MXPA05006330A

MXPA05006330A - Metodo y aparato de perforacion con direccion controlada.

Info

Publication number: MXPA05006330A
Application number: MXPA05006330A
Authority: MX
Inventors: E Maidla Eric
Original assignee: Noble Engineering And Dev Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-08-26
Also published as: CA2509347A1; AU2003303579B2; US20040118608A1; USRE45898E1; USRE47105E1; US6802378B2; AU2003303579A1; WO2004061258A2; USRE46090E1; WO2004061258A3; CA2509347C

Abstract

Un metodo y un sistema para la perforacion con direccion controlada reducen la friccion entre la columna perforadora y la perforacion del pozo. Un motor de perforacion en el fondo de la perforacion es conectado con la superficie por medio de una columna perforadora. El motor de perforacion es orientado en un angulo seleccionado de la cara de la herramienta. La columna perforadora es girada en la posicion de la superficie en una primera direccion hasta una primera magnitud del momento de torsion sin cambiar el angulo de la cara de la herramienta. A continuacion, la columna perforadora es girada en la direccion opuesta hasta que sea alcanzada una segunda magnitud del momento de torsion, una vez mas, sin cambiar el angulo de la cara de la herramienta. La columna perforadora es movida hacia delante y hacia atras, es decir, en un movimiento de vaiven, entre la primera y la segunda magnitudes del momento de torsion.

Description

METODO Y APARATO DE PERFORACION CON DIRECCION CONTROLADA Campo de la Invención La presente invención se refiere, de manera general, al campo de la perforación de pozos petroleros y de gas. De manera más particular, la presente invención se refiere a un método y sistema para la perforación con dirección controlada, en la cual la columna perforadora es girada hacia atrás y hacia adelante, es decir, en un movimiento de vaivén entre las magnitudes seleccionadas del momento de torsión superficial medido sin cambiar el ángulo de la cara de la herramienta, con lo cual se reduce la fricción entre la columna perforadora y la perforación del pozo.

