WO2018058214A1 - Método e sistema automatizado para auditoria e posicionamento (feedback) em tempo real das performances das operações de construção de poços de petróleo - Google Patents

Método e sistema automatizado para auditoria e posicionamento (feedback) em tempo real das performances das operações de construção de poços de petróleo Download PDF

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WO2018058214A1
WO2018058214A1 PCT/BR2017/050218 BR2017050218W WO2018058214A1 WO 2018058214 A1 WO2018058214 A1 WO 2018058214A1 BR 2017050218 W BR2017050218 W BR 2017050218W WO 2018058214 A1 WO2018058214 A1 WO 2018058214A1
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WO
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depth
drill
drilling
well
bha
Prior art date
Application number
PCT/BR2017/050218
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robson NUNES OLIVEIRA DE BIAGGI
José Francisco TOESCA BALDASSIM
Original Assignee
Nunes Oliveira De Biaggi Robson
Toesca Baldassim Jose Francisco
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions

Definitions

  • the present invention relates to the area of hydrocarbon extraction, more specifically to the construction of oil wells, on land or sea platforms. More particularly, it refers to the field of drilling management systems where continuous process evaluation is required for decision making with the aim of optimizing drilling by obtaining high performance rates of operations execution.
  • the widely used method for drilling is the rotary.
  • a rotary drilling rig is used, which has its scheme represented in figure 1.
  • drilling is performed by rotating a drill 18 with a certain weight applied to it, which promotes drilling through crushing and shearing.
  • the combined effect of the weight on the drill and its rotation on the formation causes fragmentation of the rock, promoting the advance of the well depth.
  • the process consists of rotating down a drill string having at its end a drill of ultra resistant material.
  • This drill string consists of several tubular elements connected to each other.
  • drill 18 At the lower end of the drill string is drill 18.
  • BHA Next is a set of drill tools called the "bottom hole assembly" or BHA 17.
  • the BHA consists of motors, outriggers, turbines, profiling tools, etc.
  • This fluid is pumped by Mud Pump 7 through Drilling Fluid Hose 6, the fluid being inserted into the drill string via the injection head 9.
  • the injection head also known as the injection pump, is more commonly used. as “swivel” (swivel stand).
  • this element has been replaced by a complete system capable of providing torque to the drill string as well as injecting fluid into it.
  • This system is called a "top drive” 9 and will be detailed below. Since the element that connects to the top of the drill string can be a top drive or a swivel, it is very often referred to as a traveling block. Therefore, as the rock is destroyed and the generated gravels removed through the pumped fluid, the well deepens.
  • the weight applied to the drill is the result of the weight of the drill string itself.
  • the total weight of the column is much higher than necessary for better drilling performance and bearable by the drill and / or column components.
  • the drill string works suspended so that only part of it is under compression and all the rest under traction due to the action of a load-bearing system, which is used for column maneuvers and weight control. effectively applied to the drill.
  • This weight on the drill is called WOB (Weighton Bit).
  • the total weight of the column is measured by column weight sensor 8, which consists of a load cell installed in the portion of the drill cable 2 that is attached to the anchor 38.
  • This support system consists of the crane3, crowning block 4, mast 1, catarina 5, drilling cable 2, anchor 38 and the top drive itself 9.
  • the crane collects the cable, the catarina is pulled up.
  • the catarina goes down. In this way, the catarina can be moved vertically from platform level 11 to the top of the mast 1.
  • the catarina also follows its movement and, consequently, the drilling column connected to the block also moves.
  • each movement of the block has its magnitude added to the position of the drill, for example, if the block moves one meter down the mast, there has been an increase of one meter in drill depth and vice versa.
  • the block displacement also generates the column displacement
  • its position along the mast is used as an indirect measure of the position of the drill, ie the block position is a parameter used for the depth reference. bit depth, therefore, the hole depth.
  • the position of the block is measured by an incremental encoder 21 which can be installed directly on the crane axle on land platforms or, in the case of a marine platform, equipment that linearly releases and collects a steel cable attached to the block, called " geolograph "22.
  • Rotation can be transmitted to the drill by turning the drill string itself or by rotating the drill only through bottom motors or turbines. These elements harness the hydraulic energy of the fluid that is pumped through the column to generate the rotational motion.
  • Topic Drive is basically a motor capable of generating column rotation while coupling the fluid pumping circuit with the drilling column and supporting the entire load. This element slides on vertical rails that are fixed to the platform mast and is suspended by means of wire rope which is retracted by a crane.
  • the professional responsible for operating the "top drive” is called a sounder. This is not the decision maker of the operation, but what should control the drill rig so that the parameters set by the drill engineers in conjunction with the directional drill are put into practice.
  • Oil wells are drilled in stages or phases. Each phase has a smaller diameter than its predecessor phase. When a phase is completed, casing 16 of such phase should be performed. Thus, a metal pipe with a diameter smaller than the well is inserted. The annular space between the outer casing wall and the well wall 19 is filled with cement.
  • connection When one tubular section is connected to another, such activity is called connection. After a connection there is a maneuver where the connected section must be inserted into the well, ie the drill should take the block from the highest position of the mast to the lowest position in case of insertion into the well and vice versa in case of column removal from the well. A new section must be connected and the column maneuvering operation repeated until it reaches the bottom or surface, depending on the nature of the operation. For the connection to be made it is necessary to disconnect between the drill string and the block. For this, the portion of the column that is inside the well is suspended in this time interval by a slips 95.
  • This wedge surrounds the circular section of the tube that is at platform level and performs the locking of it, keeping all the suspended the drill string for a pipe section to be inserted or removed.
  • Each of these sections composed of grouping of, is called a "stand".
  • the number of drill pipes to form a stand depends on the size of the platform mast, but as a rule, it consists of three drill pipes previously connected to each other.
  • This cycle described above can be of three types:
  • each tubular section is a drill pipe
  • the current operation may be a tripping or drilling.
  • tripping it can be trip-in (if new stands are being inserted into the column) or trip-out (if stands are being removed from the column).
  • the cycle also includes a connection, however, this connection differs from the trip connection which will be discussed in more detail below.
  • the movement of the block from the top of the mast to the platform level occurs by drilling a portion of formation equivalent to the amplitude of this vertical displacement of the block, that is, by drilling a "stand";
  • each tubular section is a liner, the operation is called a Liner Descent; c) If each tubular section is a "Riser”, the operation is called “Riser” Lowering or Rising, depending on the direction of movement.
  • the proposed method will have the purpose of auditing the speeds of the connections, maneuvers and Trip, Drilling, Coating and Riser operations, providing real-time feedback to operators, enabling continuous assessment for instant proactive actions, as well as management tools for the system administrator responsible for the customer's performance. operations.
  • US20140277752A1 published 18/03/2014, refers to Drilling Guidance System and Methods to Filter Data, which describes integrated methods and systems for optimizing drilling operations that include data recording, analyzing the Interval data and analyze said intervals to determine if the performance data at each time interval is of sufficient quality to use the interval data in a performance optimization process.
  • Quality assessment may involve evaluating data against a set of standards or certain ranges.
  • the performance optimization process may use data mapping and / or modeling to make recommendations for the performance optimization process.
  • US201401 1677A1 on a Method and System for Enhanced Drilling Operations Using Real-Time and Historical Drilling Data which describes methods and systems for enhanced drilling operations using real-time drilling data. to predict wear, pore pressure, rotary friction coefficient, permeability, and real-time cost and to adjust real-time drilling parameters based on predictions obtained.
  • Real-time forecasting is done by processing drilling data through a multilayer neural network. The predicted wear of Real-time tooling is done using real-time drilling data to predict a tool efficiency factor and detect changes in the tooling efficiency factor over time. These forecasts can be used to adjust drilling parameters in real time drilling operation.
  • Methods and systems may also include determining various hydraulic parameters along the bore and a rotational coefficient of friction. Historical data can be used in combination with real-time data to provide system assistance and identify security concerns.
  • US7142986B2 published 03/08/2003, refers to a System for Real Time Drilling Optimization, which includes obtaining previously acquired data, querying a remote data store for current data, determining parameters of optimized drilling, and storing optimized parameters for a next segment in the remote data storage system. Determining optimized drilling parameters can include current data with previously acquired data, predicting drilling conditions for the next segment, and optimizing drilling parameters for the next segment.
  • the present invention aims to provide instant feedback (immediate positioning) of operations, to the operational level, which is not strategically defined in previous documents.
  • the main element is the ruler where the borehole should follow the position of the block for maneuvering and the timing with the connection sub-phases.
  • the present invention therefore aims to obtain instant feedback - immediate positioning, for the right people, regarding the performance of activities performed in oil well construction operations.
  • the inventive system will acquire data from the column weight and block position sensors for performance measurement.
  • the system must provide an interface to the poller to follow the settings automatically established by the system or an administrator responsible for the performance of the operation.
  • the probe interface will show which position the block should be at all times during maneuvers. It will also show timer with reference times for each sequential sub-step during connections. Additionally the probe interface will have historical data of the connections and maneuvers performed, as well as an alarm console and messages logged by the administrator.
  • Drill optimization techniques are widely studied and applied in operations around the world. These include well planning, geological features, equipment specifications and limitations, drilling parameters to be used, etc., however, the total time spent on drilling operations includes a significant portion of activities that do not consist in drilling itself, but in adjacent activities.
  • the purpose of this invention is to perform performance auditing and immediately provide performance feedback so that both the performance manager and the operators involved can glimpse exactly how the operation they are performing is going on, enabling proactive and instant actions, such as accelerating or slowing down to compensate for eventual deviations from the pre-established goals, generating consistency, safety and resource saving.
  • FIG. 1 Schematic of a rotary drilling rig with its main elements relevant to the scope of this invention
  • Figure 2 System block diagram, with its entities and interrelationships
  • Figure 7 Relationship between motivation and ability to perform tasks.
  • the present invention relates to a method implemented by means of a computer system for providing real time auditing and feedback of the performance of oil well drilling operations.
  • Figure 2 illustrates a block diagram of the main system entities as well as their interrelationships.
  • An agent to configure operations 26.
  • This agent is responsible for the performance of operations on the platform, and will be referred to hereafter by an administrator.
  • Administrator performs configuration of operations 26, which can be of four types: BHA Run 27 - BHA Run, Casing Run 28 Coating Run, Riser Run 29 Punch Riser Run , or time operation 30.
  • the column 8 weight sensor To determine the current state of the operation, ie whether it is in connection or maneuvering / drilling, data from the column 8 weight sensor is used. There is a measured weight threshold that indicates whether the column is suspended by the load-bearing system or if it is seated on a wedge (slips) at the base of the platform. This threshold is given by the weight of the block plus the "SlipsThreshold” parameter, which is an applied margin for the weight of a pipe stand. Thus, if [0041] the weight measured by the sensor is above the sum of the block weight with the slips threshold value, it means that the column is suspended. Otherwise, it means that the column is seated on the wedge and the load bearing system is lifting only the block or block with only one section of tubes. These two states are called “out-of-slips" and “in-slips” respectively.
  • the state determined for the system may be maneuvering or drilling, depending on the depth and type of operation.
  • a Run BHA type operation is basically an operation where there will be a BHA run for various purposes, for example for drilling a new phase. from the well. In it, the drill is first inserted into the well together with the rest of the BHA, constituting a heterogeneous stage of operation that cannot be measured by repetitive and similar maneuvers, as the BHA is formed by several components with very distinct and particular characteristics. Therefore, BHA assembly is an operation that generally has no performance specification, but may have its time measured for historical reference. Next, BHA 17 must reach the bottom of the well for drilling to begin.
  • This descent occurs by including "cl ri 11 pipes” 10 in the drill string, constituting stages with repetitive maneuvering and connection processes.
  • an open well there is well-tripped in-well and open-well trip-in.
