PT2805008T - Sistema de perfuração de dupla circulação - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "SISTEMA DE PERFURAÇÃO DE DUPLA CIRCULAÇÃO"

Campo Técnico São divulgados um sistema e método para perfuração de um furo na superfície por exemplo furos de exploração ou produção.

Antecedentes da Técnica

Muitos tipos de sistemas de perfuração de superfície estão disponíveis para perfuração de furos para finalidades particulares e em condições específicas de superfície. Uma gama de sistemas de perfuração embutidos utiliza um fluido sob pressão para assistir no avanço da perfuração. 0 fluido pode agir para acionar uma ferramenta para perfuração acoplada a uma coluna de perfuração associada, ou para lavar cortes de perfuração de um furo a ser perfurado, ou ambos. 0 fluido pode ser gás tal como ar ou nitrogénio, um líquido/lama tal como água ou lama de perfuração, ou uma combinação de gás e líquido. US 4,694,911 A divulga um sistema possuindo um martelo pneumático operado por ar comprimido e munido de um canal central através do martelo para o fluxo de lama. 0 sistema requer que a lama flua através da broca e como tal flui da coluna de perfuração associada numa localização de fundo de furo.

Resumo da Divulgação

Em termos latos são divulgados um sistema de perfuração e método nos quais um primeiro fluido é utilizado para operar uma ferramenta para perfuração de fundo do furo, enquanto um segundo fluido é usado para assistir no processo de perfuração, sendo os fluidos isolados entre si enquanto pelo menos fluem para o fundo do furo. Este apoio inclui mas não se limita a lavar cortes de perfuração do furo e controlar as condições da pressão de fundo de furo no furo. Quando a perfuração em relação a hidrocarbonetos o controle da pressão de fundo de furo inclui fornecer condições de pressão sobre equilibradas, sub equilibradas ou equilibradas. 0 sistema e método facilitam igualmente o fecho de um poço bombeando um segundo fluido tal como cimento ou lama possuindo uma gravidade especifica muito elevada através do segundo percurso de fluido de escoamento.

Uma vez que o primeiro e segundo percursos de escoamento são separados é possível otimizar os fluidos para as suas finalidades específicas. Por exemplo o primeiro fluido que é usado para operar a ferramenta para perfuração pode ser fornecido como um fluido que seja ideal para operar a ferramenta para perfuração em termos de potência, velocidade, eficiência e longevidade da ferramenta. Por outro lado, o segundo fluido pode ser otimizado em termos de limpar o furo de cortes de perfuração, estabilidade do furo e fornecer uma condição pretendida de pressão de fundo de furo, por si só ou misturado com o primeiro fluido na eventualidade do primeiro fluido ser libertado no furo após o funcionamento da ferramenta. Os parâmetros ou características que podem ser selecionados para o segundo fluido incluem, mas não se limitam a: velocidade ascendente no furo, viscosidade e gravidade especifica. 0 sistema de perfuração e método podem ser por exemplo utilizados com uma ferramenta embutida sob a forma de um martelo embutido, seja de circulação convencional ou inversa. Embora martelos embutidos sejam extensamente utilizados em condições de superfície dura não são apreciados em exploração ou produção de óleo e gás. Uma razão para tal é o compromisso entre eficiência e segurança. 0 melhor fluido para operar o martelo não é frequentemente o melhor fluido para manter ou controlar as condições de pressão de fundo de furo e manter a estabilidade do furo. Por outro lado, o melhor fluido para manter ou controlar as condições de pressão de fundo de furo possui frequentemente uma gravidade especifica elevada e aditivos que, se utilizados para operar um martelo embutido acelerariam o desgaste. Tal significa que a coluna de perfuração associada necessita ser ligada mais regularmente. Por seu turno tal aumenta significativamente os custos de perfuração devido ao período de inatividade. 0 primeiro fluido pode ser denotado como um "fluido circulante" uma vez que é o fluido que opera a ferramenta para perfuração de fundo do furo. Em várias formas de realização o primeiro fluido pode compreender, mas não se limita a: água, óleo, ar, gás de nitrogénio, ou misturas destes. 0 segundo fluido pode ser denotado como um "fluido de lavagem" uma vez que tem como predominante, mas não única a finalidade de perfurar com lavagem cortante o furo. Numa forma de realização o fluido de lavagem pode compreender, mas não se limita a: água ou lama de perfuração.

Num aspeto é fornecido um sistema de perfuração de superfície compreendendo: uma coluna de perfuração configurada para formar um percurso de escoamento do fluido de lavagem e um percurso de escoamento do fluido circulante que são fluidamente isolados entre si, a coluna de perfuração possuindo uma extremidade ascendente no furo e uma extremidade de fundo de furo oposta; uma ferramenta hidráulica para perfuração acoplada à extremidade de fundo de furo da coluna de perfuração e em comunicação fluida com o percurso de escoamento do fluido circulante em que a ferramenta hidráulica para perfuração é operada por um fluido circulante fluindo através do percurso de escoamento do fluido circulante; e, uma saída de fluido de lavagem em comunicação com o percurso de escoamento do fluido de lavagem, a saída de fluido de lavagem justaposta numa localização fixa em relação à ferramenta para perfuração e transportada pela coluna de perfuração em que a saída de fluido de lavagem avança com a coluna de perfuração, a saída de fluido de lavagem capaz de dirigir um fluido de lavagem fluindo através do percurso de escoamento do fluido de lavagem para um furo a ser perfurado pelo sistema de perfuração de superfície.