Antecedentes de la Invención Es muy costosa la perforación de pozos de perforación en la tierra, tal como aquellos efectuados en conexión con los pozos petroleros y de gas. Los yacimientos de producción de petróleo y de gas se encuentran normalmente situados a miles de pies por debajo de la superficie de la tierra. En consecuencia, deben perforarse miles de pies de rocas con el fin de alcanzar los yacimientos de producción. Además, muchos pozos son perforados con una dirección controlada, en donde los yacimientos de objetivo pueden estar lateralmente separados miles de pies de la posición de la REF. 164743 superficie del pozo. Por lo tanto, en la perforación con dirección controlada, no solamente debe hacerse una penetración profunda sino también debe perforarse en la distancia lateral de la roca. El costo de la perforación de un pozo está en función principalmente del tiempo. En consecuencia, si fuera alcanzada la posición de penetración deseada con mayor rapidez, tanto en términos de profundidad como de posición lateral, entonces, sería más bajo el costo en la terminación del pozo. Mientras que muchas operaciones son requeridas para las operaciones de perforación y terminado de un pozo, quizás la más importante sea la perforación actual del pozo de perforación. Con el fin de conseguir el tiempo óptimo de terminación de un pozo, es necesario realizar la perforación a una velocidad óptima de penetración y que esta perforación se efectúe en la distancia mínima práctica en la posición de objetivo. La velocidad de penetración está en función de muchos factores, aunque un factor principal es el peso en la barrena o broca. Por lo regular, la perforación con dirección controlada es realizada utilizando una herramienta doblada de perforación de motor de lodos de transmisión auxiliar que es conectada con la superficie por medio de la columna perforadora. Durante la perforación deslizante, la columna perforadora no es girada; más bien, el fluido de perforación que se hace circular a través de la columna perforadora provoca que gire la barrena o broca de la herramienta de perforación del motor de lodos. La dirección de la perforación es determinada por el ángulo de la cara o ángulo azimutal de la barrena o broca de perforación. La información del ángulo de la cara es medida en el fondo de la perforación por una herramienta de dirección. La información del ángulo de la cara es normalmente transmitida desde la herramienta de dirección hacia la superficie utilizando una señalización de impulsos de lodos de un ancho de banda relativamente bajo. La perforadora intenta mantener el ángulo adecuado de la cara mediante la aplicación de un momento de torsión o por medio de las correcciones en el ángulo de la columna perforadora en la misma. Varios problemas en la perforación con dirección controlada son provocados por el hecho que una longitud substancial de la columna perforadora se encuentra en contacto friccional y es soportada por la perforación. Debido a que la columna perforadora no está girando, es difícil superar la fricción. La dificultad para superar la fricción hace difícil que la perforadora aplique un peso suficiente en la broca para conseguir una velocidad óptima de penetración. La columna perforadora presenta una fricción de contacto/deslizamiento, de manera que cuando sea aplicada una cantidad suficiente de peso para superar la fricción, el peso de la perforadora sobre la broca tiende a exceder o pasar con rapidez la magnitud óptima. Además, el momento reactivo de torsión que sería transmitido de la broca a la superficie a través de la columna perforadora, si la perforación fuera recta, sería absorbido por la fricción entre la columna perforadora y la perforación del pozo. Por lo tanto, durante la perforación no existe sustancialmente un momento de torsión o torque reactivo en la superficie. Además, cuando la perforadora aplica las correcciones en el ángulo de la columna perforadora en la superficie en un intento por corregir el ángulo de la cara de la broca, es absorbida una cantidad sustancial del cambio angular debido a la fricción sin cambiar el ángulo de la cara en el modo de contacto/deslizamiento. Cuando sea aplicada una suficiente corrección angular para superar la fricción, el ángulo de la cara podría exceder su ob etivo, con lo cual se requiere que la perforadora aplique una corrección inversa angular. Se conoce que el embrague de fricción entre la columna perforadora y la perforación del pozo puede ser reducido por la oscilación de la columna perforadora hacia atrás y hacia delante entre un primer ángulo y un segundo ángulo. Mediante la oscilación de la columna perforadora, se reduce la fricción de contacto/deslizamiento, con lo cual es más fácil que la perforadora controle el peso sobre la broca y que efectúe las correcciones adecuadas en el ángulo de la cara .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un método y un sistema para la perforación con dirección controlada que reduce la fricción entre la columna perforadora y la perforación de pozo. De acuerdo con la presente invención, un motor de perforación en el fondo de la perforación es conectado con la superficie por medio de una columna perforadora. El motor de perforación es orientado en un ángulo seleccionado de la cara de la herramienta. La columna perforadora es girada en la posición de la superficie en una primera dirección hasta una primera magnitud del momento de torsión sin cambiar el ángulo de la cara de la herramienta. A continuación, la columna perforadora es girada en la dirección opuesta hasta que sea alcanzada una segunda magnitud del momento de torsión, una vez más, sin cambiar el ángulo de la cara de la herramienta. La columna perforadora es movida hacia atrás y hacia adelante en un movimiento de vaivén entre la primera y la segunda magnitudes del momento de torsión.

Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 es una vista en perspectiva del sistema de perforación con dirección controlada. La Figura 2 es un diagrama de bloque de un sistema de control de perforación con dirección controlada de acuerdo con la presente invención.