  • the point that delimits the boundary between lined well and open well is the end of the lining of the last lined section. This point is called a "casing shoe” 20, and is also referred to as a shoe or "shoe”.
  • connection time has its performance measured by the system, since block movement refers to the rate of rock penetration (ROP), which is dependent on the nature of the formation. being drilled, among other variants.
  • ROP rock penetration
  • the parameters that can be changed to affect the penetration rate are drill weight (WOB), rotation (RPM), flow rate and torque.
  • WOB is the parameter that requires the largest number of iterations by the poller.
  • such a task is dependent on the prober's degree of experience and his dedication to constantly keeping the parameters adjusted as predetermined.
  • the present invention proposes unprecedented improvement, since the ROP-conjugated predictive analysis algorithm of the WOB allows precisely to calculate the block displacement required to generate a certain weight on the drill.
  • the drilling optimization control is brought to the same maneuvering control interface that is available to the drilling rig. Therefore, during drilling the optimization method of this invention informs the drill which position the block should be in to generate the desired WOB to promote the best penetration rates.
  • connection that occurs during drilling despite being between "cl ri 11 pipes" is different from the connection that occurs during "trip-in".
  • the difference is that during trip-in - insertion of the drill string - there is no pumping of drilling fluid.
  • this connection called a wet connection, takes longer than the trip connection, called a dry connection.
  • the drilling is closed and the trip-out process, which is the removal of the drilling column from the well, begins. Similar to trip-in, there is open-pit and coated-well tripping. When the top of the BHA reaches the surface, the trip-out process ends and the BHA disassembly process begins, which is an operation analogous to the assembly of the BHA, having only its time measured as a reference.
  • Figure 3 illustrates a process flowchart and identification metrics for each step of the "BHA Run" type operation.
  • the depth of the drill is monitored indirectly by incremental measurements of the block position in conjunction with the measured weight. If the bit depth (Bit Depth - BD) is less than the length of the BHA (Drill Depth ⁇ BHA Length? - 40), the ongoing process is mounting the BHA 41, where the run time is measured. . When the depth of the drill exceeds the length of the BHA, the assembly of the BHA is completed and tripping in a lined well 43 is initiated until the depth of the drill is less than the end of the coating - shoe depth. Drill ⁇ Shoe Depth? - 42).
  • a Casing Run operation consists of inserting a casing into a previously drilled well section. It is a set of interconnected tubes or screens, forming an extensive pipe called "Casing" 16. The diameter of this pipe is smaller than the diameter of the section to be coated. In this way, an annular space between the casing and the well wall is free to later be filled with cement or not.
  • Figure 4 illustrates a process flowchart and identification metrics for each step of the "Casing Run" type operation.
  • Operation 55 begins with lowering of liner 57 until the depth equals the total liner size (Drill Depth ⁇ Total Liner Length? - 56).
  • "cl ri 11 pipes” are used in the same way as in the "Run” BHA operation.
  • This column formed of “cl ri 11 pipes” used in the "Casing Run” operation is called the nesting column. While the lining depth is less than the shoe depth (Drill Depth? - 58), a lined well column tripping occurs 59. Below the shoe depth ", tripping in of the open pit seating column 61 occurs while the casing depth is less than that of the well (Drill Depth ⁇ Well Depth? - 60).
  • a "Riser Run” operation consists of the descent or ascent of thick pipe from the platform to the seabed and vice versa, ie contemplates the entire vertical extension of the water slide.
  • This operation can also be called a “run” BOP, as the BOP 14 is carried to the wellhead lifted by the "Riser”. Therefore, a "Riser” drop or a “Riser” drop may occur as the BOP needs to be periodically serviced or in case of problems it must be removed for corrective maintenance.
  • Figure 5 illustrates a flowchart of "Riser Run” type operation.
  • Operation 69 begins. If it is Riser descent operation - 70, as long as the depth does not reach the full length of the Riser (Drill Depth ⁇ Total Riser Length? - 71) The down operation of "Riser” 72 occurs. If it is a “Riser” ascent operation while the depth is greater than zero (Drill Depth> Zero? - 73), the "Riser” ascent operation 74 occurs. When the depths are reached, operation 75 is completed.
  • a time operation consists of an operation that can have subsequent steps listed to be performed and which is not related to execution. maneuvering / drilling and connections. This type of operation can be registered with a time limit and this progress is also given in real time to operators and the audited times make up management reporting information.
  • the operations of the four types presented are configured in order with respect to the chronology in which they will occur, forming a list.
  • the current operation must be defined 31.
  • the actual start of the operation is given by the administrator through the administrator interface 35 or by the probe via the probe interface 36. If there are no operations configured, there is an option to start the operation. a generic operation that can later be retroactively framed into a configured operation.
  • This module uses a real time database 25 which is fed by a signal conditioning and acquisition system 24.
  • This The system is capable of direct acquisition of the analog signal from the column 8 weight sensor and the digital signal from encoder 21 for block position. It is also capable of indirect data acquisition through the platform's industrial network, in the Wits, Witsml, Frofibus, Modbus and Profinet industrial protocols.
  • the Professional Scores module 34 is responsible for this calculation and for storing all this information in database 33.
  • the probe interface is a key part of the process, as the action instructions are given to the central operator of the operation, the probe.
  • the Start / End / Next button 76 allows the poller to give the start operation command in box 77 (Current Operation).
  • the caption of the started operation has its look changed to indicate that the current operation is in progress.
  • Button 76 displays the caption "End”, which now serves as the instrument for completion of the operation.
  • box 77 is blank and button 76 displays the "Next" caption, which allows the drill to pass the operation from box 78 (Next Operation) to box 77.
  • An immediately forward operation in the list of configured operations enters the next operation box and the button 76 will display the "start” caption again, closing the cycle that repeats for each operation.
  • Item 79 displays the accumulated score of the operation and item 80 displays the instant score.
  • a ruler representing the position of block 83 is the central element and consists of the most relevant innovation proposal.
  • the system calculates the ideal position that the block should be at all times, both in maneuvering and drilling, and represents through a target 85 positioned and moving vertically on the ruler.
  • the actual current position of the block is read by the system and represented by a cross-hair 84.
  • the sounder monitors the position of the block by pushing up or down as much as possible, it will reference the ideal position at all times.
  • the operation score is calculated with an algorithm that checks how far away from the ideal position the block is at any given moment.
  • maneuvers there is of course a faster displacement than during drilling, which must be followed by the drill, without the system worrying about the reference weight in the drill.
  • the system applies the predictive algorithm that analyzes the penetration rate and weight on the drill, resulting in the block displacement for the best penetration rate to be. achieved. In this way, this displacement is replicated to the probe interface, that is, the target 85 goes to the position determined by the algorithm, inducing the probe to take the block to the same position.
  • ruler 83 turns into a timer with a reference time. The greater the difference between the reference time and the time actually performed, the lower the assigned score. This way both a much faster than desired connection and a much slower connection will have performance indicators degradation. Performance degradation in case of delay is negative for obvious reasons as it consumes more time and therefore more resources. If it is performed with a time that is too short of the ideal time is saved, however, there is an unnecessary insertion of risk in the operation. Therefore, the great advantage of this approach is the consistency of the operation to maximize performance without deteriorating safety.
  • connection times 81 is displayed graphically as bars, as well as the history of switching times 82.
  • Alarms are indexed by depth or time. Thus, they are displayed at the appropriate time of the operation with request for confirmation by the surveyor.
  • Table 87 aggregates all team members currently participating in the operation. Each individual 88 is properly identified and has their individual cumulative score 89 displayed.
  • Administrator interface 35 also contains historical connection and maneuvering information that is present on the driller's interface. Accumulated and instantaneous operation scores are displayed, counters of joints inserted or withdrawn from the well, total number of joints to be inserted or withdrawn from the well, total time elapsed from the operation and the VTR, which will be explained below.
  • the VTR - yield rate variation - is a coefficient that can be applied to the payment of charter rates of the operator (service contractor) and platform (contracted), under the performance contract.
  • the calculation metric varies from contract to contract, but basically it is to apply a reduction in the receivable by the platform for the charter if performance is below a certain threshold or to apply a bonus in the receivable if performance is above a certain threshold.
  • a maximum threshold Vmax from which there is no further bonus increase with the VTR assuming its maximum value
  • a reference threshold Vzero which is the default value of the contracted charter.
  • a minimum value Vmin below which the VTR assumes its minimum value and there is no further decrease.
  • the VTR gradually increases (linearly or as per specific metric) as performance goes from Vmin to Vmax, as stipulated in the contract. Therefore, the ideal is that the platform always operates in Vmax, avoiding being below to have its bonus maximized and also avoiding being above, because in this condition would be putting unnecessary wear on your equipment, degrading the safety of operation and overloading your team without any benefit.
  • the real-time display of the VTR gives the administrator full control over maximizing the client's operating and hence financial income.
  • the systematically calculated VTR can be used to converge the VTR information calculated by the contractor and service contractor if both use the system or, if only one of them use it, to serve as a solid argumentation base with clear and objective data. to be shown in case of divergence of information.
  • the message box is also present as in the poller interface, but with the additional possibility of inserting message texts to be shown to the poller. Therefore, message flow is only in the administrator's direction to the poller, as it is not desirable for the poller to focus on performing the messy typing operation.
  • the poller should only acknowledge the acknowledgment of messages and alarms when they are entered, where such acknowledgment is given only by a tap or click on the message / alarm.
  • Optimal Time represents the planned evolution of the operation without delays or advances.
  • Executed represents what has actually been executed to date.
  • Projection represents the projection of the operation execution if the new calculated parameters are applied.
  • the administrator While in manual correction mode, the administrator manually applies an acceleration or deceleration factor to the reference speeds of the current operation. Thus, the system informs the time and amount of maneuvers and / or connections that will be necessary for the effective correction of the operation course if the new parameters are applied. There is also graphic illustration with plotting of the lines Great Time, Execution and Projection. Exemplifying manual mode, the administrator simulates a 10% increase in reference speeds. The system calculates the amount of time and number of connections and maneuvers required to correct the delay and displays to the administrator who decides whether or not to apply such a change.
  • the administrator informs the system of the number of connections and maneuvers that he wants the course of operation to be gradually corrected.
  • the system calculates all parameters that must be applied for such a correction to occur within the set maneuvering and connection interval.
  • the administrator When in automatic mode, the administrator sets a maximum acceptable delay and advance for operation, as well as a correction interval that can be set in time or in number of maneuvers and connections. At all times the system compares the planned with the actual executed, and if the advance or delay is greater than the established, the system automatically applies correction factors at the operating speeds so that the error is gradually corrected within the established range, without necessity. administrator's action until automatic mode is disabled. Exemplifying the automatic mode, the administrator sets the delay and advance limits to be 5 minutes and the correction to be applied to 10 connections and / or maneuvers or 30 minutes. Thus, whenever a delay or advance exceeds 5 minutes, the system calculates all parameters so that in 10 connections and / or maneuvers (or 30 minutes) the operation is corrected automatically.
  • Figure 7 presents a graph illustrating the relationship between skill and motivation for performing tasks with habit generation.
  • the vertical axis 90 shows the individual's motivation level, with a low level in the lower portion and a high level in the upper portion.
  • the horizontal axis 91 is represented the skill level, that is, the degree of difficulty perceived by the individual according to their preparation for a given action.
  • On the left is the highest degree of difficulty required to perform the task and on the right is the lowest degree of difficulty.
  • This relationship is a trade-off, ie an increase in difficulty requires a higher level of motivation and vice versa.
  • action line 92 is called action line 92.
  • actions positioned in region 94 that is, below the action line, fail even with the presence of triggers.
  • Actions positioned in region 93, above the action line are performed and generate habit when there is a trigger for execution. Based on this context, it is evident that for habit generation, two ways are possible: increase the motivation level or reduce the difficulty level. However, before addressing the difficulty or For motivation, you need to make sure that the triggers of the desired habits are actually being applied. Triggers are elements that signal individuals something they usually know they have to do, but a reminder that actually starts the process is paramount. Examples of triggers are beeps, lights, visual instructions, messages etc.