Numa forma de realização a saída de fluido de lavagem localiza-se de tal modo que fluido de lavagem que flui da saída de fluido de lavagem entra no furo perto da ponta do furo.

Numa forma de realização a salda de fluido de lavagem localiza-se adjacente à ferramenta para perfuração.

Numa forma de realização a saida de fluido de lavagem é configurada para dirigir o fluido de lavagem numa direção ascendente no furo.

Numa forma de realização o sistema de perfuração de superfície compreende um sistema de válvula de controle do poço operável para controlar o fluxo de fluido que flui através do percurso do fluido de lavagem e sai pela saída de fluido de lavagem.

Numa forma de realização a saída de fluido de lavagem compreende uma pluralidade de portas de saída formadas em torno de uma circunferência exterior da coluna de perfuração.

Numa forma de realização o sistema de válvula de controle do poço é configurado para permitir fluxo de fluido apenas numa direção para fora da saída de fluido de lavagem.

Numa forma de realização o sistema de válvula de controle do poço compreende uma pluralidade de válvulas individuais, uma fornecida para cada porta de saida.

Numa forma de realização o sistema de perfuração de superfície compreende um estabilizador de furo acoplado ascendente no furo e perto da ferramenta para perfuração, o estabilizador de furo operável para manter a ferramenta para perfuração numa localização substancialmente central dentro de um furo a ser perfurado durante o funcionamento da ferramenta para perfuração.

Numa forma de realização o estabilizador de furo é formado com um diâmetro exterior marginalmente inferior a um interior diâmetro do furo a ser perfurado.

Numa forma de realização o estabilizador de furo compreende uma pluralidade de protrusões circunferencialmente afastadas e axialmente prolongadas.

Numa forma de realização a válvula de controle do poço está disposta dentro do estabilizador de furo.

Numa forma de realização as portas de saida de fluido de lavagem são formadas em cada uma das protrusões.

Numa forma de realização o fluxo de fluido circulante é munido de uma abertura na ferramenta para perfuração em que o fluido circulante é libertado no furo.

Numa forma de realização o percurso de escoamento do fluido circulante é um percurso de escoamento fechado e configurado para recircular fluido circulante através da ferramenta para perfuração.

Numa forma de realização os fluidos circulantes e de lavagem são libertados no fundo do furo.

Numa forma de realização a coluna de perfuração compreende: uma conduta interior possuindo um furo axial formando um dos percursos de escoamento do fluido circulante e de lavagem; e, uma conduta exterior possuindo um furo axial; em que a conduta interior se prolonga através do furo axial da conduta exterior e um espaço entre a conduta interior e a conduta exterior forma o outro dos percursos de escoamento circulante e de lavagem.

Numa forma de realização alternativa a coluna de perfuração compreende: uma conduta interior, uma conduta intermédia e uma conduta exterior, cada uma das condutas possuindo um furo axial e as condutas configuradas com a conduta interior localizada dentro da conduta intermédia e a conduta intermédia dentro da conduta exterior para formar um primeiro espaço anular entre a conduta interior e a conduta intermédia, e um segundo espaço anular entre a conduta intermédia e a conduta exterior; em que a conduta interior e o primeiro espaço anular estão em comunicação fluida com a ferramenta para perfuração e conjuntamente formam pelo menos uma porção do percurso de escoamento em circuito fechado para o fluido circulante, e o segundo espaço anular forma o percurso de escoamento do fluido de lavagem.

Na forma de realização alternativa a coluna de perfuração compreende um elemento tubular possuindo um furo axial e suportando primeira e segunda condutas dispostas dentro do furo axial, e a primeira e segunda condutas são configuradas para serem acopladas à ferramenta para perfuração para formar pelo menos uma porção do percurso de circuito fechado para o fluido circulante em que o fluido circulante é capaz de fluir de uma extremidade ascendente no furo através da primeira conduta para operar a ferramenta para perfuração e regressar à extremidade ascendente no furo através da segunda conduta.

Numa forma de realização, a conduta interior prolonga-se axialmente para além de pelo menos uma conduta exterior na extremidade ascendente no furo da coluna de perfuração.

Numa forma de realização o sistema de perfuração de superfície compreende uma cabeça rotativa disposta para se acoplar à extremidade ascendente no furo da coluna de perfuração, a cabeça rotativa configurada para fornecer torque à coluna de perfuração.

Numa forma de realização a ferramenta para perfuração é um martelo DTH.

Num segundo aspeto é divulgado um sistema de perfuração de superfície compreendendo uma coluna de perfuração configurada para formar um percurso de escoamento do fluido circulante e um percurso de escoamento do fluido de lavagem que são fluidamente isolados entre si dentro da coluna de perfuração; uma ferramenta hidráulica de percussão para perfuração acoplada a uma extremidade da coluna de perfuração e em comunicação fluida com o percurso de escoamento do fluido circulante em que o fluido circulante flui através do percurso de escoamento do fluido circulante é capaz de operar a ferramenta para perfuração; e uma saída de fluido de lavagem na coluna de perfuração através da qual o fluido de lavagem flui no percurso de escoamento do fluido de lavagem é capaz de fluir para um furo sendo perfurado pela perfuradora de superfície.

