MXPA01012973A

MXPA01012973A - Sistema de perforacion.

Info

Publication number: MXPA01012973A
Application number: MXPA01012973A
Authority: MX
Inventors: Bruno Best
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2002-09-18
Also published as: GB0130548D0; BR0011830B1; OA11884A; AR024417A1; WO2000079092A2; EG22204A; CA2373515A1; NO320537B1; CN1224774C; AU5816800A; GB2369638A; WO2000079092A3; CN1357076A; AU763081B2; GB2369638B; CA2373515C; RU2245984C2; BR0011830A; NO20016334L; GC0000342A

Abstract

Se proporciona. un sistema de perforacion para perforar un barreno en una- formacion de tierra. El sistema de perforacion comprende una sarta de perforacion (1) que se extiende en el barreno, con lo cual se forma un espacio anular (38) entre la sarta de perforacion y la pared del barreno, el espacio anular que contiene un cuerpo de fluido (40), la sarta de perforacion que incluye un pasaje de fluido longitudinal que tiene una abertura de salida en la parte extrema inferior de la sarta de perforacion, un medio de bombeo (19, 30) para bombear selectivamente fluido de perforacion por la via del pasaje y la abertura de salida en el cuerpo de fluido, y un conducto de descarga de fluido (48) para descargar fluido desde el cuerpo de fluido; en donde el sistema de perforacion comprende adicionalmente un medio de control de presion (50, 52, 60, 62) para controlar la presion de fluido en el cuerpo de fluido cuando el medio de bombeo (19, 30) es inoperante para bombear el fluido de perforacion en el cuerpo de fluido.

Description

SISTEMA DE PERFORACIÓN DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sistema de 5 perforación para perforar un barreno en una formación de tierra, el sistema de perforación que comprende una sarta de perforación que se extiende dentro del barreno, con lo cual se forma un espacio anular entre la sarta de perforación y la pared del barreno, el espacio anular que contiene un cuerpo de fluido de perforación. La sarta de perforación tiene generalmente un pasaje longitudinal para el bombeo del fluido de perforación al espacio anular. Uno de los objetivos del fluido en el espacio anular es controlar la presión en la pared del barreno de pozo, la presión que es mantenida normalmente entre un límite superior permisible que depende de la presión de fractura de la formación de roca y un límite inferior permisible que depende de la presión de poro del fluido de la formación. La presión del fluido en el espacio anular es determinada por el peso hidrostático de la columna de fluido en el espacio anular, y por un componente de presión dinámica que depende de la resistencia al flujo del fluido de perforación en el espacio anular a medida que el fluido de perforación fluye desde la parte inferior del barreno de regreso hacia la superficie. La presión es REF : 134703 controlada normalmente al aplicar un material de lastre seleccionado en el fluido de perforación. En la técnica anterior se ha puesto en práctica la perforación de barrenos de pozo a presiones del barreno de pozo cercanas al límite inferior, con la ventaja de que se reduce el riesgo de daño a la formación de roca. Tales aplicaciones son mencionadas como perforación balanceada o sub-balanceada, con la cual se aplican fluidos de perforación más ligeros que lo normal. Durante el desenganche de la sarta de perforación hacia fuera del barreno o el descenso de la sarta de perforación dentro del barreno, las secciones individuales de la sarta de perforación son desconectadas unas de otras de modo que ya no se puede bombear fluido por la vía de la sarta de perforación al espacio anular. Durante tal desenganche o descenso de la sarta de perforación, surge un problema en que el componente de presión dinámica desaparece, puesto que ya no fluye este fluido de perforación desde la parte inferior del barreno hacia la superficie. Como resultado, la presión del fluido en el espacio anular puede hacerse menor que el límite inferior permisible, conduciendo potencialmente a un flujo indeseable hacia adentro de fluido desde la formación de tierra en el barreno. Un objetivo de la invención es solucionar el problema de la técnica anterior y proporcionar un sistema de perforación que pueda ser usado de manera segura sin el peligro del flujo indeseable hacia adentro de fluido desde la formación de tierra en el barreno, incluso en la perforación balanceada y sub-balanceada. De acuerdo con la invención, se proporciona un 5 sistema de perforación para perforar un barreno en una formación de tierra, el sistema de perforación comprende: una sarta de perforación que se extiende dentro del barreno, con lo cual se forma un espacio anular entre la sarta de perforación y la pared del barreno, el espacio 10 anular