  • the present invention proposes the simplification of operations by means of interface system with clear and direct instructions, segmenting operations into sub-phases whenever possible, with the appropriate triggers presented at the appropriate times.
  • this mechanism individuals observe all their tasks above the action line 92 and build the desired good habits.
  • Engagement fechamento "comes from the closure of the engagement cycle, with all three elements of this engagement cycle present.

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Abstract

A presente invenção é relativa a um método e um sistema aplicados às operações de construção de poços de petróleo com o objetivo de medir as performances de execução das diversas operações que circundam a construção de um poço e prover, em tempo real, informações sobre a execução para tomada de decisões. Ainda, o sistema apresenta, a todo o momento, as orientações a serem seguidas pelos operadores atuantes na sonda de perfuração, para que os mesmos executem as operações de forma consistente, ou seja, não em velocidade inferior ou superior à determinada, mas sim, efetivamente, na velocidade estabelecida. Desta forma, não há deterioração da segurança por manobras realizadas em velocidades demasiadamente altas, nem tampouco atrasos e perdas por manobras realizadas em velocidades inferiores às pré-determinadas.

Description

Método e sistema automatizado para auditoria e posicionamento (feedback) em tempo real das performances das operações de construção de poços de petróleo
Campo da Invenção
[0001 ] A presente invenção está relacionada com a área de extração de hidrocarbonetos, mais especificamente com a construção de poços de petróleo, em plataformas terrestres ou marítimas. De maneira mais particular, refere-se ao campo dos sistemas de gerenciamento de perfuração onde se faz necessária avaliação contínua do processo para tomada de decisões com o objetivo otimizar a perfuração por meio da obtenção de altos índices de performances de execução das operações.
Descrição do Estado da Técnica
[0002] A obtenção de hidrocarbonetos depende de uma extensa cadeia de processos até que estes sejam transformados nos mais diversos tipos de insumos e produtos. Um destes processos é o da perfuração.
[0003] O método amplamente utilizado para a perfuração é o rotativo. Para tanto, uma sonda de perfuração rotativa é utilizada, a qual tem seu esquema representado na figura 1 .
[0004] Neste método, a perfuração é realizada através do movimento de rotação de uma broca 18 com um certo peso aplicado sobre a mesma, fato que promove a perfuração por meio do esmagamento e cisalhamento. O efeito combinado do peso sobre a broca e da sua rotação sobre a formação causa fragmentação da rocha, promovendo o avanço da profundidade do poço.
[0005] O processo consiste em descer rotacionando uma coluna de perfuração possuindo em sua extremidade uma broca de material ultrarresistente. Esta coluna de perfuração é composta por diversos elementos tubulares conectados uns aos outros. Conforme mencionado anteriormente, na extremidade inferior da coluna de perfuração está a broca 18. Em seguida há um conjunto de ferramentas de perfuração denominado "bottom hole assembly" ou BHA 17. O BHA é composto por motores, estabilizadores, turbinas, ferramentas de perfilagem, etc. Acima do BHA há uma extensa coluna que vai até a superfície, composta por canos rosqueados entre si, denominados "cl ri 11 pipes" (tubos de perfuração) 10. Com o objetivo principal de trazer para a superfície estes cascalhos gerados, é injetado por dentro da coluna de perfuração um fluido que passa através da broca e retorna através do espaço anular existente entre a coluna de perfuração e as paredes do poço. Este fluido é bombeado pela Bomba de Lama 7 através da Mangueira de Fluido de Perfuração 6, sendo o fluido inserido no interior da coluna de perfuração por meio da cabeça de injeção 9. Em sistemas mais antigos é mais utilizada a cabeça de injeção, também conhecida como "swivel" (suporte giratório). Em sistemas mais modernos, tal elemento foi substituído por um completo sistema capaz de fornecer torque à coluna de perfuração além de realizar a injeção do fluido na mesma. Este sistema é chamado de "top drive" 9 e será detalhado adiante. Como o elemento que se conecta ao topo da coluna de perfuração pode ser um "top drive" ou um "swivel", é muito comum este ser referenciado como "traveling block", ou simplesmente bloco. Portanto, à medida que a rocha vai sendo destruída e os cascalhos gerados retirados por meio do fluido bombeado, observa- se o aprofundamento do poço.
[0006] O peso aplicado sobre a broca é resultante do próprio peso da coluna de perfuração. Entretanto, o peso total da coluna é muito maior do que o necessário para o melhor desempenho da perfuração e o suportável pela broca e/ou componentes da coluna. Assim, a coluna de perfuração trabalha suspensa de modo que apenas uma parte da mesma fique sob compressão e todo o restante sob tração devido à ação de um sistema de sustentação de cargas, o qual é utilizado para as manobras da coluna e para controlar o peso efetivamente aplicado na broca. Este peso sobre a broca é denominado WOB (Weighton Bit). O peso total da coluna é medido através do sensor de peso da coluna 8, que consiste em uma célula de carga instalada na porção do cabo de perfuração 2 que está preso à âncora 38.
[0007] Este sistema de sustentação é composto pelo guindaste3, bloco de coroamento 4, mastro 1 , catarina 5, cabo de perfuração 2, âncora 38 e o próprio "top drive" 9. Quando o guindaste recolhe o cabo, a catarina é puxada para cima. Quando há liberação de cabo, a catarina desce. Desta forma, a catarina pode ser movimentada verticalmente do nível da plataforma 1 1 até o topo do mastro 1. Como o bloco está preso à catarina, este também acompanha seu movimento e, consequentemente, a coluna de perfuração conectada ao bloco também se movimenta.
[0008] Portanto, cada movimentação do bloco tem sua magnitude adicionada à posição da broca, por exemplo, se o bloco se movimenta um metro para baixo no mastro, significa que houve incremento de um metro na profundidade da broca e vice versa. Assim, como o deslocamento do bloco também gera o deslocamento da coluna, a sua posição ao longo do mastro é utilizada como medida indireta da posição que a broca se encontra, ou seja, a posição do bloco é um parâmetro utilizado para a referência de profundidade da broca (bit depth), consequentemente, da profundidade do poço (hole depth). A medição da posição do bloco é feita por encoder incremental 21 que pode ser instalado diretamente no eixo do guindaste em plataformas terrestres ou, em caso de plataforma marítima, a um equipamento que libera e recolhe linearmente um cabo de aço preso ao bloco, denominado "geolograph" 22.
[0009] A rotação pode ser transmitida para a broca girando-se a própria coluna de perfuração ou girando apenas a broca através de motores de fundo ou turbinas. Estes elementos aproveitam a energia hidráulica do fluido que é bombeado através da coluna para gerar o movimento de rotação.
[0010] No caso das plataformas mais antigas, utilizava-se para a transmissão da rotação para a coluna uma técnica baseada em um tubo com seção quadrada, denominado "Kelly System", que era acoplado aos tubos da coluna de perfuração. Assim, uma mesa rotativa na plataforma encaixa- se a esta seção quadrada do Kelly e transmite a rotação para todo o sistema. Entretanto, este mecanismo praticamente não é mais utilizado, pois a maioria das operações utiliza os sistemas de "Top Drive", conforme mencionado anteriormente.
[001 1 ] O "Top Drive" é basicamente um motor capaz de gerar a rotação da coluna, ao mesmo tempo acoplando o circuito de bombeio de fluido com a coluna de perfuração e sustentando toda a carga. Este elemento desliza sobre trilhos verticais que estão fixados ao mastro da plataforma e fica suspenso por meio de cabo de aço cujo recolhimento é feito por um guindaste.
[0012] É evidente que para que a operação de perfuração ocorra, há envolvimento de muitos outros sistemas e subsistemas, entretanto, estes citados até aqui são os elementos centrais que caracterizam o básico da operação de perfuração. Assim, fica caracterizado que a parte operacional de parâmetros da perfuração está, basicamente, concentrada na operação do "Top Drive", já que é através dele que se executam as manobras necessárias para que a perfuração ocorra, ou seja, controlando sua posição vertical no mastro, o peso sobre a broca e a rotação da coluna - e o torque, por consequência.
[0013] O profissional responsável por operar o "top drive" é chamado de sondador. Este não é o agente de decisão da operação, mas sim o que deve controlar a sonda de perfuração de modo que os parâmetros estabelecidos pelos engenheiros de perfuração em conjunto com o perfurador direcional sejam colocados em prática.
[0014] Além da perfuração propriamente dita é necessário que seja realizada uma infinidade de operações adjacentes. Dentre elas, para o escopo desta invenção, além da perfuração em si, destacamos manobras da coluna de perfuração, conexões de elementos da coluna de perfuração, revestimento ou "Riser" (Riser de Perfuração), descidas de revestimento, descidas e subidas de BOP, as quais terão suas relevâncias mencionadas a seguir após uma breve explanação do fluxo da operação.
[0015] Os poços de petróleo são perfurados em etapas ou fases. Cada fase possui diâmetro menor que sua fase antecessora. Quando uma fase é concluída, o "casing" (revestimento) 16 de tal fase deve ser realizado. Assim, é inserida uma tubulação de metal com diâmetro menor do que o poço. O espaço anular entre a parede externa do revestimento e a parede do poço 19 é preenchido com cimento.
[0016] Em operações marítimas há necessidade de utilização de uma extensa tubulação, denominada "Riser" 15, que vai da superfície até o fundo do mar e serve como condutor da perfuração com o objetivo de isolar o ambiente marinho dos equipamentos, fluidos e resíduos das operações. Em sua porção inferior, o "Riser" é conectado a um elemento utilizado para controle de estabilidade do poço denominado BOP 14 (blowout preventer). Este equipamento é posicionado na cabeça do poço que fica no fundo do mar 13.
[0017] As magnitudes de profundidades alcançadas nas operações estão na casa dos milhares de metros. Desta forma, seria impossível possuir colunas de perfuração previamente montadas para tais operações. Assim, a coluna de perfuração, ou de revestimento ou de "Riser", é obtida através da junção de diversos elementos tubulares de tamanhos inferiores ao tamanho do mastro. Portanto, a realização destas junções consiste em realizar processos repetitivos que tomam uma quantidade muito significativa de tempo dentro do processo de construção de poço.
[0018] Quando uma seção tubular é conectada à outra, tal atividade é denominada conexão. Após uma conexão há uma manobra, onde a seção conectada deve ser inserida no poço, ou seja, o sondador deve levar o bloco da posição mais alta do mastro até a posição mais baixa em caso de inserção no poço e vice-versa no caso de retirada de coluna do poço. Uma nova seção deve ser conectada e a operação de manobra da coluna repetida até que se chegue no fundo do poço ou à superfície, dependendo da natureza da operação. Para que a conexão seja realizada é necessário fazer a desconexão entre a coluna de perfuração e o bloco. Para tanto, a porção da coluna que está dentro do poço ficar suspensa neste intervalo de tempo por uma cunha (slips) 95. Esta cunha envolve a seção circular do tubo que está no nível da plataforma e realiza o travamento do mesmo, mantendo suspensa toda a coluna de perfuração para que uma seção de tubulação seja inserida ou retirada. Cada uma destas seções, composta por agrupamento de, é chamada de "stand". O número de drill pipes para formar um stand depende do tamanho do mastro da plataforma, mas via de regra, é composto por três drill pipes previamente conectados entre si.