Em cada um dos primeiro e segundo aspetos, a rotação da coluna de perfuração causa rotação da ferramenta para perfuração. Tal causa evidentemente rotação da saida de fluido de lavagem. Como tal a perfuração é atingida pela combinação da rotação causada pela rotação da coluna de perfuração e pela percussão causada pelo fluido circulante que opera a ferramenta para perfuração. A lavagem do furo a ser perfurado, bem como o controle da pressão hidrostática no furo e a estabilidade do furo são controladas ou de outra forma determinadas pelo fluido de lavagem e suas caracteristicas especificas. Adicionalmente o segundo aspeto pode assumir cada uma das formas de realização descritas acima em relação ao primeiro aspeto.

Num terceiro aspeto é divulgado um método de perfurar um furo na superfície utilizando uma ferramenta hidráulica para perfuração, o método compreendendo: fornecer um fluido circulante através de uma coluna de perfuração à ferramenta para perfuração para operar a ferramenta para perfuração; fornecer um fluido de lavagem através da coluna de perfuração em direção à ferramenta para perfuração em que o fluido de lavagem enquanto flui na coluna de perfuração é isolado do fluido circulante; e, libertar o fluido de lavagem a partir de uma localização fixa em relação à ferramenta para perfuração num furo a ser perfurado pela ferramenta para perfuração em que a localização avança com a coluna de perfuração.

Numa forma de realização o método compreende libertar o fluido circulante no furo perto de uma ponta do furo para permitir uma mistura do fluido circulante e do fluido de lavagem no furo.

Numa forma de realização o método compreende separar o fluido circulante do fluido de lavagem e quaisquer cortes de perfuração arrastados e reutilizar o fluido circulante separado sendo o fluido circulante fornecido através da coluna de perfuração para operar a ferramenta para perfuração.

Numa forma de realização alternativa o método compreende recircular o fluido circulante através da coluna de perfuração em que o fluido circulante não é misturado com o fluido de lavagem no furo.

Em cada forma de realização o método compreende ajustar a pressão de fundo de furo variando uma caracteristica física de um ou ambos o fluido de lavagem e o fluido circulante.

Numa forma de realização o método compreende ajustar uma ou ambas a gravidade específica e a viscosidade do fluido de lavagem.

Numa forma de realização ajustar a pressão de fundo de furo compreende ajustar dinamicamente a pressão de fundo de furo para fornecer uma condição de pressão pretendida no furo.

Numa forma de realização o método compreende ajustar dinamicamente a pressão de fundo de furo de forma a fornecer uma condição de pressão subequilibrada no furo.

Numa forma de realização o método compreende ajustar dinamicamente a pressão de fundo de furo de modo a fornecer uma condição de pressão sobre equilibrada no furo.

Numa forma de realização o método compreende ajustar dinamicamente a pressão de fundo de furo de modo a fornecer uma condição de pressão equilibrada no furo.

Numa forma de realização o método compreende libertar o fluido de lavagem numa localização perto da ferramenta para perfuração.

Numa forma de realização o método compreende mudar uma direção de fluxo do fluido de lavagem de uma direção do fundo do furo para uma direção ascendente no furo antes de libertar o fluido de lavagem no furo.

Numa forma de realização o método compreende fornecer os fluidos circulantes e de lavagem como fluidos de gravidade especifica diferente.

Numa forma de realização o método compreende fornecer os fluidos circulantes e de lavagem como fluidos de viscosidade diferente.

Numa forma de realização o método compreende fornecer o fluido circulante como um fluido compreendendo água.

Numa forma de realização o fluido de lavagem é fornecido como um ou uma combinação de um ou mais de: uma lama de perfuração, água e água gasosa.

Numa forma de realização o método compreende fornecer os fluidos circulantes e de lavagem à mesma pressão.

Numa forma de realização o método compreende fornecer a ferramenta para perfuração como um martelo embutido.

Num quarto aspeto, é divulgado um método de perfuração numa exploração ou poço de produção para um hidrocarboneto, o método compreendendo: acoplar uma ferramenta para perfuração a uma coluna de perfuração; usar um aparelho de perfuração baseado na superfície para rodar a coluna de perfuração e fornecer impulso descendente ou ascendente à ferramenta para perfuração; fornecer um fluido circulante através da coluna de perfuração para operar a ferramenta para perfuração; fornecer um fluido de lavagem através da coluna de perfuração em direção à ferramenta para perfuração em que o fluido de lavagem durante o fluxo na coluna de perfuração é isolado do fluido circulante; libertar o fluido de lavagem a partir de uma localização fixa em relação à ferramenta para perfuração num furo a ser perfurado pela ferramenta para perfuração em que a localização avança com a coluna de perfuração; e modificar uma ou mais características do fluido de lavagem para controlar as condições de pressão de fundo de furo independentemente do funcionamento da ferramenta para perfuração.

Numa forma de realização acoplar uma ferramenta para perfuração compreende acoplar um martelo embutido.

Numa forma de realização o método compreende libertar o fluido circulante no furo perto de uma ponta do furo para permitir uma mistura do fluido circulante e do fluido de lavagem no furo.

Numa forma de realização o método compreende separar o fluido circulante do fluido de lavagem e quaisquer cortes de perfuração arrastados e reutilizar o fluido circulante separado, sendo o fluido circulante fornecido através da coluna de perfuração para operar a ferramenta para perfuração.

Numa forma de realização o método compreende recircular o fluido circulante através da coluna de perfuração em que o fluido circulante não é misturado com o fluido de lavagem no furo.