que contiene un cuerpo de fluido, la sarta de perforación que incluye un pasaje de fluido longitudinal que tiene una abertura de salida en la parte extrema inferior de la sarta de perforación; - un medio de bombeo para bombear selectivamente el fluido de 15 perforación por la vía del pasaje y la abertura de salida en el cuerpo de fluido; y - un conducto de descarga de fluido para descargar fluido desde el cuerpo de fluido; en donde el sistema de perforación comprende adicionalmente 20 un medio de control de presión para controlar la presión de fluido en el cuerpo de fluido cuando el medio de bombeo es inoperante para bombear el fluido de perforación al cuerpo del fluido. Al operar el medio de control de la presión de 25 fluido cuando el medio de bombeo es inoperante, por ejemplo *>%. durante el desenganche o el tendido de la sarta de perforación, se logra que la presión de fluido en el espacio anular pueda ser aumentada por encima del límite de presión inferior permisible. 5 Convenientemente, el medio de control de presión comprende una bomba que tiene una salida de fluido en comunicación fluida con el cuerpo de fluido. La bomba puede ser una bomba de desplazamiento positivo, tal como una bomba tipo Moineau, o una bomba que no es de desplazamiento 10 positivo, tal como una bomba centrífuga o una bomba que inyecta el fluido al conducto de descarga en una dirección ascendente. Preferiblemente, la bomba está provista de medios de control de bombeo para controlar la tasa de bombeo de la 15 bomba. La invención será descrita ahora con más detalles y a modo de ejemplo con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales: la Fig. 1 muestra esquemáticamente una primera 20 modalidad del sistema de perforación de acuerdo con la invención; y la Fig. 2 muestra esquemáticamente una segunda modalidad del sistema de perforación de acuerdo con la invención. , __a___¡a--..

En las figuras, los números de referencia similares se refieren a componentes similares. En la Fig. 1 se muestra una sarta de perforación 1 que se extiende a un barreno 3 formado en una formación de tierra 5 y provista de una mecha de perforación 7 y un ensamblaje de barreno inferior (BHA por sus siglas en inglés, no mostrado) . La sarta de perforación 1 está compuesta por una pluralidad de acoplamientos de la sarta de perforación, en donde cada par de acoplamientos adyacentes es interconectado por un conector desenganchable. Por claridad solamente se muestra uno de los conectores más superiores 9a, 9b que conecta el acoplamiento más superior al resto de la sarta de perforación 1 (en modo desconectado) . En la descripción más adelante, el acoplamiento superior de la sarta de perforación es mencionado como la sección superior 10 de la sarta de perforación y el resto de la sarta de perforación 1 es mencionado como la sección inferior 2 de la sarta de perforación. La sección inferior 12 de la sarta de perforación es soportada en el piso 14 de un aparejo de perforación (no mostrado) por cuñas de potencia 16. La sección superior 10 de la sarta de perforación es soportada por un accionamiento superior 18 que es capaz de soportar la sarta de perforación 1 entera y que está provisto de un sistema motor (no mostrado) para hacer girar la sarta de perforación 1 durante la perforación. Una bomba primaria 19 está en comunicación fluida con la sección superior de la sarta de perforación para bombear el fluido de perforación a través de la sarta de perforación 1 cuando el conector 9a, 9b está en modo conectado. 5 Una cámara de fluido 20 es soportada por una columna de soporte 22 provista en el piso 14 del aparejo de una manera que permite que la cámara de fluido 20 se mueva hacia arriba o hacia abajo a lo largo de la columna 22, y se proporcionan medios (no mostrados) para controlar tal movimiento. La sección superior 10 de la sarta de perforación se extiende dentro de la cámara de fluido 20 a través de una abertura superior 24 de la cámara de fluido 20, de modo que el extremo inferior abierto de la sección superior 10 de la sarta de perforación esté localizado en una porción superior 25 de la cámara 20. La sección inferior 12 de la sarta de perforación se extiende dentro de la cámara de fluido 20 a través de una abertura inferior 26 de la cámara de fluido 20, de modo que el extremo superior abierto de la sección inferior 12 de la sarta de perforación esté localizado en una porción inferior 27 de la cámara 20. Tanto la abertura superior 24 como la abertura inferior 26 tienen un diámetro suficientemente grande para permitir el paso de los conectores de la sarta de perforación (que tienen generalmente un diámetro ligeramente más grande que las secciones de la sarta de perforación) á través de las mismas.