[0019] Este ciclo descrito anteriormente pode ser de três tipos:
a) Se cada seção tubular for um "drill pipe", a operação corrente pode ser uma "trip" ou perfuração. No caso de "trip", pode ser "trip-in" (se estiver ocorrendo inserção de novos "stands" na coluna) ou "trip-out" (se estiver ocorrendo retirada de "stands" da coluna). No caso da perfuração, o ciclo inclui igualmente uma conexão, entretanto, esta conexão apresenta diferença em relação à conexão de "trip" que será abordada com mais detalhes adiante. Ainda com relação à perfuração, a movimentação do bloco do topo do mastro até o nível da plataforma se dá pela perfuração de uma porção de formação equivalente à amplitude deste deslocamento vertical do bloco, ou seja, pela perfuração de um "stand";
b) Se cada seção tubular for um revestimento, a operação é denominada Descida de Revestimento; c) Se cada seção tubular for um "Riser", a operação é denominada Descida ou Subida de "Riser", dependendo do sentido da movimentação.
[0020] Portanto, dentre as operações citadas como relevantes para o escopo desta invenção, todas resumem-se à realização da movimentação de tubulação ou de conexão das seções de tubulação. Assim, o método proposto terá como finalidade auditar as velocidades das conexões, manobras e demais atividades das operações de "trip", perfuração, revestimento e "Riser", provendo feedback em tempo real para os operadores, possibilitando avaliação contínua para ações proativas instantâneas, bem como ferramentas gerenciais para o administrador do sistema, responsável no cliente pela performance das operações.
[0021 ] Além destes tipos de operações citados anteriormente, há operações que não estão relacionadas à movimentação do bloco, portanto, não podem ter suas performances medidas através das velocidades de manobra. Entretanto, pode haver contratualmente especificações de tempos máximos de execução para tais atividades. Assim, adicionalmente, o método prevê o monitoramento do tempo gasto com estas operações.
[0022] É conhecido do estado da técnica o documento US6892812B2, publicado em 27/1 1/2003, o qual se refere a um Método Automatizado e Sistema para determinar o bom estado de operação e realizar a avaliação do processo, objetivando determinar o estado de uma perfuração ou outras operações de forma adequada, incluindo o armazenamento de uma pluralidade de estados para o bom funcionamento, sendo que dados mecânicos e hidráulicos são recebidos para a operação de forma satisfatória. Com base nos mencionados dados mecânicos e hidráulicos, um dos estados é selecionado automaticamente como estado de funcionamento do poço. A avaliação do processo pode ser feita com base no estado de funcionamento do poço.
[0023] O documento US20140277752A1 , publicado em 18/09/2014, se refere a Sistema de Orientação de Perfuração e Métodos para Filtrar Dados, que descreve métodos e sistemas integrados para otimizar as operações de perfuração que incluem a gravação de dados, analisar os dados em intervalos e analisar os referidos intervalos para determinar se os dados de desempenho em cada intervalo de tempo é de qualidade suficiente para usar os dados de intervalo em um processo de otimização de desempenho. A avaliação da qualidade pode envolver avaliar os dados contra um conjunto de padrões ou intervalos determinados. O processo de otimização de desempenho pode utilizar o mapeamento de dados e/ou modelagem para fazer as recomendações do processo de otimização de desempenho.
[0024] O documento US20130066471 A1 , publicado em 14/03/2013, referente a Sistemas de Orientação de Perfuração e Métodos com Árvores de Decisão dos para Aprendizagem e Modos de Aplicação, o qual descreve métodos e sistemas integrados para otimizar as operações de perfuração de forma inter-relacionada, incluindo motores de busca globais e motores de busca local para encontrar um valor ideal para pelo menos um parâmetro de perfuração controlável, além de árvores de decisão para selecionar algoritmos relacionados a modo de aprendizagem e modo de aplicativo para gerar recomendações operacionais com base nos resultados de busca globais e locais. As recomendações operacionais são utilizadas para otimizar o objetivo da função, reduzir disfunções e melhorar a eficiência de perfuração.
[0025] O documento US20090132458A1 , publicado em 21/05/2009, referente a Orientador de Perfuração Inteligente, que descreve um método, um aparelho e um programa a implementação e integração de dados de desempenho de indicadores de penetração, de modo a orientar o pessoal de operações de perfuração com base no conhecimento das propriedades de terra e sensor de poço em tempo real.
[0026] O documento US201401 1677A1 , referente a um Método e Sistema para Operações de Perfuração Melhorada utilizando Dados de Perfuração Históricos e em Tempo Real, que descreve métodos e sistemas para operações de perfuração melhoradas, através da utilização de dados de perfuração em tempo real para prever desgaste, pressão de poros, coeficiente de fricção rotativa, permeabilidade, e o custo em tempo real e para ajustar parâmetros de perfuração em tempo real com base nas previsões obtidas. A previsão em tempo real é feita através do processamento dos dados de perfuração através de uma rede neural multicamadas. A previsão de desgaste de ferramentas em tempo real é feita usando os dados de perfuração em tempo real para prever um fator de eficiência de ferramentas e detectar alterações no fator de eficiências destas ferramentas ao longo do tempo. Estas previsões podem ser utilizadas para ajustar parâmetros de perfuração na operação de perfuração em tempo real. Os métodos e sistemas podem também incluir a determinação de vários parâmetros hidráulicos ao longo do furo e um coeficiente de atrito rotativo. Os dados históricos podem ser utilizados em combinação com os dados em tempo real para fornecer assistência ao sistema e identificar as preocupações de segurança.
[0027] O documento US8145462B2, publicado em 01/12/2005, referente a um Sistema de Síntese de Campo e Método para Otimizar as Operações de Perfuração, que descreve perfis de poços de perfuração e os parâmetros de deslocamento de múltiplas cavidades situadas na proximidade da localização de um furo do poço desejado. Os perfis de poços e dados de parâmetros de perfuração dos poços de deslocamento são sintetizados para determinar os principais contextos de perfuração, incluindo as tendências geológicas, propriedades mecânicas e os diferentes perfis. O desempenho de um ou mais dispositivos de perfuração e os parâmetros de perfuração são simulados, então, dentro dos contextos de perfuração dos poços selecionados. As informações de simulação são utilizadas para selecionar um dispositivo de perfuração otimizado ou parâmetro para a perfuração do poço selecionado.
[0028] O documento US7142986B2, publicado em 03/08/2003, se refere a um Sistema para Otimização de Perfuração em Tempo Real, que inclui a obtenção de dados anteriormente adquiridos, consultando um armazenamento de dados remoto para dados atuais, determinando parâmetros de perfuração otimizados, e armazenando parâmetros otimizados para um próximo segmento no sistema de armazenamento de dados remoto. Determinar parâmetros de perfuração otimizados podem incluir dados atuais com os dados anteriormente adquiridos, prevendo condições de perfuração para o segmento seguinte e, otimizar os parâmetros de perfuração para o segmento seguinte.
Sumário da Invenção
[0029] Diferentemente dos documentos do estado da técnica, a presente invenção tem por objetivo oferecer feedback instantâneo (posicionamento imediato) das operações, para o nível operacional, que não se apresenta definido estrategicamente nos documentos anteriores.
[0030] Ademais, o uso de interfaces para os operadores é visto com ineditismo em relação ao estado da técnica apontado. No caso da interface do sondador, o elemento principal é a régua onde o sondador deve seguir a posição do bloco para as manobras e o cronometro com as subfases das conexões.
[0031 ] A presente invenção visa, portanto, a obtenção de feedback instantâneo - posicionamento imediato, para as pessoas corretas, no que diz respeito performances das atividades executadas nas operações de construção de poços de petróleo.
[0032] O sistema referente à invenção fará aquisição de dados dos sensores de peso da coluna e da posição do bloco para a medição das performances. Ainda, o sistema deve prover interface ao sondador para que o mesmo siga as definições estabelecidas automaticamente pelo sistema ou por um administrador responsável pela performance da operação. A interface do sondador mostrará qual é a posição que o bloco deve estar a todo o momento durante as manobras. Também mostrará cronometro com tempos de referência de cada sub-etapa sequencial durante as conexões. Adicionalmente a interface do sondador terá dados históricos das conexões e das manobras realizadas, bem como um console de alarmes e mensagens cadastrados pelo administrador.
[0033] As técnicas de otimização de perfuração são amplamente estudadas e aplicadas nas operações por todo o mundo. Estas abrangem o planejamento do poço, características geológicas, especificações e limitações dos equipamentos, parâmetros de perfuração a serem utilizados etc, entretanto, o tempo total gasto nas operações de perfuração inclui uma parcela significativa de atividades que não consistem na perfuração propriamente dita, mas sim em atividades adjacentes.
[0034] Estas atividades adjacentes têm suas performances pouquíssimo exploradas historicamente. Como há tecnologias de vanguarda operando em conjunto com ferramentais tecnologicamente ultrapassados, os procedimentos neste segmento sempre estiveram longe de serem os mais otimizados possíveis. Ainda, a necessidade de busca por reservas em ambientes cada vez mais extremos, como águas ultra-profundas e reservatórios de difícil acesso, levou os patamares de custos das operações para níveis altíssimos, fato que tem impulsionado a busca por otimização dos processos na indústria petrolífera. Porém, no âmbito da perfuração, por exemplo, a busca tem sido focada mais para as técnicas da perfuração em si, com melhoria de materiais e design das brocas, motores mais eficientes e resistentes, ferramentas de perfilagem mais precisas e com sensoriamento de dados mais complexos etc. Desta forma, as manobras necessárias para que a perfuração ocorra têm sido deixadas de lado e, até o momento, não há metodologia e/ou sistemas realizando a análise das performances destas atividades em tempo real. Há abordagens no sentido de se medir tais performances de maneira manual ou semi-automatizada, porém os objetivos são voltados para aplicação gerencial com caráter posterior à ocorrência das operações. Assim, no escopo operacional, com os dados vindos destas abordagens existentes, já não há mais tempo hábil para a tentativa de melhoria, visto que a operação auditada já foi concluída, com o agravante de que os operadores acabam não tendo referências claras e objetivas dos pontos que devem ser abordados de maneira diferente para evitar a degradação da performance das operações.
[0035] Portanto, a proposta desta invenção é no sentido de realizar a auditoria das performances e prover, imediatamente, o feedback da performance para que tanto o administrador da performance quanto os operadores envolvidos possam vislumbrar exatamente como está transcorrendo a operação que estão executando, possibilitando a realização de ações proativas e instantâneas, como acelerar ou desacelerar para compensar eventuais desvios das metas preestabelecidas, gerando consistência, segurança e economia de recursos.
Breve descrição das figuras
Figura 1 - Esquema de uma sonda de perfuração rotativa com seus principais elementos relevantes ao escopo desta invenção;
Figura 2 - Diagrama de blocos do sistema, com suas entidades e inter-relações;
Figura 3 - Fluxograma dos processos da operação do tipo BHA "Run" - Corrida de BHA;
Figura 4 - Fluxograma dos processos da operação do tipo "Casing Run" - Corrida de
Revestimento;
Figura 5 - Fluxograma dos processos da operação do tipo "Riser Run" - Corrida de Riser de Perfuração;
Figura 6 - Diagrama da interface do sondador;
Figura 7 - Relação entre motivação e habilidade para execução de tarefas.
Descrição detalhada da invenção
[0036] A presente invenção refere-se a um método, implementado por meio de um sistema computacional para prover auditoria e posicionamento (feedback) em tempo real das performances das operações de perfuração de poços de petróleo. Para melhor compreensão do sistema, a figura 2 ilustra um diagrama de blocos das entidades principais do sistema, bem como suas inter- relações.
Para aplicação do método, inicialmente é necessário que um agente faça a configuração das operações 26. Este agente é o responsável pela performance das operações na plataforma, e será referenciado daqui em diante por administrador. [0037] O administrador realiza a configuração das operações 26, que podem ser de quatro tipos: BHA "Run" 27 - Corrida de BHA, "Casing Run" 28 - Corrida de Revestimento, "Riser Run" 29 - Corrida de Riser de Perfuração, ou operação de tempo 30.