Num quinto aspeto é divulgado um método de perfuração numa exploração ou poço de produção para um hidrocarboneto, o método compreendendo: usar um aparelho de perfuração baseado na superfície para rodar uma ferramenta para perfuração de fundo do furo através de uma coluna de perfuração; fornecer um percurso de escoamento do fluido circulante na coluna de perfuração para permitir que um fluido circulante flua através da coluna de perfuração para operar a ferramenta para perfuração; fornecer um percurso de escoamento do fluido de lavagem na coluna de perfuração que está isolado do percurso de escoamento do fluido circulante, o percurso de escoamento do fluido de lavagem possuindo uma saída permitindo que um fluido de lavagem saia da coluna de perfuração e flua para um poço a ser perfurado pela ferramenta para perfuração; e aquando da deteção de um estouro fornecer um fluido através do percurso de escoamento do fluido de lavagem para fechar o poço.

Breve Descrição dos Desenhos Não obstante quaisquer outras formas que possam estar dentro do âmbito do sistema e método como apresentados no Resumo, uma forma de realização especifica será agora descrita a titulo de exemplo apenas com referência aos desenhos anexos nos quais:

Figura 1 é uma representação esquemática de uma primeira forma de realização do sistema de perfuração de superfície;

Figura 2a é uma vista seccional de uma porção de uma segunda forma de realização do sistema de perfuração de superfície;

Figura 2b é uma vista de corte transversal através de uma coluna de perfuração do sistema de perfuração mostrado na figura 2a; e,

Figura 3 é uma vista de corte transversal de uma coluna de perfuração/tubagem de perfuração para uma terceira forma de realização do sistema de perfuração.

Descrição Detalhada da Forma de Realização Específica A Figura 1 fornece uma representação esquemática do sistema de perfuração de superfície 10 (doravante referido como em geral "sistema de perfuração 10") . Como será explicado em maior detalhe aqui abaixo, o sistema de perfuração 10 permite o fornecimento de primeiro e segundo fluidos num furo ou poço a ser perfurado pelo sistema de perfuração 10. Um dos fluidos é usado para operar uma ferramenta para perfuração 12 tal como um golpe de ariete enquanto o outro fluido é libertado no furo a montante da ferramenta para perfuração 12. A combinação dos dois fluidos pode permitir: cortes de perfuração a serem trazidos para a superfície; controle da pressão hidrostática para fornecer condições de perfuração sobre equilibradas ou subequilibradas pretendidas, ou até a capacidade de mudar de uma para a outra; vida funcional e de serviço otimizada da ferramenta para perfuração; e manutenção da estabilidade do furo. Através da utilização dos dois fluidos o sistema 10 pode ser descrito como um sistema de controle de poço de dupla circulação.