Adicionalmente, las aberturas superior e inferior 24, 26 están provistas de sellos 29a, 29b que pueden ser controlados de modo que sean movidos radialmente hacia adentro y efectuar de ese modo un sello contra las respectivas secciones superior e inferior 10, 12 de la sarta de perforación. La porción inferior 27 de la cámara 20 está provista de una entrada de fluido 28 en comunicación fluida con una bomba secundaria 30 para bombear el fluido de perforación a través de la sección inferior 12 de la sarta de perforación cuando el conector 9a, 9b está en modo desconectado. La porción superior 25 y la porción inferior 27 de la cámara de fluido 20 son selladas selectivamente una de la otra por un medio de partición en la forma de una válvula 32. Un dispositivo de control (no mostrado) es provisto para abrir o cerrar la válvula 32, con lo cual, en su posición abierta, la válvula 32 permite el paso de la sarta de perforación 1 a través de la válvula 32. Adicionalmente, en la posición abierta de la válvula 32, la porción superior 25 y la porción inferior 27 de la cámara de fluido 20 están en comunicación fluida una con la otra. Un par de lengüetas de potencia 34, 36 para conectar y desconectar el conector 9a, 9b están unidas a la cámara de fluido 20 en el lado inferior de la misma. Un espacio anular 38 es definido entre la sección inferior 12 de la sarta de perforación por una parte y la pared del barreno 39 y un entubado de barreno 42 por otra parte, el espacio anular que es llenado con un cuerpo del fluido de perforación 40. El espacio anular 38 está sellado en su extremo superior por un cierre de emergencia giratorio (BOP, por sus siglas en inglés) 46 que permite la rotación y el movimiento vertical de la sarta de perforación 1. Un conducto de descarga 48 del fluido de perforación es provisto en el extremo superior del espacio anular 38, el conducto de descarga 48 del fluido de perforación que es desembocado en un depósito de fluido de perforación (no mostrado) por la vía de una válvula de salida controlable 50. Una bomba terciaria 52 está dispuesta en paralelo con la válvula 50, la bomba 52 que está en comunicación fluida con el conducto de salida 48 en una conexión de ramificación 54 localizada entre la válvula 50 y el cierre de emergencia giratorio 46. La bomba 52 puede ser operada de modo que bombee el fluido desde un depósito de fluido de perforación (no mostrado) al espacio anular 38. La parte inferior de la sarta de perforación 1 está provista de medios para controlar el flujo del fluido de perforación desde el cuerpo de fluido 40 a la sarta de perforación 1 en la forma de una válvula sin retorno (no mostrada) que impide tal flujo de retorno. Durante la operación normal, la sarta de perforación 1 es girada por el accionamiento superior 18 para perforar adicionalmente el barreno 3, con lo cual el conector 9a, 9b está en modo conectado. Una corriente de fluido de perforación es bombeada por la bomba primaria 19 por la vía de la sarta de perforación 1 y la mecha de perforación 7 al espacio anular 38, en donde los recortes de perforación son 5 arrastrados en la corriente. La corriente fluye entonces en dirección ascendente a través del espacio anular y por la vía del conducto de descarga 48 y la válvula 50 al depósito del fluido de perforación. La presión del fluido en el espacio anular 38 es controlada mediante el control de la tasa de 10 bombeo de la bomba 19 y/o el control de la válvula de salida 50. Cuando se desea remover la sarta de perforación desde el barreno 3, los acoplamientos individuales de la sarta de perforación deben ser desconectados y removidos de 15 la sarta de