baterias, e uma ou mais antenas no conector de desgaste permite a adição e remoção de juntas de tubo de perfuração cabeado durante a perfuração ou durante a retirada do furo sem requerer a manipulação de outro componente de conector.
[0039] Em uma modalidade, o conector de desgaste pode ser dimensionado para permitir inserção de um suporte do tubo de perfuração sobre o guindaste, tal como pelo uso de elevadores padrão, enquanto admite espaço suficiente para o movimento para cima e para baixo sob o guindaste. Por exemplo, o conector de desgaste pode ser aproximadamente 2-3 pés em comprimento, todavia outros comprimentos podem ser utilizados e podem ser dependentes do tamanho do guindaste, o conector de desgaste pode ser capaz de suportar o peso total da coluna de perfuração e manter uma pressão diferencial, quando requerido, sob as condições de perfuração, por exemplo, 10 kpsi entre um diâmetro interno através do qual um fluxo de lama é conduzido e um diâmetro externo descrito à pressão atmosférica. O conector de desgaste pode ser designado para evitar dano aos componentes eletrônicos, baterias, e antenas quando o conector de desgaste é prendido e submetido a torques por lingüetas automáticas usadas para afixar o conector de desgaste à unidade de acionamento de topo.
[0040] Embora somente poucas modalidades da presente descrição tenham sido descritas em detalhe acima, aqueles de conhecimento comum na técnica apreciarão facilmente que muitas modificações são possíveis sem fugir materialmente dos ensinamentos desta descrição. Por conseguinte, tais modificações são destinadas a serem incluídas no escopo desta descrição como definido nas reivindicações.
Claims (16)
1. Sistema para uso durante a perfuração de um furo de poço, compreende: uma unidade de acionamento de topo (22); uma coluna de perfuração (24) em que pelo menos uma porção da coluna de perfuração compreende uma pluralidade de tubos de perfuração cabeados (28); e um conector de desgaste (26) para conectar a coluna de perfuração (24) à unidade de acionamento de topo (22), em que o conector de desgaste (26) é posicionado na superfície entre a coluna de perfuração (24) e a unidade de acionamento de topo (22) e ainda que o conector de desgaste (26) compreende um mandril (50) tendo uma região rebaixada (62) no mesmo, componentes eletrônicos (66), uma bateria (68) para energizar os componentes eletrônicos, e uma antena (70) para retransmitir e receber dados; e o sistema caracterizado pelo fato de que compreende ainda um invólucro (72) removível montado na região rebaixada (62) do mandril (50), o invólucro (72) compreendendo um mecanismo de encaixe para rápida instalação e remoção do mandril (50), os componentes eletrônicos (66) e a bateria (68) posicionados no invólucro (72), pelo qual os componentes eletrônicos (66) e a bateria (68) são montados de forma removível em pelo menos uma parte do mandril (50).
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conector de desgaste (26) é diretamente conectado à unidade de acionamento de topo (22) e um dos tubos de perfuração cabeados (28).
3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a antena (70) é posicionada dentro de um diâmetro externo do conector de desgaste (26).
4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mandril (50) compreende condutores que conectam eletricamente os componentes eletrônicos (66) em um dos tubos de perfuração cabeados (28) da coluna de perfuração (24).
5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os componentes eletrônicos (66) e a bateria (68) no invólucro (72) são dispostos em bolsos localizados no mandril (50).
6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a antena (70) é disposta no invólucro (72).
7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os componentes eletrônicos (66) e a bateria (68) são montados em um chassi posicionado de forma removível no conector de desgaste (26).
8. Método para facilitar a comunicação durante a perfuração, compreendendo: formar um conector de desgaste (26) com um mandril (50) e uma antena (70) para comunicação sem fio de dados e componentes eletrônicos (66) para facilitar fluxo de dados com relação à antena (70); acoplar um tubo de perfuração cabeado (28) a uma unidade de acionamento de topo (22) através do mandril (50) do conector de desgaste na superfície; e conectar eletricamente os componentes eletrônicos (66) ao tubo de perfuração cabeado (28); caracterizado pelo fato de que na etapa de formar o conector de desgaste (26) é formado tendo um mandril (50) com um recesso radial (62) no mesmo, e montar de forma removível os componentes eletrônicos (66) e uma bateria (68) no mandril (50) do conector de desgaste, colocando os componentes eletrônicos e a bateria em um invólucro (72), o invólucro disposto de forma removível na região recuada (62) do mandril (50) do conector de desgaste, o invólucro (72) compreendendo um mecanismo de fixação para rápida instalação e remoção do mandril (50), e a bateria (68) fornecendo energia aos componentes eletrônicos (66).
9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente comunicar dados entre a antena (70) e um sistema processador de superfície (46).
10. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a antena (70) compreende uma pluralidade de antenas laminares juntas com um ou mais micro-tiras.
11. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o invólucro removível possui seções (88), o método compreendendo conectar as seções do invólucro removível por uma articulação (90).
12. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de montar de forma removível compreende: colocar os componentes eletrônicos (66) e a bateria (68) em pelo menos bolso formado no conector de desgaste (26); e encerrar os componentes eletrônicos (66) e a bateria (68) com uma cobertura.
13. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de montar de forma removível compreende: montar os componentes eletrônicos (66) e a bateria (68) em um chassi; e colocar seletivamente o chassi no conector de desgaste (26).
14. Sistema, compreendendo: um conector de desgaste (26) conectável entre uma unidade de acionamento de topo (22) e um tubo de perfuração cabeado (28) na superfície, o conector de desgaste compreendendo: um mandril (50) tendo uma região rebaixada (62); uma antena (70) montada no mandril (50); caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma bateria (66) sendo montada no mandril (50); e um invólucro (72) disposto removivelmente na região rebaixada (62), o invólucro (72) compreendendo um mecanismo de fixação para rápida instalação e remoção do mandril (50), componentes eletrônicos (66) montados no mandril (50) dentro do invólucro (72), em que pelo menos um da antena (70), a bateria (68), e os componentes eletrônicos (66) é acoplado de forma removível ao mandril (50), e em que os componentes eletrônicos (66) e a bateria (68) são montados no invólucro (72).
15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o invólucro articulado (72) compreende contatos helicoidais (76) que engatam o mandril (50) para permitir comunicação com a antena (70) e o tubo de perfuração cabeado (28).
16. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a antena (70) é montada no invólucro removível (72).
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