Esta forma de realização do sistema 10 compreende uma coluna de perfuração 14 que forma primeiro e segundo percursos de fluido 16 e 18 reciprocamente isolados respetivamente. Quando o primeiro fluido é usado para operar a ferramenta para perfuração este fluido pode ser designado como o fluido "circulante", e o percurso de fluido de escoamento correspondente pode ser designado como o percurso de escoamento de fluido "circulante". Quando o segundo fluido é usado para limpar o furo e/ou permitir controle da pressão de fundo de furo e/ou estabilidade do furo, este fluido pode ser designado como fluido de "lavagem", e o percurso de fluido de escoamento correspondente pode ser designado como percurso de escoamento de fluido de "lavagem". A coluna de perfuração 14 possui uma extremidade ascendente no furo 20 que está configurada de modo a acoplar-se a uma cabeça rotativa 22 e uma extremidade de fundo de furo 24 que está acoplada à ferramenta para perfuração 12. A ferramenta para perfuração 12 é operada pelo fluxo de fluido fornecido através do percurso de escoamento circulante 16. Uma sarda de fluido de lavagem 26 é fornecida intermédia à extremidade ascendente no furo 20 e à ferramenta para perfuração 12 e encontra-se em comunicação fluida com o percurso de escoamento do fluido de lavagem 18. A saída de fluido de lavagem 26 liberta um fluido de lavagem fluindo através do percurso de escoamento de lavagem 18 para um furo a ser perfurado pelo sistema de perfuração 10. A coluna de perfuração 14 compreende uma conduta interior 28 possuindo um furo axial que forma o percurso de fluido circulante 16 e uma conduta exterior 30 possuindo um furo axial através do qual a conduta interior 28 se prolonga. As condutas 28 e 30 são relativamente configuradas para aí formar um espaço de formato geralmente anular que configura o percurso de escoamento de lavagem 18. As condutas interior e exterior 28 e 30 são elas próprias formadas por um ou mais tubos interiores e exteriores unidos extremidade a extremidade. Tubos interiores e exteriores adicionais são adicionados à coluna de perfuração 14 de modo a fazer progredir a perfuração do furo. Uma extremidade ascendente no furo 32 da conduta interior 28 prolonga-se axialmente para além da conduta exterior 30. A finalidade disto é evitar a entrada de fluido fluindo através do percurso de escoamento de lavagem 18 no percurso de escoamento circulante 16 durante o desengate da coluna de perfuração 14 da cabeça rotativa 22. A cabeça rotativa 22 fornece torque à coluna de perfuração 14 e como tal à ferramenta para perfuração 12. Isto é a cabeça rotativa gira na totalidade da coluna de perfuração e como tal da ferramenta para perfuração 12. Para além disso a cabeça rotativa fornece um mecanismo para fornecer o fluido circulante 34 (mostrado por setas finas) e um fluido de lavagem 36 (mostrado por setas grossas) aos percursos de escoamento de fluido circulante e de lavagem 16 e 18 respetivamente. Devido à capacidade de alimentar dois fluidos através da coluna de perfuração 14 a cabeça rotativa 22 pode ser designada como uma cabeça rotativa de dupla circulação. A cabeça rotativa 22 compreende em combinação uma entrada giratória de dupla circulação 38 que é rotativamente estacionária, e uma cabeça rotativa 40 munida de motores (não mostrada) para transmitir torque a uma ponta de ligação 42 que por seu turno transmite torque a uma coluna de perfuração ligada 14 e ferramenta para perfuração 12. O tornei 38 é munido de uma entrada de fluido circulante 44 e uma entrada de fluido de lavagem 46. A cabeça rotativa está apoiada num aparelho para perfuração (não mostrado) que pode ser fixo ou móvel. O aparelho para perfuração compreende uma torre ao longo da qual a cabeça rotativa é linearmente atravessada por algum tipo de sistema para permitir adição ou libertação de tubos de perfuração e fornecer impulso de força pressionante à ferramenta para perfuração. O sistema pode compreender cilindros hidráulicos e /ou guinchos. A saída de fluido de lavagem 26 nesta forma de realização está localizada adjacente à ferramenta para perfuração 12 e liberta o fluido de lavagem perto da ponta do furo/poço a ser perfurado. Adicionalmente neste exemplo a saida 26 compreende quatro portas de saida 48, apenas três das quais são visíveis na Figura 1. A saída 26 está configurada para mudar a direção de fluxo do fluido de lavagem 36 fluindo no percurso de escoamento do fluido de lavagem 18 em 180° antes da libertação no furo. Como tal o fluido de lavagem 36 que sai pela saída de fluido de lavagem 26/portas de saída 48 é orientado para fluir numa direção ascendente no furo a partir de uma localização adjacente à ferramenta para perfuração 12 e ponta do furo. 0 fluxo de fluido de lavagem através das portas de saída 48 é controlado por um sistema de válvula de controle do poço. 0 sistema de válvula de controle do poço opera para permitir fluxo do fluido de lavagem 36 numa direção apenas das portas de saída 48 na direção ascendente no furo, e evita o regresso do fluxo de fluido numa direção contrária para as portas de saída 48. Na presente forma de realização ilustrada o sistema de válvula de controle do poço compreende uma pluralidade de válvulas de via única 50, uma para cada uma das portas de saída 48. O sistema de válvula de controle do poço (i.e. válvulas de via única 50) pode ser controlado para alternar entre um estado aberto e um estado fechado. No estado aberto, as válvulas 50 operam como uma válvula de via única normal permitindo o fluxo de fluido através das protrusões 58 numa direção ascendente no furo e evitando um fluxo de fluido numa direção inversa. No estado fechado as válvulas 50 evitam o fluxo de fluido em ambas as direções. A saída de fluido de lavagem 26 e a válvula de controle do poço são incorporadas num estabilizador de furo 52 que é acoplado entre uma extremidade de fundo de furo 24 da coluna de perfuração 14 e a ferramenta para perfuração 12. 0 estabilizador de furo 52 opera para evitar que a ferramenta para perfuração 12 se mova lateralmente durante a perfuração através de falhas e alterações de superfície. Para esta finalidade, o estabilizador 52 é formado para possuir um diâmetro externo que corresponda substancialmente ao diâmetro do furo sendo perfurado e pode possuir um diâmetro aproximadamente 1/16" inferior ao diâmetro da ferramenta para perfuração 12. 0 estabilizador 52 possui um corpo exterior cilíndrico 54 que se enrosca em extremidades opostas à conduta exterior 30 e à ferramenta para perfuração 12. Uma conduta interior prolongada axialmente 56 está apoiada no corpo 54 e proporciona comunicação fluida entre a conduta interior 28 e a ferramenta para perfuração 12 para permitir a passagem do fluido circulante 34 para operar a ferramenta para perfuração 12.

Uma pluralidade de protrusões espaçadas circunferencialmente e prolongadas axialmente 58 é forma em e em torno do corpo cilíndrico 54. As protrusões são munidas de canais de fluxo de fluido respetivos que comunicam com a região entre o exterior da conduta interior 56 e o interior do corpo cilíndrico 54; e portas de saída correspondentes 48. Como tal o fluido de lavagem 36 que entra através da porta de entrada 46 na entrada giratória 38 flui numa direção do fundo do furo através do percurso de escoamento de lavagem 18 para o corpo cilíndrico 54, muda de direção de fluxo e flui para canais ascendentes correspondentes nas protrusões 58 e finalmente é libertado para fora das portas de saída 48. As válvulas de via única 50 estão igualmente dispostas dentro das protrusões 58 e permitem que o fluido 36 flua numa direção ascendente no furo para a sarda correspondente 48 mas evitam um fluxo inverso de fluido da saida 48 para o percurso de escoamento do fluido de lavagem 18.