perforación 1 en orden secuencial. Esto es efectuado al desconectar y remover el acoplamiento más superior, moviendo la sarta de perforación 1 hacia arriba hasta una posición en la cual el acoplamiento que es ahora el acoplamiento más superior pueda ser removido, etc. Para 20 remover el acoplamiento más superior (es decir, la sección 10 de sarta de perforación) se sigue el siguiente procedimiento. La rotación de la sarta de perforación 1 por el accionamiento superior 18 es detenida mientras que el fluido de perforación se hace circular continuamente a través de la sarta de 25 perforación por la operación de la bomba primaria 19. La ^Tn ?__T____t___?t. '-?-fc-. . » » . _ . ._: . . __,--„._ - - : ; >.^-t_&» cámara de fluido 20 es movida a lo largo de la columna de soporte 22 hasta una posición en donde las lengüetas de potencia 34, 36 están localizadas al nivel del conector 9a, 9b, después de lo cual las lengüetas 34, 36 son operadas para aflojar y desenroscar parcialmente el conector 9a, 9b. El conector 9a, 9b es desenroscado por las lengüetas solamente hasta el punto de que un desenrosque adicional pueda ser efectuado por el accionamiento superior 18. La cámara de fluido 20 es entonces movida a lo largo de la columna de soporte 22 para situar el conector 9a, 9b en el interior de la porción inferior 27 de la cámara de fluido, y los sellos 29a, 29b son movidos radialmente hacia adentro para efectuar un sello contra las secciones respectivas superior e inferior 10, 12 de la sarta de perforación. La bomba secundaria 30 es operada para presurizar la cámara de fluido 20. El accionamiento superior es entonces girado en dirección contraria a las agujas del reloj, desenroscando de ese modo adicionalmente el conector 9a, 9b. Una vez que el conector 9a, 9b queda desconectado, la sección superior 10 de la sarta de perforación es elevada en una distancia corta para situar la mitad superior 9a del conector en la porción superior 25 de la cámara de fluido 20. La válvula 32 es cerrada para sellar la porción superior 25 de la cámara de fluido de la porción inferior 27 de la cámara de fluido. Simultáneamente con e cierre ae ia válvula 32, la bomba primaria 19 es - i ilÉ?l_f__Í_ detenida y la bomba secundaria 30 es operada para bombear fluido de perforación a través de la entrada de fluido 28 a la porción inferior 27 de la cámara de fluido y desde ahí a través de la sección inferior 12 de sarta de perforación al espacio anular 38. El sello 29a es replegado para remover la sección superior de sarta de perforación, y el acoplamiento de la sarta de perforación que ahora ha llegado a ser el acoplamiento más superior es conectado al accionamiento superior 18. El procedimiento descrito hasta ahora es repetido con el fin de remover el acoplamiento de la sarta de perforación que es ahora el más superior. Con la circulación continua del fluido de perforación a través del barreno 3, se logra que la sedimentación indeseable de partículas (por ejemplo recortes de perforación) en el barreno ocurra, y que la presión del fluido en el barreno pueda ser controlada mediante control de la tasa de bombeo de la bomba 30 y/o el control de la válvula de salida 50. En vez de usar la bomba secundaria 30 para bombear el fluido de perforación a través de la sección inferior 12 de la sarta de perforación cuando el conector 9a, 9b es desconectado, la bomba primaria 19 puede ser usada para este propósito, en cuyo caso la bomba primaria 19 es conectada a la entrada de fluido 28 por un medio de conducción adecuado. El procedimiento anterior se basa en el uso de la cámara de fluido 20 para controlar la presión del fluido en el barreno