[0038] Para cada tipo de operação, atributos específicos devem ser inseridos para que os algoritmos possam ser aplicados e a performance medida seja efetivamente referente à operação que está em curso. Ainda, os parâmetros de performance contratuais ou de referência devem ser configurados para cada etapa da operação.
[0039] Para determinação do estado corrente da operação, ou seja, se está em conexão ou manobra/perfuração, são utilizados os dados vindos do sensor de peso da coluna 8. Há um limiar de peso medido que indica se a coluna está suspensa pelo sistema de sustentação de cargas ou se está assentada em uma cunha (slips) na base da plataforma. Este limiar é dado pelo peso do bloco somado ao parâmetro "SlipsThreshold" (limite de cunha), que é uma margem aplicada referente ao peso de uma seção (stand) de tubulação. Desta forma, se [0041] o peso medido pelo sensor está acima da soma do peso do bloco com o valor de "slips threshold", significa que a coluna está suspensa. Caso contrário, significa que a coluna está assentada na cunha e o sistema de sustentação de cargas está içando somente o bloco ou o bloco com apenas uma seção de tubos. Estes dois estados são denominados "out-of-slips"(fora de cunha) e "in-slips"(em cunha) respectivamente.
[0040] Portanto, se o estado for "in-slips", assume-se para o sistema que o estado corrente é uma conexão. Se for "out-of-slips", o estado determinado para o sistema pode ser manobra ou perfuração, dependendo da profundidade e tipo de operação.
[0041 ] Os quatro tipos de operações são detalhados a seguir, bem como suas sub-operações.
[0042] 1 - Operação BHA "Run" - Corrida de BHA: uma operação do tipo BHA "Run" basicamente trata-se de uma operação onde haverá corrida de um BHA para finalidades diversas, por exemplo, para a perfuração de uma nova fase do poço. Nela, primeiramente é inserido no poço a broca juntamente com todo o restante do BHA, constituindo uma etapa heterogénea da operação que não pode ser medida por manobras repetitivas e semelhantes, já que o BHA é formado por diversos componentes com características muito distintas e particulares. Portanto, a montagem do BHA é uma operação que geralmente não possui especificação de performance, mas pode ter seu tempo medido para referência histórica. Em seguida, é necessário fazer com que o BHA 17 chegue até o fundo do poço para que a perfuração se inicie. Essa descida, chamada de "Trip-in", se dá pela inclusão de "cl ri 11 pipes" (tubos de perfuração) 10 na coluna de perfuração, constituindo etapas com processos repetitivos de manobra e conexão. Há diferenciação de parâmetros para descer a coluna dentro de uma fase revestida do poço e dentro de uma fase sem revestimento, também chamada de poço aberto. Assim, tem-se "Trip-in" em poço revestido e "Trip-in" em poço aberto. O ponto que delimita a fronteira entre poço revestido e poço aberto é o final do revestimento da última seção revestida. Este ponto é chamado de "casing shoe" 20, sendo também referenciado como sapata ou "shoe". Quando a broca chega ao fundo do poço, encerra-se o processo de "trip-in" e se inicia a perfuração.
[0043] Durante esta etapa, apenas o tempo de conexão tem sua performance medida pelo sistema, uma vez que a movimentação do bloco se refere à taxa de penetração da rocha (ROP - Rate of Penetration), a qual é dependente da natureza da formação que está sendo perfurada, dentre outras variantes. Os parâmetros que podem ser alterados a fim de causar efeitos na taxa de penetração são o peso sobre a broca (WOB), a rotação (RPM), a vazão e o torque.
[0044] Neste contexto, geralmente, os parâmetros de RPM e vazão não são modificados com alta frequência, tornando o monitoramento e controle uma tarefa que exige um número menor de iterações por parte do agente de controle. O torque é, na verdade, uma resposta conjugada dos demais parâmetros, portanto, não há atuação direta no torque, mas sim nos demais parâmetros, salvo quando há limitação do torque por parte do operador.
[0045] Já o WOB consiste no parâmetro que requer o maior número de iterações por parte do sondador. Os profissionais e sistemas com foco em otimização de perfuração trabalham no sentido de controlar o WOB a todo momento, o que leva os sondadores a ter que buscar a movimentação correta do bloco para a obtenção do WOB desejado. Porém, tal tarefa fica dependente do grau de experiência do sondador e com sua dedicação em manter constantemente os parâmetros ajustados conforme pré-determinado. Neste contexto é que a presente invenção propõe melhoria inédita, pois o algoritmo de análise preditiva do WOB conjugado ao ROP, permite que seja precisamente calculado o deslocamento do bloco necessário para gerar um determinado peso sobre a broca. Por consequência, traz-se o controle de otimização da perfuração para a mesma interface de controle de manobra que é disponibilizada ao sondador. Portanto, durante a perfuração o método de otimização desta invenção informa ao sondador qual é a posição que o bloco deveria estar para gerar o WOB desejado para promoção das melhores taxas de penetração.
[0046] Vale ressaltar que a conexão que ocorre durante a perfuração, apesar de ser entre "cl ri 11 pipes", é diferente da conexão que ocorre durante a "trip-in". A diferença é que durante a "trip-in" - inserção da coluna de perfuração -, não há bombeamento de fluido de perfuração. Já na conexão da perfuração, deve-se primeiramente parar as bombas de lama, drenar a pressão nas tubulações e então realizar a conexão de um novo "drill pipe" e pressurizar tudo novamente com bombeamento de fluido. Desta forma, esta conexão, chamada de conexão molhada, leva mais tempo do que a conexão de "trip", chamada de conexão seca.
[0047] Com o atingimento da profundidade final, a perfuração é encerrada e se inicia o processo de "trip-out", que é a retirada da coluna de perfuração do poço. De forma análoga à "trip-in", há "trip- out" em poço aberto e em poço revestido. Quando o topo do BHA chega à superfície, encerra-se o processo de "trip-out" e se inicia o processo de desmontagem do BHA, que é uma operação análoga à montagem do BHA, tendo somente seu tempo medido como referência.
[0048] A figura 3 ilustra um fluxograma dos processos e as métricas de identificação de cada etapa da operação do tipo "BHA Run".
[0049] Após o início da BHA "Run" 39, monitora-se a profundidade da broca indiretamente através de medições incrementais da posição do bloco conjugada com o peso medido. Se a profundidade da broca (Bit Depth - BD) for menor que o comprimento do BHA (Profundidade da Broca < Comprimento do BHA? - 40), o processo em curso é a montagem do BHA 41 , no qual o tempo de execução é medido. Quando a profundidade da broca ultrapassar o comprimento do BHA, conclui- se a montagem do BHA e inicia-se "Trip-in" em poço revestido 43 até que a profundidade da broca seja inferior ao final do revestimento - profundidade do shoe (Profundidade da Broca < Profundidade do Shoe? - 42).
[0050] Após ultrapassar a profundidade do "Shoe", enquanto a profundidade da broca for inferior à profundidade inicial do poço (Profundidade da Broca < Profundidade inicial do poço? - 44), o processo em curso é "trip-in" em poço aberto 45. Quando a profundidade da broca se iguala a profundidade inicial do poço, termina o processo de "trip-in" e inicia-se a perfuração 46.
[0051 ] Enquanto a distância entre a broca e o fundo do poço (Bit to Bottom) for menor do que um "stand" - seção de tubos- 47 (Bit to Bottom> 1 stand? - 47), segue o processo de perfuração. Quando esta distância entre a broca e o fundo do poço é maior do que um "stand", entende-se que teve início o processo de puxada da coluna, pois o poço alcançou seu objetivo ou por algum outro motivo, como uma falha por exemplo. Assim, enquanto a profundidade da broca for maior que a profundidade da sapata -"shoe" 48 (Profundidade da Broca > Profundidade do Shoe? - 48), o processo corrente é "trip-out" em poço aberto 49. Quando a profundidade da broca se torna menor do que a profundidade do "shoe", inicia-se "trip-out" em poço revestido 50 até que o topo do BHA chegue à superfície (Profundidade da Broca > Comprimento do BHA? - 51 ), ou seja, a profundidade da broca seja igual ao comprimento do BHA 51. Por fim, a desmontagem do BHA 52 ocorre até que a profundidade da broca seja igual à profundidade inicial configurada (Profundidade da Broca > Profundidade inicial da Broca? - 53), concluindo a operação 54 com todos os elementos fora do poço.
[0052] 2 - Operação "Casing Run" - Corrida de Revestimento: uma operação do tipo "Casing Run" consiste na inserção de um revestimento em uma seção do poço previamente perfurada. Trata-se de um conjunto de tubos ou telas interconectados, formando uma extensa tubulação denominada "Casing" 16. O diâmetro desta tubulação é inferior ao diâmetro da seção a ser revestida. Dessa forma, um espaço anular entre o revestimento e a parede do poço fica livre para posteriormente ser preenchido com cimento ou não.
[0053] A figura 4 ilustra um fluxograma dos processos e as métricas de identificação de cada etapa da operação do tipo "Casing Run".
[0054] Inicia-se a operação 55 com a descida do revestimento 57 até que a profundidade seja igual ao tamanho total do revestimento (Profundidade da Broca < Comprimento Total Revestimento? - 56). Quando todo o revestimento é inserido no poço, é preciso que o mesmo seja conduzido até que sua extremidade inferior alcance a profundidade total da seção do poço previamente perfurada. Para tanto, são utilizados "cl ri 11 pipes" da mesma forma que na operação BHA"Run". Esta coluna formada de "cl ri 11 pipes" utilizada na operação "Casing Run" é denominada coluna de assentamento. Enquanto a profundidade do revestimento é menor do que a profundidade da sapata (shoe depth) (Profundidade da Broca < Profundidade do shoe? - 58), ocorre uma "trip-in" da coluna de assentamento em poço revestido 59. Abaixo do "shoe depth", ocorre "trip-in" da coluna de assentamento em poço aberto 61 enquanto a profundidade do revestimento é menor que a do poço (Profundidade da Broca < Profundidade do Poço? - 60).
[0055] Quando o revestimento está no local planejado, inicia-se a operação de cimentação 62. Após a conclusão da cimentação, a profundidade da coluna de assentamento deve ser atualizada no sistema 65(Profundidade Broca Atualizada? - 64), já que toda a extensão do revestimento ficará definitivamente cimentado no poço. Após a desconexão entre a coluna de assentamento e o revestimento cimentado, inicia-se "trip-out" da coluna de assentamento 66 até que se chegue à superfície (Profundidade da Broca > Profundidade Inicial da Broca - 67) e a operação seja concluída 68.
[0056] 3 - Operação "Riser Run" - Corrida de Riser de Perfuração: uma operação do tipo "Riser Run" consiste na descida ou subida de tubulação de grosso calibre da plataforma até o fundo do mar e vice-versa, ou seja, contempla toda a extensão vertical da lâmina d'agua. Esta operação também pode ser chamada de BOP "run", pois o BOP 14 é levado até a cabeça do poço içado pelo "Riser". Portanto, pode ocorrer descida de "Riser" ou subida de "Riser", já que o BOP precisa sofrer manutenções periódicas ou em caso de problemas, deve ser retirado para manutenção corretiva.
[0057] A figura 5 ilustra um fluxograma da operação do tipo "Riser Run".
[0058] Inicia-se a operação 69. Se for operação de descida de "Riser"(Descida de Riser? - 70), enquanto a profundidade não atingir o comprimento total do "Riser" (Profundidade da Broca < Comprimento Total do Riser? - 71 ) a operação descida de "Riser" 72 ocorre. Se for operação de subida de "Riser", enquanto a profundidade for maior do que zero (Profundidade da Broca > Zero? - 73), a operação de subida de "Riser" 74 ocorre. Quando as profundidades são atingidas, conclui- se a operação 75.
[0059] 4 - Operação de Tempo: uma operação de tempo consiste em uma operação que pode ter etapas subsequentes listadas para serem executadas e que não está relacionada com a execução de manobras/perfuração e conexões. Este tipo de operação pode ser cadastrado com um tempo limite e este progresso também é dado em tempo real para os operadores e os tempos auditados compõem informações de relatórios gerenciais.