Numa forma de realização especifica do sistema 10, a ferramenta para perfuração 12 pode ser um martelo de água embutido ("DTH") operado com água limpa (5 μ) . Esta água limpa é fornecida através da entrada 34 através do percurso de escoamento do fluido circulante 16 e conduta interior 56. Para além disso nesta forma de realização a água (i.e. fluido circulante) passando através do golpe de arrete 12 é libertada de sardas perto da extremidade de fundo de furo do golpe de arrete 12 e flui de volta pelo furo a ser perfurado. Numa forma de realização alternativa abaixo descrita o fluido circulante é recirculado em lugar de ser libertado no furo. O fluido de lavagem 36 pode compreender uma lama de perfuração, água gasosa, água ou outros fluidos de viscosidade e/ou gravidade especifica/peso pretendidos ou requeridos possuídos relativamente às condições de fundo de furo. 0 fluido de lavagem entra através da entrada 46 na entrada giratória 38 passa através do percurso de escoamento do fluido de lavagem 18 para o corpo cilíndrico 54 do estabilizador de furo 52 e mudas direção fluindo de volta pelas projeções 58 através de válvulas de via única 50 e finalmente pelas saídas 48. Este fluido é orientado para fluir na direção ascendente no furo a partir de uma localização acima do golpe de aríete 12 mas perto da ponta do furo. A orientação do fluido de lavagem 36 desta forma ajuda à remoção de cortes de perfuração do furo. Para além disso, o fluido de lavagem permite que um operador feche o poço ou ajuste o peso fluido dentro do furo durante a perfuração sem alterar a viscosidade da água que flui através do golpe de aríete 12.

Ao fornecer o fluido de lavagem 36 independentemente do fluido circulante 34 os dois fluidos podem ser combinados para fornecer peso fluido total necessário para perfurar tanto em condições sobre equilibradas como sub equilibradas. Condições sobre equilibradas ocorrem quando o peso do fluido (i.e. lama) é mais pesado que a pressão superfície do gás ou vapor e como tal evita que o gás ou vapor se precipite para a superfície.

Numa forma de realização os fluidos 34 e 36 são fornecidos à mesma pressão que pode variar por exemplo entre 3000 psi e ou acima de 5000 psi para operar em profundidade sob pressões elevadas de formação de superfície.

As Figuras 2a e 2b retratam uma forma de realização adicional de um sistema de perfuração de superfície designado pelo número de referência 10' . O sistema de perfuração 10' difere do sistema de perfuração 10 pela provisão de uma via de retorno para o fluido circulante para permitir que o fluido circulante seja recirculado através do sistema 10' . Tal contrasta com o sistema 10 em que o fluido circulante 34 é libertado da ferramenta para perfuração 12 no furo e subsequentemente misturado com o fluido de lavagem 36 e devolvido à superfície. Para permitir recirculação do fluido circulante 34 o percurso de escoamento do fluido circulante 16' é constituído por um percurso de alimentação 16f que é idêntico ao percurso 16 do sistema 10; e uma via de retorno do fluido circulante 16r. Ambos os percursos 16f e 16r estão em comunicação com a ferramenta para perfuração 12 de tal modo que o fluido circulante 34 é alimentado através do percurso de escoamento 16f e regressa à superfície via a via de retorno do fluido circulante 16r. A via de retorno do fluido 16r é formada nesta forma de realização pela provisão de uma conduta intermédia 31 disposta concentricamente com e intermédia à conduta interior 28 e à conduta exterior 30. As condutas 28 e 31 são dimensionadas de maneira a aí formarem um espaço anular que constitui a via de retorno do fluido circulante 16r. Um espaço anular é igualmente formado entre a superfície exterior da conduta intermédia 31 e a superfície interior da conduta exterior 30 para formar o percurso de escoamento do fluido de lavagem 18. O sistema 10' permite reutilização do fluido circulante 34. Como tal, o controle das condições de pressão do furo dentro do furo, velocidade ascendente no furo, e estabilidade do furo são obtidas pela manipulação ou outra modificação dos parâmetros ou características do fluido de lavagem 36. A Figura 3 ilustra uma coluna de perfuração 14" de uma terceira forma de realização de um sistema de perfuração de superfície denotado pelo número de referência 10". O sistema 10" é igualmente formado com um percurso de escoamento em circuito fechado para o fluido circulante, mas fá-lo com uma estrutura de coluna de perfuração 14" diferente à da segunda forma de realização 10'. No sistema 10", o percurso de escoamento do fluido circulante compreende duas condutas 28 e 31 ambas dispostas dentro da conduta exterior 30. A conduta 28 fornece o percurso de alimentação do fluido circulante 16f enquanto a conduta 31 fornece a via de retorno do fluido circulante 16r. Ambas as condutas 28 e 31 estão em comunicação fluida com a ferramenta para perfuração 12 de tal modo que o fluido circulante 34 flui de uma extremidade ascendente no furo da coluna de perfuração 14" através da conduta 28 e do percurso de alimentação do fluido circulante 16f, através da ferramenta 12 para operar a ferramenta, e regressa pela coluna de perfuração 14" através da conduta 31 e via de retorno do fluido circulante associada 16r. 0 fluido de lavagem 36 é fornecido através da conduta 30 e libertado no furo. Deverá ser entendido que os percursos de escoamento do fluido circulante 16r e 16f permanecem isolados do percurso de escoamento do fluido de lavagem 18 e como tal o fluido circulante e o fluido de lavagem permanecem isolados entre si pelo menos durante o seu fluxo dentro do tubo de perfuração 14". O sistema 10" é bem-adaptado para operações de perfuração de passagem única em que a coluna de perfuração 14" é na sua essência um comprimento único de tubagem prolongando-se da ferramenta para perfuração 12 à cabeça rotativa 22 (i.e. não são adicionados tubos de perfuração adicionais à coluna de perfuração) e uma operação de perfuração envolve apenas perfuração até uma profundidade inferior ao comprimento total da ferramenta 12 e da tubagem de perfuração. Este tipo de perfuração é vulgarmente usado perfuração de produção em bancos com alturas até cerca de 18 m e é muito eficiente uma vez que elimina o estabelecimento e corte das ligações do tubo de perfuração bem como elimina o derramamento e contaminação do fluido circulante.