mediante la circulación continua de fluido a través de la sarta de perforación 1 cuando la sección superior 10 de la sarta de perforación es desconectada. En caso de que no sea práctico o sea imposible usar la cámara de fluido, un procedimiento alternativo puede ser aplicado para conectar o desconectar la sección superior 10 de la sarta de perforación a o de la sarta de perforación 1. En el procedimiento alternativo, que puede ser aplicado en la ausencia de la cámara de fluido, la bomba terciaria 52 es operada para bombear el fluido de perforación a través del circuito formado por la bomba 52, la conexión de ramificación 54 y la válvula de salida 50. Al controlar la tasa de bombeo de la bomba 52 y/o al controlar la válvula de salida 50, la presión del fluido en el espacio anular puede ser controlada. la válvula sin retorno en la sarta de perforación 1 impide el flujo del fluido de perforación desde el espacio anular 38 en la sarta de perforación 1. El procedimiento alternativo puede ser usado, por ejemplo, en caso de que los estabilizadores de la sarta de perforación impidan el paso de la sarta de perforación a través de la cámara de fluido. Una ventaja de la circulación continua de fluido a través de la sarta de perforación 1 usando la cámara de fluido 20 cuando el acoplamiento superior de la sarta de perforación es desconectado, es que el fluido en la parte abierta del barreno 3 se mantiene fluyendo, de modo que la sedimentación indeseable de partículas en el barreno es prevenida. Sin embargo, una vez que la sarta de perforación ha sido elevada hasta un nivel con el cual la mecha de perforación 7 está localizada dentro del entubado 42, el fluido que es bombeado a través de la sarta de perforación 1 retorna desde la mecha 7 a través del espacio anular 38 hasta la superficie, dejando de ese modo que el fluido en la parte abierta del barreno 3 esté estacionario. Por lo tanto se prefiere que, una vez que la mecha de perforación 7 esté dentro del entubado 42, el bombeo del fluido por la bomba secundaria 30 sea detenido y el bombeo por la bomba terciaria 52 sea comenzado para controlar la presión de fluido en el barreno. Este procedimiento tiene la ventaja de que entonces la cámara de fluido 20 ya no es requerida y puede ser removida de la sarta de perforación. La segunda modalidad mostrada en la Fig. 2 difiere de la primera modalidad en que, en vez de la disposición de la válvula 50 / la bomba 52 / la conexión de ramificación 54, el conducto de descarga de fluido 48 está provisto de una boquilla de inyección 60 dispuesta para inyectar una corriente de fluido de inyección al conducto de descarga de fluido en una dirección contraria a la dirección normal del flujo del fluido de perforación a través del conducto de descarga. Una bomba de inyección 62 está dispuesta para bombear el fluido de inyección por la vía de la boquilla de inyección 60 al conducto de descarga de fluido 48. La operación normal de la segunda modalidad es similar a la operación normal de la primera modalidad, 5 excepto que ahora la bomba de inyección 62 es operada para inyectar gas o líquido a una tasa controlada por la vía de la boquilla de inyección 60 en el conducto de descarga de fluido 48 en la dirección contraria a la dirección normal del flujo del fluido de perforación a través del conducto de descarga 10 48. Como resultado, la resistencia al flujo del fluido de perforación en el conducto de descarga de fluido 48 es controlada, y en consecuencia también la presión del fluido en el espacio anular 38.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos o productos a que la misma se refiere. 20 - ~*]*^^-___&_¡_,..