[0060] As operações dos quatro tipos apresentadas são configuradas de forma ordenada com relação à cronologia em que ocorrerão, formando uma lista. Deve ocorrer, para a primeira operação, a definição da operação corrente 31. O efetivo início da operação é dado pelo administrador através da interface do administrador 35 ou pelo sondador através da interface do sondador 36. Caso não haja operações configuradas, há opção de iniciar uma operação genérica que posteriormente pode ser enquadrada retroativamente em uma operação configurada.
[0061 ] Quando o comando para início da operação é dado, inicia-se o processo de monitoramento e controle 32. Este módulo utiliza uma base de dados de tempo real 25 que é alimentada por um sistema de aquisição e condicionamento de sinais 24. Este sistema é capaz de fazer a aquisição direta do sinal analógico do sensor de peso da coluna 8 e do sinal digital do encoder 21 para posição do bloco. Ainda, é capaz de realizar aquisição de dados de forma indireta, através da rede industrial da plataforma, nos protocolos industriais Wits, Witsml, Frofibus, Modbus e Profinet.
[0062] Todos os profissionais envolvidos nos processos têm uma pontuação, que é calculada a todo momento, para compor uma pontuação média global de cada indivíduo. O módulo Scores dos Profissionais 34 é responsável por este cálculo e por armazenar todas estas informações na base de dados 33.
[0063] A interface do sondador, com seu diagrama ilustrado pela figura 6, é peça chave no processo, pois nesta é que as instruções de ações são dadas ao operador central da operação, o sondador.
[0064] O botão Início/Fim/Próxima 76 permite que o sondador dê o comando de início da operação que consta na caixa 77 (Operação Corrente). Ao iniciar, a legenda da operação iniciada tem seu visual modificado para indicar que a operação corrente está em curso. O botão 76 passa então a exibir a legenda "Fim", que passa a servir como instrumento para finalização da operação. Ao finalizar a operação corrente, a caixa 77 fica em branco e o botão 76 passa a exibir a legenda "Próxima", que permite ao sondador passar a operação que está na caixa 78 (Próxima Operação) para a caixa 77. Quando isso ocorre, uma operação imediatamente a frente na lista das operações configuradas entra na caixa de próxima operação e o botão 76 passa a exibir a legenda "início" novamente, fechando o ciclo que se repete a cada operação. Estes processos podem ocorrer de forma manual em caso de qualquer inconsistência de dados ou má calibração de sensores, entretanto, todas estas transições entre operações devem ocorrer de forma automática, de acordo com as profundidades previamente cadastradas durante a configuração das operações.
[0065] O item 79 exibe o score acumulado da operação e o item 80 exibe o score instantâneo.
[0066] Uma régua que representa a posição do bloco 83 é o elemento central e consiste na mais relevante proposta da inovação. O sistema calcula qual deve ser a posição ideal que o bloco deve estar, a todo momento, tanto nas manobras quanto na perfuração, e representa através de um alvo 85 posicionado e em movimentação vertical sobre a régua. A posição atual real do bloco é lida pelo sistema e representada por uma mira 84. Como o sondador controla a posição do bloco impelindo maior ou menor velocidade de subida ou descida, o mesmo terá referência da posição ideal a todo instante. Desta forma, o score da operação é calculado com algoritmo que verifica quão afastado da posição ideal está o bloco a cada instante. Durante as manobras, há naturalmente um deslocamento mais rápido do que na perfuração, o qual deve ser seguido pelo sondador, sem o sistema se preocupar com a referência de peso na broca. Já na perfuração, o sistema aplica o algoritmo preditivo que faz a análise da taxa de penetração e do peso sobre a broca, tendo como resultado qual deve ser o deslocamento do bloco para que a melhor taxa de penetração seja alcançada. Desta forma, este deslocamento é replicado à interface do sondador, ou seja, o alvo 85 vai para a posição determinada pelo algoritmo, induzindo o sondador a levar o bloco para a mesma posição.
[0067] Durante as conexões, a régua 83 se transforma em um cronometro com um tempo de referência. Quanto maior é a diferença entre o tempo de referência e o tempo efetivamente realizado, menor é o score atribuído. Desta forma, tanto uma conexão muito mais rápida do que o desejado quanto uma muito mais lenta, terão degradação nos indicadores de performance. A degradação de performance no caso de atraso é negativa por motivos óbvios, já que consome mais tempo e, por consequência, mais recursos. Já no caso de ser realizada com tempo demasiadamente inferior ao ideal, economiza-se tempo, porém, há uma inserção desnecessária de risco na operação. Portanto, a grande vantagem desta forma de abordagem é a consistência da operação para maximização de performance sem deterioração da segurança.
[0068] Conforme as manobras e conexões vão sendo realizadas, gráficos históricos vão sendo preenchidos. O histórico dos tempos de conexão 81 é exibido de forma gráfica por meio de barras, bem como o histórico dos tempos de manobra 82.
[0069] Há ainda, na interface do sondador, uma caixa de mensagens 86 que exibe alarmes e mensagens cadastradas pelo administrador. Os alarmes são indexados por profundidade ou por tempo. Assim, são exibidos no momento apropriado da operação com solicitação de confirmação de ciência por parte do sondador.
[0070] O quadro 87 agrega todos os integrantes do time que estão participando da operação no momento. Cada indivíduo 88 é devidamente identificado e tem seu score individual acumulado 89 exibido.
[0071 ] Durante uma conexão, há subfases predeterminadas cuja sequência deve ser seguida obedecendo a um tempo médio de execução de cada subfase. Para tanto, a interface dos plataformistas 37 é utilizada. Um esquema de fluxo contínuo de etapas realizadas e a realizar é apresentado em tempo real para os plataformistas de forma que os mesmos possam identificar a todo instante como está o rendimento naquela conexão em relação ao rendimento ideal. Vale ressaltar que esta mesma filosofia de prover uma interface aos envolvidos, com uma atividade complexa decomposta em várias atividades menores, tendo o status de realização progressivamente atualizado em tempo real, é também aplicada às operações de tempo citadas no escopo deste invento.
[0072] A interface do administrador 35 também contém as informações históricas de conexões e manobras que estão presentes na interface do sondador. Há exibição dos scores acumulados e instantâneos das operações, contador de juntas inseridas ou retiradas do poço, quantidade total de juntas a serem inseridas ou retiradas do poço, tempo total decorrido da operação e o VTR, que será explanado a seguir.
[0073] O VTR - variação da taxa de rendimento - é um coeficiente que pode ser aplicado ao pagamento das diárias de afretamento da operadora (contratante do serviço) e a plataforma (contratada), mediante o contrato de performance. A métrica de cálculo varia de contrato para contrato, mas basicamente, trata-se de aplicar uma redução no valor a receber pela plataforma, referente ao afretamento, se a performance estiver abaixo de um certo patamar ou, aplicar um bónus no valor a receber se a performance estiver acima de um determinado patamar. Via de regra, há três níveis de referência para o VTR: Um patamar máximo Vmax, a partir do qual não há mais incremento de bonificação com o VTR assumindo seu valor máximo, um patamar de referência Vzero, que é o valor padrão do afretamento contratado e um valor mínimo Vmin, abaixo do qual o VTR assume seu valor mínimo e não há mais decréscimo. Assim, o VTR vai se incrementando gradual (linearmente ou conforme métrica específica) a medida que a performance vai de Vmin a Vmax, conforme estipulado em contrato. Portanto, o ideal é que a plataforma opere sempre em Vmax, evitando estar abaixo para ter seu bónus maximizado e também evitando estar acima, pois nesta condição estaria aplicando um desgaste desnecessário em seus equipamentos, degradando a segurança da operação e sobrecarregando seu time sem qualquer benefício.
[0074] Portanto, a exibição do VTR em tempo real, garante ao administrador total controle sobre a maximização dos rendimentos operacionais e, consequentemente, financeiros do cliente. Adicionalmente, o VTR calculado sistematicamente pode ser utilizado para convergência das informações dos VTR's calculados pela contratante e contratada do serviço no caso de ambos utilizarem o sistema ou, em caso de apenas um deles utilizar, servir como base de argumentação sólida com dados claros e objetivos para serem mostrados em caso de divergência de informações.
[0075] Ainda na interface do administrador, a caixa de mensagens também está presente como na interface do sondador, porém, com adicional de ter possibilidade de inserir textos de mensagens a serem mostradas para o sondador. Portanto, o fluxo das mensagens é somente no sentido do administrador para o sondador, pois não é desejável que o sondador tenha seu foco na execução da operação atrapalhado para digitação de mensagens. O sondador somente deve confirmar a ciência de mensagens e alarmes quando os mesmos forem inseridos, onde tal confirmação se dá somente por um toque ou dique sobre a mensagem/alarme.
[0076] Na interface do administrador também é possível realizar as seguintes ações: configurar as operações, configurar mensagens e alarmes, iniciar operação, finalizar operação, cadastrar os integrantes do time, cadastrar os turnos dos times e gerar relatórios gerenciais.
[0077] Um ferramental importante a se destacar nesta interface é o de correção de curso da operação. Neste, há plotagem gráfica do desenvolvimento da operação em curso versus o desenvolvimento planejado ao longo do tempo. O administrador pode simular aumento ou diminuição das velocidades de referência a serem aplicadas para corrigir o curso da operação. Como trata-se de representações gráficas, ao aplicar um coeficiente nas velocidades de manobra e de conexão, o sistema apresenta, baseado na simulação de velocidade, onde as linhas do gráfico vão se encontrar no futuro se uma nova velocidade de referência for aplicada. São três as linhas plotadas no gráfico. Uma delas, denominada Tempo Ótimo, representa a evolução planejada da operação sem atrasos ou adiantamentos. A segunda, denominada Executada, representa o que foi efetivamente executado até o momento atual. A terceira, denominada Projeção, representa a projeção da execução da operação caso os novos parâmetros calculados sejam aplicados.
[0078] Desta forma, é possível corrigir gradativamente uma operação atrasada ou adiantada para que seja concluída dentro do prazo planejado.
São três modos possíveis de operação do ferramental de correção: manual, semi-automático e automático.
[0079] Estando em modo manual de correção, o administrador aplica manualmente um fator de aceleração ou desaceleração nas velocidades de referência da operação em curso. Assim, o sistema informa o tempo e a quantidade de manobras e/ou conexões que serão necessárias para a efetiva correção do curso da operação caso sejam aplicados os novos parâmetros. Há também ilustração gráfica com plotagem das linhas Tempo Ótimo, Executada e Projeção. Exemplificando o modo manual, o administrador simula uma elevação de 10% das velocidades de referência. O sistema calcula qual será o tempo e a quantidade de conexões e manobras necessárias para que o atraso esteja corrigido e exibe ao administrador, que decide se aplica ou não tal alteração.
[0080] Estando em modo semi-automático, o administrador informa ao sistema a quantidade de conexões e manobras que deseja que o curso da operação seja corrigido gradativamente. O sistema calcula todos os parâmetros que devem ser aplicados para que tal correção ocorra dentro do intervalo de manobras e conexões configurado. Há também ilustração gráfica idêntica à citada anteriormente no modo manual. Exemplificando o modo semi-automático, é possível definir que o administrador defina que a correção das velocidades seja feita para que a operação esteja corrigida em 10 conexões e/ou manobras. Desta forma, o sistema calculará automaticamente quais devem ser as velocidades aplicadas para que a correção aconteça de forma suave, gradativa e linear durante a execução das próximas 10 conexões e/ou manobras.