As formas de realização acima descritas do sistema de perfuração de superfície e método de perfuração associado são especialmente bem adequadas a operações de óleo e gás em formações de superfície dura. Em particular formas de realização do sistema e método permitem a utilização de ferramentas para perfuração de fundo do furo sob a forma de martelos embutidos muito bem-adaptados a perfuração em materiais duros embora não sejam apreciados na perfuração de óleo/gás devido ao compromisso entre a longevidade da ferramenta para perfuração e a capacidade de controlar a pressão de fundo de furo e manter estabilidade do furo. Por exemplo para perfurar com uma subpressão marginal, quando utilizando um martelo DTH normal, pode ser necessário operar o martelo com um fluido de uma gravidade especifica relativamente elevada. Tal acarretará utilizar um lodo ou lama para acionar o martelo. No entanto pela sua própria natureza o lodo ou lama conterá partículas que friccionarão e desgastarão o martelo. Como resultado torna-se necessário ligar a coluna de perfuração mais regularmente de modo a substituir o martelo gasto. Quando um furo tem vários quilómetros de profundidade, ligar a coluna de perfuração pode levar até ou exceder 24 horas. No entanto se for utilizado um fluido circulante de gravidade específica mais baixa então a capacidade para fornecer uma condição de pressão específica pode ser perdida. Formas de realização do sistema e método permitem provisão e controle separados dos parâmetros e características dos fluidos circulantes e de lavagem assim permitindo eficiência e longevidade máximas da ferramenta embutida enquanto proporcionam igualmente controle sobre a pressão de fundo de furo e estabilidade do furo.

Embora tenham sido descritas formas de realização específicas do sistema e método, deve ser evidente que o sistema e método podem ser realizados de outras formas. Por exemplo uma forma de realização do sistema 10 é descrita com a ferramenta para perfuração 12 sendo na forma de um golpe de aríete. No entanto a ferramenta para perfuração pode ser na forma de outras ferramentas de percussão hidráulicas. Para além disso, o fluido 34 fluindo através do percurso de escoamento do fluido circulante 16 que opera a ferramenta para perfuração 12 pode ser na forma de um gás. Fornecendo aos fluidos circulantes e de lavagem a mesma pressão de fluido resulta num diferencial de pressão zero entre percursos de fluido de escoamento 16 e 18 e ajuda a manter a integridade da barreira. Não obstante tal não ser um requisito indispensável e os fluidos circulantes e de lavagem poderem ser fornecidos a pressões diferentes.

Nas reivindicações que se seguem, e na descrição precedente, exceto onde o contexto requeira diferentemente devido a linguagem especifica ou inferência necessária, o termo "compreender" e variações tais como "compreende" ou "compreendendo" são usadas num sentido inclusivo, i.e. para especificar as presenças da caracteristica indicada mas não para excluir a presença ou adição de caracteristicas adicionais em diversas formas de realização do sistema e método como aqui divulgado.

Claims (18)

REIVINDICAÇÕES

1. Um sistema de perfuração de superfície (10) compreendendo: uma coluna de perfuração (14) configurada para formar um percurso de escoamento do fluido de lavagem (18) e um percurso de escoamento do fluido circulante (16) que são fluidamente isolados entre si, a coluna de perfuração (14) possuindo uma extremidade ascendente no furo (20) e uma extremidade oposta de fundo de furo (24); um martelo embutido (12) acoplado à extremidade de fundo de furo (24) da coluna de perfuração (14) e em comunicação fluida com o percurso de escoamento do fluido circulante (16) em que o martelo embutido (12) é operado por um fluido circulante (34) fluindo através do percurso de escoamento do fluido circulante (16), em que o fluido circulante (34) compreende água, óleo, ar, gás de nitrogénio, ou misturas destes; e, uma saída de fluido de lavagem (26) em comunicação com o percurso de escoamento do fluido de lavagem (18), a saída de fluido de lavagem (26) justaposta numa localização fixa relativamente ao martelo embutido (12) e transportada pela coluna de perfuração (14) em que a saída de fluido de lavagem (26) avança com a coluna de perfuração (14), caracterizado por a saída de fluido de lavagem (26) se localizar adjacente e ascendente no furo do martelo embutido (12) e capaz de direcionar um fluido de lavagem (36) fluindo através do percurso de escoamento do fluido de lavagem (18) para um furo sendo perfurado pelo sistema de perfuração de superfície.

2. 0 sistema de perfuração de superfície (10) de acordo com a reivindicação 1, em que o percurso de escoamento do fluido circulante (16) é munido de uma abertura no martelo embutido (12) em que o fluido circulante (34) é esvaziado para o furo.