Descripción de la Modalidad Preferida A continuación, con referencia a las figuras y en primer lugar a la Figura 1, un equipo de perforación o plataforma de sondeo es generalmente designada por el número 11. La plataforma de sondeo 11 en la Figura 1 es representada como una plataforma de tierra. Sin embargo, como será aparente para aquellas personas expertas en la técnica, el método y sistema de la presente invención encontrará una aplicación igual en plataformas de sondeo no terrestres, tal como las plataformas replegables, las plataformas semi-sumergibles, los buques de perforación, y similares. La plataforma de sondeo 11 incluye una torre de perforación 13 que es soportada en el piso por encima del piso de plataforma 15. La plataforma de sondeo 11 incluye un engranaje de elevación, el cual está constituido por un bloque de corona 17 montado en la torre de perforación 13 y un bloque de desplazamiento 19. El bloque de corona 17 y el bloque de desplazamiento 19 son interconectados por un cable 21 que es movido por el torno de sondeo 23 a fin de controlar el movimiento ascendente y descendente del bloque de desplazamiento 19. El bloque de desplazamiento 19 lleva un gancho 25 a partir del cual es suspendida una transmisión superior de movimiento 27. La transmisión superior de movimiento 27 soporta una columna perforadora, que es generalmente designada por el número 31, en la perforación del pozo 33. La transmisión superior de movimiento 27 puede ser operada para girar la columna perforadora 31 en cualquier dirección. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, la columna perforadora 31 es acoplada con la transmisión superior de movimiento 27 a través de una transmisión auxiliar con instrumentos medidores 29. Como será discutido en detalle de aquí en adelante, la transmisión auxiliar superior con instrumentos medidores 29 incluye sensores que proporcionan la información del momento de torsión de la columna perforadora de acuerdo con la presente invención . La columna perforadora 31 incluye una pluralidad de secciones interconectadas de tubería de perforación 35, un montaje inferior de agujero (BHA) 37, el cual incluye estabilizadores, collares de perforación y una serie de medición mientras que los instrumentos de perforación (MWD7 incluyen una herramienta de dirección 51. Como será explicado en mayor detalle de aquí en adelante, la herramienta de dirección 51 proporciona la información del ángulo de la cara de la barrena o broca de acuerdo con la presente invención. Una herramienta doblada de perforación de motor de la transmisión auxiliar de lodos 41 es conectada con la parte inferior del BHA 37. Como es bien conocido por aquellas personas expertas en la técnica, el ángulo de la cara de la broca de la herramienta de perforación 41 se utiliza para controlar el ángulo azimutal y el paso durante la perforación deslizante con dirección controlada. El fluido de perforación es suministrado a la columna perforadora 31 por medio de las bombas de lodos 43 a través de una manguera de lodos 45. Durante la perforación giratoria, la columna perforadora 31 es girada dentro de la perforación del pozo 33 por medio de la transmisión superior de movimiento 27. Como es bien conocido por aquellas personas expertas en la técnica, la transmisión superior de movimiento 27 es montada, en forma deslizante, en los rieles paralelos que se extienden en dirección vertical (no se muestran) para resistir la rotación a medida que el momento de torsión es aplicado en la columna perforadora 31. Durante la perforación deslizante, la columna perforadora 31 es mantenida en el lugar por la transmisión superior de movimiento 27, mientras que la broca es girada por el motor de lodos 41, el cual es suministrado con el fluido de perforación por las bombas de lodos 43. La perforadora puede operar la transmisión superior de movimiento 27 con el fin de cambiar el ángulo de la cara de la broca de la herramienta de perforación 41. Aunque se ilustra una plataforma de sondeo de transmisión superior de movimiento, aquellas personas expertas en la técnica reconocerán que la presente invención también puede ser utilizada en conexión con sistemas en los cuales sean utilizadas una mesa giratoria y una varilla de arrastre para aplicar el momento de torsión en la columna perforadora. Los cortes producidos a medida que la broca perfora la tierra son efectuados en la perforación del pozo 33 por medio de los lodos de perforación suministrados por las bombas de lodos 43. A continuación, con referencia a la Figura 2 , se muestra un diagrama de bloques de un sistema preferido de la presente invención. El sistema de la presente invención incluye una herramienta de dirección 51, la cual produce una señal indicativa del ángulo de la cara de la broca de perforación. Normalmente, la herramienta de dirección 51 utiliza la telemetría de impulsos de lodo para enviar señales hacia un receptor que se encuentra en la superficie (no se muestra) , el cual da salida a una señal digital del ángulo de la cara. No obstante, debido al ancho de banda limitado de la telemetría de impulsos de lodos, la señal del ángulo de la cara es producida a una velocidad de una señal cada varios segundos, más que en la velocidad preferida de muestreo de cinco veces por segundo. Por ejemplo, la velocidad de muestreo para la señal del ángulo de la cara podría ser aproximadamente de una señal cada veinte segundos . El sistema de la presente invención también incluye un sensor de torque de columna