[0081 ] Estando em modo automático, o administrador configura um atraso e um adiantamento máximo aceitável para a operação, bem como um intervalo de correção que pode ser definido em tempo ou em número de manobras e conexões. A todo o momento o sistema compara o planejado com o efetivamente executado, e havendo adiantamento ou atraso maior do que o estabelecido, o sistema aplica fatores de correção automaticamente nas velocidades da operação para que o erro seja corrigido gradativamente dentro do intervalo estabelecido, sem necessidade de atuação do administrador até que o modo automático seja desativado. Exemplificando o modo automático, o administrador define que os limites de atrasos e adiantamentos é de 5 minutos e que a correção a ser aplicada ocorra em 10 conexões e/ou manobras ou em 30 minutos. Assim, sempre que um atraso ou adiantamento ultrapassar 5 minutos, o sistema calcula todos os parâmetros para que em 10 conexões e/ou manobras (ou 30 minutos) a operação esteja corrigida automaticamente.
[0082] Em todos os modos de operação, os incrementos de velocidade são limitados pelos limites de segurança operacionais dos equipamentos envolvidos. Assim, caso o sistema calcule valor acima deste limite, será efetivamente aplicado o valor do limite de segurança.
[0083] Em toda a indústria de óleo e gás não há qualquer abordagem de otimização com o mesmo enfoque e provendo os mesmos benefícios que os propostos neste invento, promovendo, efetivamente, consistência e segurança nas operações.
[0084] A abordagem com a oferta de feedback instantâneo para os agentes corretos da operação promove a motivação e auxilia para que cada indivíduo entre no chamado ciclo do engajamento. Este ciclo é composto pelos elementos Motivação, Atividade e Feedback.
[0085] Assim, da forma que as operações e sua auditoria falha ocorrem atualmente, cada indivíduo tem a atividade que deve desempenhar, porém, para o fechamento do ciclo, faltam a motivação e o feedback.
[0086] Quando o ciclo é fechado com o correto feedback e a motivação devida, há geração de hábito. Desta forma, cada indivíduo começa a desempenhar sua atividade baseado em um hábito bom, proveniente de um feedback correto e constantemente auditado.
[0087] Para haver mudança comportamental, é necessário que três elementos estejam presentes ao mesmo tempo: motivação, habilidade e gatilho.
[0088] A figura 7 apresenta um gráfico que ilustra a relação entre habilidade e motivação para a execução de tarefas com geração de hábitos. No eixo vertical 90 está representado o nível de motivação do indivíduo, sendo um nível baixo na porção inferior e alto na porção superior. Já no eixo horizontal 91 é representado o nível de habilidade, ou seja, o grau de dificuldade percebido pelo indivíduo conforme o seu preparo para determinada ação. À esquerda está maior grau de dificuldade necessário para execução da tarefa e à direita está o menor grau de dificuldade. Esta relação constitui um trade-off, ou seja, um incremento na dificuldade requer um maior nível de motivação e vice-versa. [0089] Assim, é possível traçar um limiar a partir do qual as ações são realizadas com mudança efetiva de comportamento e geração de hábitos. Este limiar é denominado linha de ação 92. Assim, ações posicionadas na região 94, ou seja, abaixo da linha de ação, falham mesmo com a presença de gatilhos. Já as ações posicionadas na região 93, acima da linha de ação, são realizadas e geram hábito quando há gatilho para a execução. Com base neste contexto, fica evidente que para geração do hábito, dois caminhos são possíveis: aumentar o nível de motivação ou reduzir o nível de dificuldade. Entretanto, antes de abordar a dificuldade ou a motivação, é preciso ter certeza que os gatilhos dos hábitos desejados estão efetivamente sendo aplicados. Gatilhos são elementos que sinalizam para os indivíduos algo que eles geralmente sabem que tem que fazer, mas um lembrete que efetivamente inicie o processo é primordial. Exemplos de gatilhos são sinais sonoros, luminosos, instruções visuais, mensagens etc.
[0090] Historicamente, o senso comum nos leva a pensar que, garantidos os gatilhos, o próximo item a ser atacado seria aumentar o nível de motivação, entretanto, medir a motivação é algo complicado, bem como manter este nível sempre elevado. Ainda, há grande dificuldade em se obter algo que cause motivação em todos os indivíduos, já que o que motiva uma pessoa pode não motivar outra. Portanto, contraditoriamente ao senso comum, o segundo ponto a se atacar é tornar a ação mais fácil, pelo menos aparentemente. Portanto, simplicidade importa mais do que motivação quando se trata de mudança de comportamento.
[0091 ] Uma técnica muito simples para fazer com que tarefas complexas se tornem aparentemente mais simples é a fragmentação de uma tarefa complexa em diversas tarefas menores e sequenciais para serem executadas a partir de uma lista. De fato, isso torna a tarefa global mais simples pelo fato de que o agente executor da tarefa deixa de se preocupar com os próximos passos e foca ao máximo sua atenção no que está executando no momento. Além disso, o simples fato de olhar para diversas tarefas simples gera uma sensação de que a ação global é mais simples do que aparentava antes de ser fragmentada.
[0092] Desta forma, a presente invenção propõe a simplificação das operações por meio de sistema que apresenta interface com instruções claras e diretas, segmentando operações em subfases sempre que possível, com os devidos gatilhos apresentados nos momentos oportunos. Em decorrência deste mecanismo, os indivíduos observam todas as suas tarefas acima da linha de ação 92 e constroem os bons hábitos desejados.
[0093] Mesmo com a motivação sendo mais complexa de ser tratada, a metodologia deste invento também atua na questão da motivação, como o terceiro ponto a ser atacado.
[0094] Estudos baseados em psicologia positiva apontam que a motivação é peça fundamental para um bom desempenho de funções. A abordagem PERMA, desenvolvida por Marti Sligman da Universidade da Pensilvânia, aborda este tema, e serviu como base para implementação dos ferramentais deste invento. O acrónimo PERMA representa: P -"Positive emotion" - emoção positiva -, E -"Engagement" - compromisso -, R -"Relationship" - afinidade, M -"Meaning" - significado -, e A -"Achievement" - realização.
[0095] A questão da emoção positiva "P" vem da sensação de progresso durante as operações. Ao visualizar um bom resultado de progresso e tendo esta medida prontamente disponível, o indivíduo experimenta estado de felicidade e satisfação.
[0096] Engajamento Έ" advém do fechamento do ciclo do engajamento, com todos os três elementos deste ciclo estando presentes.
[0097] A questão do relacionamento "R" está compreendida no sistema de scores dos indivíduos da operação. O sentimento de ranking e confronto social gera entusiasmo entre os envolvidos, promovendo disputas saudáveis que são benéficas ao time. Não se trata somente da busca pelo topo do ranking, mas o ser humano em geral se incomoda em ser visto fora do padrão médio de seu ciclo social. Desta forma, um indivíduo com performance negativamente destoante da equipe, vai se esforçar para melhorar seu rendimento e não ficar exposto.
[0098] Entender o que está fazendo "M" e sentir que as escolhas são importantes para o sucesso da operação também contribui para o engajamento. Portanto, as escolhas dos operadores têm influência direta no resultado da operação.
[0099] Por fim, a conquista do objetivo alcançado "A" e o reconhecimento são também fundamentais para a manutenção da motivação. É muito comum indivíduos se sentirem esquecidos dentro de um grupo, por questões de menor afinidade com gestores ou personalidade introspectiva entre outros motivos. Com o sistema aplicando métricas iguais a todos e a todo momento, o senso de justiça entre os integrantes do time também contribui para o sucesso global.
[0100] Outro estudo que fornece elementos base para esta aplicação é o conceito psicológico de estado de fluxo, concebido por Mihaly Csikszentmihalyi, ex-chefe do departamento de psicologia da Universidade de Chicago e ex-presidente da Associação Americana de Psicologia. Neste estado de fluxo, o indivíduo entra em um patamar de concentração no qual ele passa a atuar de forma que chega a "esquecer" de sua experiência mundana real para se focar na atividade sendo executada. Desta forma, a percepção de passagem do tempo é diferenciada, reduzindo sensação de cansaço e aumentando a performance, já que, o indivíduo está atuando com base em seus hábitos. Assim, um indivíduo que entra no estado de fluxo com bons hábitos gerados por um ciclo de engajamento, promove trabalhos com nível de excelência.
[0101 ] Para entrar no estado de fluxo existem três condições básicas: "Gear Goals" - Metas claras -, "Balanced and perceived challenges" - desafios equilibrados e perceptíveis - e "Gear and immediately feedback" - posicionamento claro e imediato. Todas estas condições são providas pelo invento proposto, pois com o sistema de gamificação onde o sondador deve seguir a posição do bloco, através do alvo e a mira na régua exibidos em sua interface, o mesmo tem um objetivo claramente traçado.
[0102] Com um patamar de velocidade de execução estabelecido dentro de um nível razoável de dificuldade versus habilidade de cada indivíduo envolvido na operação, obtêm-se atividades que não apresentam níveis demasiadamente baixos de dificuldades nem demasiadamente altos, pois em ambos os tipos, há degradação da motivação, pois com altos níveis de dificuldade, muita ansiedade é gerada e para tarefas muito fáceis há aborrecimento. Ainda, estando em seu estado de atenção máximo não havendo sobre pressão na execução das tarefas devido à velocidade estabelecida ser razoável, há incremento nos níveis de segurança das operações.
[0103] Com o sistema de feedback instantâneo das performances das operações, todos têm acesso aos seus resultados a todo momento. Portanto, todas as condições para que o indivíduo possa entrar no estado de fluxo são providas.
[0104] Outro benefício do feedback instantâneo, especificamente o fato do feedback direcionado ser para a pessoa correta, contribui para excluir a falha de comunicação comum que ocorre nas tentativas tradicionais de otimização. [0107] Em geral, há uma equipe de otimização de perfuração fazendo análise da operação remotamente de um escritório. Esta equipe contata o perfurador direcional na plataforma para discutir as tomadas de decisões. Após diálogos muitas vezes divergentes, chega-se a um ponto convergente e as ações devem ser comunicadas para o sondador. Este processo já toma um tempo precioso da operação, e muitas vezes, o que era para ser aplicado no momento do início da discussão já não é mais o melhor a se fazer. Outro agravante é o fato da subordinação, pois via de regra o sondador não é subordinado ao perfurador direcional, portanto, pode haver divergência para acatar as ordens. Assim, com um sistema apontando como deve ser realizado cada processo, tem-se um procedimento impessoal que elimina qualquer divergência causada por problemas de conflitos de subordinação e/ou afinidade de relacionamento.
[0105] Adicionalmente, deve-se ressaltar que o agente responsável pela performance da operação não tem disponibilidade para ficar auditando o sondador a todo instante, já que possui outras atribuições. Portanto, sem uma auditoria constante, a performance da operação fica dependente do comportamento do sondador. Assim, com a ausência de auditoria em tempo integral, há tendência de haver um relaxamento natural por parte do sondador e dos demais envolvidos na operação, causando degradação na performance, fato que é suprimido com a proposição da presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1) MÉTODO, no qual o administrador realiza a configuração das operações (26), que podem ser de quatro tipos: BHA "Run" (27) - Corrida de BHA, "Casing Run" - Corrida de Revestimento (28), "Riser Run" - Corrida de Riser de Perfuração (29), ou operação de tempo (30); a operação BHA é uma operação onde há corrida de um BHA; primeiramente todo o BHA é inserido no poço, constituindo uma etapa heterogénea da operação que não pode ser medida por manobras repetitivas e semelhantes, já que o BHA é formado por diversos componentes com características muito distintas e particulares; em seguida, é necessário fazer com que o BHA (17) chegue até o fundo do poço para que a perfuração se inicie; essa descida, se dá pela inclusão de tubos de perfuração (10) na coluna de perfuração, constituindo etapas com processos repetitivos de manobra e conexão; o ponto que delimita a fronteira entre poço revestido e poço aberto no BHA (17) é o final do revestimento da última seção revestida; este ponto é sapata (20), sendo que, quando a broca chega ao fundo do poço, encerra-se o processo de "Trip-in" (20) e se inicia a perfuração; durante esta etapa, apenas o tempo de conexão tem sua performance medida pelo sistema, uma vez que a movimentação do bloco se refere à taxa de penetração da rocha; os parâmetros que podem ser alterados a fim de causar efeitos na taxa de penetração são o peso sobre a broca (WOB), a rotação (RPM), a vazão e o torque, caracterizado por uma operação computacional que compreende:
- prover auditoria e posicionamento - feedback - em tempo real das performances das operações de perfuração de poços de petróleo;
- posicionamento instantâneo das operações repassado para o nível operacional, através de interfaces;
- aplicação do método inclui um agente que realiza a configuração das operações (26), sendo este agente o responsável pela performance das operações na plataforma, referenciado como administrador, operando em tempo real e;
- utilização de interfaces para os sondadores;
- na interface do sondador ser utilizada régua onde o sondador deve seguir a posição do bloco para as manobras e o cronometro com as subfases das conexões.
2) MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo algoritmo de análise preditiva do WOB conjugado ao ROP, permitir que seja precisamente calculado o deslocamento do bloco necessário para gerar um determinado peso sobre a broca; por consequência, traz-se o controle de otimização da perfuração para a mesma interface de controle de manobra que é disponibilizada ao sondador; durante a perfuração o método de otimização informa ao sondador qual é a posição que o bloco deveria estar para gerar o WOB desejado para promoção das melhores taxas de penetração.
3) MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por prover identificação das etapas de uma operação do tipo BHA "Run" - Corrida de BHA (39); após o início da Corrida de BHA (39), monitorar-se a profundidade da broca indiretamente através de medições incrementais da posição do bloco conjugada com o peso medido; se a profundidade da broca for menor que o comprimento do BHA (40), o processo em curso é a montagem do BHA (41 ), no qual o tempo de execução é medido; quando a profundidade da broca ultrapassar o comprimento do BHA, conclui- se a montagem do BHA e inicia-se a inserção da coluna de perfuração em poço revestido 43 até que a profundidade da broca seja inferior ao final do revestimento, ou profundidade da sapata (42).
4) MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado por, quando a profundidade da broca se iguala à profundidade inicial do poço, terminar o processo de inserção da coluna de perfuração e inicia-se a perfuração (46). 5) MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 e 4, caracterizado por, enquanto a distância entre a broca e o fundo do poço for menor do que um "stand" (47), seguir o processo de perfuração; quando esta distância entre a broca e o fundo do poço é maior do que um "stand" (47), teve início o processo de puxada da coluna; assim, enquanto a profundidade da broca for maior que a profundidade da sapata (48), o processo corrente é remoção da ferramenta de perfuração em poço aberto (49); quando a profundidade da broca se torna menor do que a profundidade da sapata, inicia-se a remoção da ferramenta de perfuração em poço revestido (50) até que o topo do BHA chegue à superfície, ou seja, a profundidade da broca seja igual ao comprimento do BHA (51 ); a desmontagem do BHA (52) ocorre até que a profundidade da broca seja igual à profundidade inicial configurada, concluindo a operação (54) com todos os elementos fora do poço.
6) MÉTODO, de acordo com as reivindicação 1 , caracterizado por prover identificação das fases de uma operação "Casing Run" - Corrida de Revestimento (28), que consiste na inserção de um revestimento em uma seção do poço previamente perfurada, mediante um conjunto de tubos interconectados, formando uma extensa tubulação (16).
7) MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 e 5, caracterizado por iniciar-se a operação (55) com a descida do revestimento (57) até que a profundidade seja igual ao tamanho total do revestimento (56); quando todo o revestimento é inserido no poço, é preciso que o mesmo seja conduzido até que sua extremidade inferior alcance a profundidade total da seção do poço previamente perfurada; enquanto a profundidade do revestimento é menor do que a profundidade da sapata de profundidade(58), ocorre uma inserção da coluna de assentamento em poço revestido (59); abaixo da sapata de profundidade (58) ocorre uma inserção da coluna de assentamento em poço aberto (61 ) enquanto a profundidade do revestimento é menor que a do poço (60); quando o revestimento está no local planejado, inicia-se a operação de cimentação (62); após a conclusão da cimentação, a profundidade da coluna de assentamento deve ser atualizada no sistema (64) e; após a desconexão entre a coluna de assentamento e o revestimento cimentado, inicia-se retirada da coluna de assentamento (66) até que se chegue à superfície (67) e a operação seja concluída (68). ^
8) MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por prover identificação das fases de uma operação do tipo, "Riser Run" - Corrida de Riser de Perfuração, que é uma operação que consiste na descida ou subida de tubulação de grosso calibre da plataforma até o fundo do mar e vice-versa, ou seja, contempla toda a extensão vertical da lâmina d'agua; inicia-se a operação (69) e, caso seja operação de descida de tubo (70), enquanto a profundidade não atingir o comprimento total do tubo (71 ) a operação descida de descida (72) ocorre; se for operação de subida de tubo, enquanto a profundidade for maior do que zero (73), a operação de subida de tubo (74) ocorre; quando as profundidades são atingidas, conclui-se a operação (75).
9) MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por prover auditoria na operação de Tempo (30), que pode ter etapas subsequentes listadas para serem executadas e que não está relacionada com a execução de manobras/perfuração e conexões; este tipo de operação pode ser cadastrado com um tempo limite e este progresso também é dado em tempo real para os operadores e os tempos auditados compõem informações de relatórios gerenciais.
10) MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 e 9, caracterizado por, quando do comando para início da operação de tempo, inicia-se o processo de monitoramento e controle (32); este módulo utiliza uma base de dados de tempo real (25) que é alimentada por um sistema de aquisição e condicionamento de sinais (24); este sistema faz a aquisição direta do sinal analógico do sensor de peso da coluna (8) e do sinal digital do encoder (21 ) para posição do bloco; ainda, a aquisição de dados opcionalmente é de forma indireta, através da rede industrial da plataforma, nos protocolos industriais Wits, Witsml, Frofibus, Modbus e Profinet. 11) MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelas operações dos quatro tipos apresentadas serem configuradas de forma ordenada com relação à cronologia em que ocorrerão, formando uma lista; deve ocorrer, para a primeira operação, a definição da operação corrente (31 ); o efetivo início da operação é dado pelo administrador através da interface do administrador (35) ou pelo sondador através da interface do sondador (36); caso não haja operações configuradas, há opção de iniciar uma operação genérica que posteriormente pode ser enquadrada retroativamente em uma operação configurada.
12) MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 , 9, 10 e 1 1 , caracterizado por todos os profissionais envolvidos nos processos possuírem uma pontuação, que é calculada a todo momento, para compor uma pontuação média global de cada indivíduo; o módulo Scores dos Profissionais (34) é responsável por este cálculo e por armazenar todas estas informações na base de dados (33).
13) SISTEMA, para o método das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelas instruções de ações dadas ao operador central da operação, o sondador, incluir:
- posição ideal do bloco (83);
- algoritmo preditivo;
- gráficos históricos;
- interface do sondador com caixa de mensagens (86);
- subfases das conexões e operações de tempo e;
- interface do administrador (35).
14) SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo sistema calcular qual deve ser a posição ideal que o bloco deve estar, a todo momento, tanto nas manobras quanto na perfuração, e representar através de um alvo (85) posicionado e em movimentação vertical sobre a régua; a posição atual real do bloco é lida pelo sistema e representada por uma mira (84); como o sondador controla a posição do bloco impelindo maior ou menor velocidade de subida ou descida, o mesmo terá referência da posição ideal a todo instante; desta forma, o score da operação é calculado com algoritmo que verifica quão afastado da posição ideal está o bloco a cada instante; durante as manobras, há naturalmente um deslocamento mais rápido do que na perfuração, o qual deve ser seguido pelo sondador, sem o sistema se preocupar com a referência de peso na broca.
15) SISTEMA, de acordo com as reivindicações 13 e 14, caracterizado por, na perfuração, o sistema aplicar o algoritmo preditivo que faz a análise da taxa de penetração e do peso sobre a broca, tendo como resultado qual deve ser o deslocamento do bloco para que a melhor taxa de penetração seja alcançada; assim, este deslocamento é replicado à interface do sondador, ou seja, o alvo (85) vai para a posição determinada pelo algoritmo, induzindo o sondador a levar o bloco para a mesma posição.
16) SISTEMA, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por, durante as conexões, a régua (83) se transformar em um cronometro com um tempo de referência e com divisões proporcionais que representam as sub fases da conexão na ordem que devem ser executadas.
17) SISTEMA, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por, à medida em que as manobras e conexões vão sendo realizadas, gráficos históricos vão sendo preenchidos, sendo o histórico dos tempos de conexão (81 ) exibido de forma gráfica por meio de barras, bem como o histórico dos tempos de manobra (82).
18) SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por, na interface do sondador estar uma caixa de mensagens (86) que exibe alarmes e mensagens cadastradas pelo administrador. 19) SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por um quadro (87) que agrega todos os integrantes do time que estão participando da operação no momento, sendo cada indivíduo (88) devidamente identificado e tendo seu score individual acumulado (89) exibido.
20) SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por, durante uma conexão, existirem subfases predeterminadas cuja sequência deve ser seguida obedecendo a um tempo médio de execução de cada subfase; para tanto, uma interface dos plataformistas(37) é utilizada, sendo que, um esquema de fluxo contínuo de etapas realizadas e a realizar é apresentado em tempo real para os plataformistas de forma que os mesmos possam identificar a todo instante como está o rendimento naquela conexão em relação ao rendimento ideal.
21) SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela interface do administrador (35) também conter as informações históricas de conexões e manobras que estão presentes na interface do sondador, existindo exibição dos scores acumulados e instantâneos das operações, contador de juntas inseridas ou retiradas do poço, quantidade total de juntas a serem inseridas ou retiradas do poço, tempo total decorrido da operação e o VTR.
22) SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por na interface do administrador ser possível, ainda, realizar as seguintes ações: configurar as operações, configurar mensagens e alarmes, iniciar operação, finalizar operação, cadastrar os integrantes do time, cadastrar os turnos dos times e gerar relatórios gerenciais.
23) SISTEMA, de acordo com as reivindicações 13 e 22, caracterizado por, na interface do administrador interface ser possível a correção de curso da operação por parte do administrador, onde é possível a realização da correção do curso da operação em modo manual, semi-automático ou automático.
24) SISTEMA, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por, estando em modo manual de correção, o administrador aplica manualmente um fator de aceleração ou desaceleração nas velocidades de referência da operação em curso e o sistema informa a quantidade de manobras e conexões serão necessárias para a efetiva correção do curso da operação se aplicados os novos parâmetros, inclusive com ilustração gráfica, onde há plotagem da linha planejada da operação, da linha efetivamente executada até o momento e da projeção em caso de alteração de parâmetros de velocidade.
25) SISTEMA, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado por, estando em modo semiautomático, o administrador informar ao sistema a quantidade de conexões e manobras que deseja que o curso da operação seja corrigido gradativamente, e o sistema calcula todos os parâmetros que devem ser aplicados para que tal correção ocorra dentro do intervalo de manobras e conexões configurado; há também ilustração gráfica, com plotagem da linha planejada da operação, da linha efetivamente executada até o momento e da projeção da correção dentro do intervalo configurado.
26) SISTEMA, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por, estando em modo automático, o administrador configura um atraso e um adiantamento máximo aceitável para a operação, bem como um intervalo de correção dado em número de manobras e conexões; a todo momento o sistema compara o planejado com o efetivamente executado, e havendo adiantamento ou atraso maior do que o estabelecido, o sistema aplica fatores de correção automaticamente nas velocidades da operação para que o erro seja corrigido gradativamente dentro do intervalo estabelecido, sem necessidade de atuação do administrador até que o modo automático seja desativado.
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