3. O sistema de perfuração de superfície (10) de acordo com a reivindicação 1, em que o percurso de escoamento do fluido circulante (16) é um percurso de escoamento fechado e configurado para recircular fluido circulante (34) através do martelo embutido (12) .

4. O sistema de perfuração de superfície (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 em que a coluna de perfuração (14) compreende: uma conduta interior (28) possuindo um furo axial formando um dos percursos de escoamento do fluido circulante e de lavagem (16 e 18); e, uma conduta exterior (30) possuindo um furo axial; em que a conduta interior (28) se prolonga através do furo axial da conduta exterior (30) e um espaço entre a conduta interior (28) e a conduta exterior (30) forma o outro dos percursos de escoamento do fluido circulante e de lavagem (16 e 18).

5. 0 sistema de perfuração de superfície (10) de acordo com a reivindicação 4, em que a coluna de perfuração (14') compreende: uma conduta interior (28), uma conduta intermédia (31) e uma conduta exterior (30), cada umas das condutas (28, 31 e 30) possuindo um furo axial e as condutas (28, 31 e 30) dispostas com a conduta interior (28) localizada dentro da conduta intermédia (31) e a conduta intermédia (31) dentro da conduta exterior (30) para formar um primeiro espaço anular entre a conduta interior (28) e a conduta intermédia (30), e um segundo espaço anular entre a conduta intermédia (31) e a conduta exterior (30); em que a conduta interior (28) e o primeiro espaço anular estão em comunicação fluida com o martelo embutido (12) e em conjunto formam pelo menos uma porção do percurso de escoamento em circuito fechado para o fluido circulante (16), e o segundo espaço anular forma o percurso de escoamento do fluido de lavagem (18).

6. O sistema de perfuração de superfície (10) de acordo com a reivindicação 4, em que a coluna de perfuração (14") compreende uma conduta exterior (30) possuindo um furo axial e suportando primeira e segunda condutas (28 e 31) dispostas dentro do furo axial, e as primeira e segunda condutas estão dispostas para serem acopladas ao martelo embutido (12) para formar pelo menos uma porção do percurso de circuito fechado (16 f e 16r) para o fluido circulante (34) em que o fluido circulante (34) consegue fluir a partir de uma extremidade ascendente no furo através da primeira conduta (28) para operar o martelo embutido (12) e regressar à extremidade ascendente no furo através da segunda conduta (31) .

7. 0 sistema de perfuração de superfície (10) de acordo com a reivindicação 4 ou 5, em que a conduta interior (28) se prolonga axialmente para além de pelo menos uma conduta exterior (30) na extremidade ascendente no furo (20) da coluna de perfuração (14) .

8. O sistema de perfuração de superfície (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, em que o martelo embutido (12) é um golpe de aríete e o fluido circulante é água.

9. Um método para perfurar um furo na superfície utilizando um martelo embutido hidráulico (12), o método compreendendo: fornecer um fluido circulante (34) através de uma coluna de perfuração (14) ao martelo embutido (12) para operar o martelo embutido (14) em que o fluido circulante (34) compreende água, óleo, ar, gás de nitrogénio, ou misturas destes; fornecer um fluido de lavagem (36) através da coluna de perfuração (14) em direção ao martelo embutido (12) em que o fluido de lavagem (36) enquanto flui na coluna de perfuração (14) é isolado do fluido circulante (34); e, caracterizado por libertar o fluido de lavagem (36) a partir de uma localização que é fixa relativamente a e ascendente no furo do martelo embutido (12) num furo sendo perfurado pelo martelo embutido (12) em que a localização avança com a coluna de perfuração (14).

10. O método de acordo com a reivindicação 9, compreendendo libertar o fluido circulante (34) no furo perto de uma ponta do furo para permitir uma mistura do fluido circulante (34) e do fluido de lavagem (36) no furo.

11. O método de acordo com a reivindicação 9, compreendendo recircular o fluido circulante (34) através da coluna de perfuração (14) em que o fluido circulante não é misturado com o fluido de lavagem (36) no furo.

12. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, compreendendo ajustar pressão de fundo de furo através da variação de uma caracteristica fisica de um ou ambos o fluido de lavagem (36) e o fluido circulante (34) .

13. O método de acordo com a reivindicação 12, em que ajustar a pressão de fundo de furo compreende ajustar uma ou ambas a gravidade especifica e a viscosidade do fluido de lavagem (36).

14. O método de acordo com a reivindicação 12 ou 13, em que ajustar a pressão de fundo de furo compreende ajustar dinamicamente a pressão de fundo de furo para proporcionar uma condição pretendida de pressão no furo.

15. 0 método de acordo com a reivindicação 14, compreendendo ajustar dinamicamente a pressão de fundo de furo de forma a proporcionar (a) uma condição de pressão subequilibrada no furo; ou (b) uma condição de pressão sobre equilibrada no furo; ou (c) uma condição de pressão equilibrada no furo.

16. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, compreendendo fornecer os fluidos circulantes e de lavagem (34 e 36) como: (a) fluidos de gravidade especifica diferente; ou (b) fluidos de viscosidade diferente; ou (c) fluidos de gravidade especifica diferente e viscosidade diferente.

17. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 16, compreendendo fornecer os fluidos circulantes e de lavagem (34 e 36) à mesma pressão.

18. 0 método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 17, em que o martelo embutido (12) é um golpe de aríete e em que o fluido circulante (34) é água.