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: 1. Un sistema de perforación para perforar un barreno en una formación de tierra, el sistema de perforación comprende : - una sarta de perforación que se extiende en el barreno, con lo cual se forma un espacio anular entre la sarta de perforación y la pared del barreno, el espacio anular que contiene un cuerpo de fluido, la sarta de perforación que incluye un pasaje de fluido longitudinal que tiene una abertura de salida en la parte extrema inferior de la sarta de perforación; - un medio de bombeo para bombear selectivamente fluido de perforación por la vía del pasaje y la abertura de salida en el cuerpo de fluido; y - un conducto de descarga de fluido para descargar fluido desde el cuerpo de fluido; en donde el sistema de perforación comprende adicionalmente un medio de control de presión para controlar la presión del fluido en el cuerpo de fluido, en donde el medio de control de presión comprende una bomba que tiene una salida de fluido en comunicación de fluido con el cuerpo de fluido, caracterizado porque la salida de fluido de la bomba está en comunicación de fluido con el cuerpo de fluido por la vía del conducto de descarga de fluido.
2. El sistema de perforación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el medio de control de presión comprende un medio para controlar la resistencia al flujo en el conducto de descarga de fluido.
3. El sistema de perforación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la bomba está provista de medios de control del bombeo para controlar la tasa de bombeo de la bomba.
4. El sistema de perforación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el conducto de descarga de fluido está provisto de una boquilla de inyección en comunicación fluida con la salida de fluido de la bomba, la boquilla está dispuesta para inyectar una corriente de fluido de inyección al conducto de descarga de fluido en una dirección contraria a la dirección del flujo del fluido de perforación a través del conducto de descarga.
5. El sistema de perforación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el conducto de descarga de fluido está provisto de una válvula controlable para controlar la resistencia al flujo del fluido que fluye a través del conducto de descarga de fluido.
6. El sistema de perforación de conformidad con la reivindicación 5 cuando depende de la reivindicación 3, caracterizado porque el conducto de descarga de fluido está provisto de una conexión de ramificación a la salida de fluido de la bomba, la conexión de ramificación está dispuesta entre el espacio anular y la válvula.
7. El sistema de perforación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque el medio de control de presión incluye una válvula sin retorno dispuesta para prevenir el flujo del fluido desde el cuerpo de fluido en el pasaje de fluido de la sarta de perforación.
8. El sistema de perforación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque la sarta de perforación incluye una sección inferior y una sección superior, las secciones que están interconectadas por un medio conector desenganchable, y en el cual, cuando el conector es desenganchado, el extremo superior abierto de la sección inferior de la sarta de perforación está en comunicación fluida con un conducto de suministro para suministrar el fluido de perforación al cuerpo de fluido por la vía de la sección inferior de la sarta de perforación.
9. El sistema de perforación de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el conducto de suministro desemboca en una cámara de fluido que tiene una abertura inferior a través de la cual se extiende de manera sellable la sección inferior de la sarta de perforación y con lo cual el extremo superior abierto de la sección inferior de la sarta de perforación está dispuesto dentro de la cámara de fluido.
10. El sistema de perforación de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la cámara de fluido está provista de una abertura superior a través de la cual se extiende de manera sellable la sección superior de la sarta de perforación.
11. El sistema de perforación de conformidad con la reivindicación 9 o 10, caracterizado porque la cámara de fluido incluye una porción inferior y una porción superior sellada de la porción inferior por un medio de sellado removible, y en el cual, cuando el conector es desenganchado, el extremo superior abierto de la sección inferior de la sarta de perforación está dispuesto en la porción inferior de la cámara de fluido y el extremo inferior abierto de la sección superior de la sarta de perforación está dispuesto en la porción superior de la cámara de fluido.
12. El sistema de perforación sustancialmente como fue descrito anteriormente en la presente con referencia a los dibujos acompañantes.