perforadora 53, el cual proporciona la medición del torque o momento de torsión aplicado en la columna perforadora en la superficie. El sensor de torque de columna perforadora podría ser ímplementado como un medidor de esfuerzos en la transmisión auxiliar con instrumentos medidores 29 (se ilustra en la Figura 1) . El sensor de torque 53 también podría ser ímplementado como un dispositivo de medición de corriente para una mesa eléctrica giratoria o para un motor de transmisión superior de movimiento, o como un sensor de presión para una transmisión superior de movimiento operada en forma hidráulica. El sensor de torque de columna perforadora 53 proporciona una señal que podría ser muestreada en la velocidad preferida de muestreo de cinco veces por segundo . En la Figura 2, las salidas de los sensores 51 y 53 son recibidas en el procesador 55. El procesador 55 es programado de acuerdo con la presente invención con el objeto de procesar los datos recibidos a partir de los sensores 51-53. El procesador 55 recibe la entrada de usuario a partir de los dispositivos de entrada de usuario, tal como el teclado 57. Otros dispositivos de entrada de usuario tal como las pantallas de toque, teclados alfanuméricos y similares, también podrían ser utilizados. El procesador 55 proporciona una salida visual en la pantalla 59. El procesador 55 también proporciona una salida hacia un controlador de rotación de columna perforadora 61 que opera la transmisión superior de movimiento (27 en la Figura 1) o la mesa giratoria para rotar la columna perforadora de acuerdo con la presente invención. De acuerdo con la presente invención, la herramienta de perforación 41 es orientada en un ángulo de la cara de la herramienta que es seleccionado para conseguir la trayectoria que se desea. A medida que se hace avanzar la herramienta de perforación 41 en la perforación, el procesador 55 opera el controlador de rotación de columna perforadora 61 para hacer girar la columna perforadora 35 en una primera dirección mientras que monitorea el momento de torsión de la columna perforadora con el sensor de torque 53 y el ángulo de la cara de la herramienta con la herramienta de dirección 51. Con la condición que el ángulo de la cara de la herramienta permanezca constante, el controlador de rotación 61 continúa girando la columna perforadora 35 en la primera dirección. Cuando la herramienta de dirección 51 detecta un cambio en el ángulo de la cara de la herramienta, el procesador 55 observa la magnitud del momento de torsión medido por el sensor de torque 53 y acciona el controlador de rotación de columna perforadora 61 para invertir la dirección de rotación de la columna perforadora 31. El momento de torsión o torque es un vector que tiene una magnitud y una dirección. Cuando el sensor de torque 53 detecta que la magnitud del momento de torsión de la columna perforadora ha alcanzado la magnitud medida en la primera dirección, el procesador 55 acciona el controlador de rotación 61 para invertir la dirección de rotación de la columna perforadora 31. A medida que continúa la perforación, el procesador 55 también continúa monitoreando el momento de torsión de la perforación con el sensor de torque 53 y acciona el controlador de rotación 61 para a girar la columna perforadora 31 hacia atrás y hacia adelante entre la primera magnitud del momento de torsión y la segunda magnitud del momento de torsión. La rotación hacia atrás y hacia adelante, es decir, en un movimiento de vaivén, reduce o elimina la fricción de contacto/deslizamiento entre la columna perforadora y la perforación del pozo, con lo cual es más fácil que la perforadora controle el peso sobre la barrena o broca y el ángulo de la cara de la herramienta. En forma alterna, la magnitud del momento de torsión podría ser preseleccionada por el operador del sistema. Cuando el momento de torsión detectado por el sensor de torque 53 alcanza el valor preseleccionado, el procesador 55 envía una señal al controlador 61 /para invertir la dirección de la rotación. La rotación en la dirección inversa continúa hasta que el valor preseleccionado del momento de torsión sea alcanzado una vez más. En algunas modalidades, el valor preseleccionado del momento de torsión es determinado al .calcular una fricción rotacional esperada entre la columna perforadora (35 en la Figura 1) y la pared de la perforación del pozo, de manera que la totalidad de la columna perforadora por encima de un punto seleccionado es girada. De preferencia, el punto seleccionado se encuentra en una posición a lo largo de la columna perforadora en la cual el momento reactivo de torsión del motor 41 es detenido por la fricción entre la columna perforadora y la pared de la perforación del pozo. El punto seleccionado podría ser calculado utilizando programas de computadora de simulación de "momento de torsión y excavado" que son bien conocidos en la técnica. Estos programas calculan la fuerza axial y la fuerza de f icción/lateral en cada posición a lo largo de la columna perforadora para cualquier trayectoria seleccionada de la perforación del pozo. Uno de estos programas es vendido de acuerdo con el nombre de la marca comercial registrada como WELLPLAN de Landmark Graphics Corp., Houston Texas. Mientras que la invención ha sido descrita con respecto a un número limitado de modalidades, aquellas personas de experiencia ordinaria en la técnica, que tienen el beneficio de esta descripción, apreciarán con rapidez que otras modalidades podrían ser consideradas, las cuales no se apartan del alcance de la invención. En consecuencia, se pretende que el alcance de la invención sea limitado sólo por las reivindicaciones adjuntas. Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un método de perforación de un pozo, caracterizado porque comprende: (a) orientar el motor de perforación en el fondo de la perforación en un ángulo seleccionado de la cara, el motor de perforación es conectado por medio de una columna perforadora con una posición de perforación en la superficie; (b) girar la columna perforadora en la posición de la superficie en una primera dirección hasta que sea alcanzada una primera magnitud del momento de torsión en la posición de la superficie; y entonces, (c) girar la columna perforadora en la dirección opuesta a la primera dirección hasta que sea alcanzada la segunda magnitud del momento de torsión en la posición de la superficie .
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye la repetición de las etapas (b) y (c) mientras se perfora con el motor de perforación.
3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda magnitud del momento de torsión es sustancialmente igual a la primera magnitud del momento de torsión.
4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porgue la segunda magnitud del momento de torsión es menor que la primera magnitud del momento de torsión .
5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porgue: la columna perforadora es girada en la primera dirección hasta la primera magnitud del momento de torsión sin cambiar el ángulo de la cara; y la columna perforadora es girada en la dirección opuesta a la primera dirección hasta la segunda magnitud del momento de torsión sin cambiar el ángulo de la cara.
6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la segunda magnitud del momento de torsión es sustancialmente igual a la primera magnitud del momento de torsión.
7. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la segunda magnitud del momento de torsión es menor que la primera magnitud del momento de torsión.
8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera magnitud del momento de torsión es seleccionada, de modo que la columna perforadora sea girada hasta una posición seleccionada a lo largo de la misma.
9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la posición seleccionada a lo largo de la columna perforadora es una posición en la cual el momento reactivo de torsión del motor de perforación detiene, en forma sustancial, la comunicación a lo largo de la columna perforadora .
10. Un método de perforación de un pozo, caracterizado porque comprende: (a) determinar el ángulo de la cara de un motor de perforación en el fondo de la perforación, el motor de perforación en el fondo de la perforación es conectado con una posición de la superficie por medio de una columna perforadora ; (b) girar la columna perforadora en la posición de la superficie en una primera dirección hasta que sea alcanzada la primera magnitud del momento de torsión en la posición de la superficie sin cambiar el ángulo de la cara; y entonces , (c) girar la columna perforadora en la dirección opuesta a la primera dirección hasta que sea alcanzada la segunda magnitud del momento de torsión en la posición de la superficie sin cambiar el ángulo de la cara.
11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque incluye la repetición de las etapas (a) y (b) mientras se perfora con el motor de perforación.
12. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la segunda magnitud del momento de torsión es sustancialmente igual a la primera magnitud del momento de torsión.
13. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la segunda magnitud del momento de torsión es menor que la primera magnitud del momento de torsión . 1 . Un sistema de perforación con dirección controlada, caracterizado porque comprende: un sensor de torque que determina el momento de torsión aplicado a la columna perforadora por los medios de rotación; un controlador que opera los medios de rotación para girar la columna perforadora en una primera dirección hasta que sea alcanzada una primera magnitud del momento de torsión y posteriormente, en la dirección opuesta a la primera dirección hasta que sea alcanzada una segunda magnitud del momento de torsión. 15. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la segunda magnitud del momento de torsión es sustancialmente igual a la primera magnitud del momento de torsión. 16. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el controlador opera los medios de rotación para girar la columna perforadora hasta que sean alcanzadas la primera y la segunda magnitud desde el momento de torsión sin cambiar el ángulo de la cara de la broca. 17. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque comprende el medio para calcular el valor de la primera magnitud del momento de torsión, de manera que la columna perforadora sea girada hasta una posición a lo largo de la columna perforadora en la cual el momento reactivo de torsión del motor de perforación detiene la comunicación a lo largo de la columna perforadora. 18. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la segunda magnitud del momento de torsión es menor que la primera magnitud del momento de torsión . 19. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el medio de rotación comprende una transmisión superior de movimiento. 20. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el medio de rotación comprende una mesa giratoria.