BRPI0706315A2 - métodos para determinar a existência de um evento de controle de poço e para controlar a pressão da formação durante a perfuração de um furo de sondagem através de uma formação subterránea - Google Patents

Abstract

MéTODOS PARA DETERMINAR A EXISTêNCIA DE UM EVENTO DE CONTROLE DE POçO E PARA CONTROLAR A PRESSãO DA FORMAçãO DURANTE A PERFURAçãO DE UM FURO DE SONDAGEM ATRAVéS DE UMA FORMAçãO SUBTERRáNEA. Um método para controlar pressão da formação durante a perfuração inclui bombear um fluido de perfuração através de uma coluna de perfuração em um furo de sondagem, para fora de uma broca de perfuração para dentro de um espaço anular. O fluido de perfuração é descarregado a partir do espaço anular próximo à superficie da Terra. Pelo menos uma de uma vazão do fluido de perfuração dentro do furo de sondagem e uma vazão fora do espaço anular é medida. A pressão do fluido no espaço anular próximo à superficie da Terra e a pressão do fluido próximo ao fundo do furo de sondagem são medidas. A pressão do fluido próximo ao fundo do furo de sondagem é estimada usando-se a vazão medida, a pressão do espaço anular e a densidade do fluido de perfuração. Um sinal de advertência é gerado se a diferença entre a pressão estimada e a pressão medida exceder um limiar selecionado.

Description

"MÉTODOS PARA DETERMINAR A EXISTÊNCIA DE UM EVENTODE CONTROLE DE POÇO E PARA CONTROLAR A PRESSÃO DAFORMAÇÃO DURANTE A PERFURAÇÃO DE UM FURO DESONDAGEM ATRAVÉS DE UMA FORMAÇÃO SUBTERRÂNEA"

Fundamento da invenção

Campo da Invenção

A invenção refere-se em geral ao campo de perfurações depoço usando dispositivos de controle de pressão anular dinâmica. Maisespecificamente, a invenção refere-se a método para determinar eventos decontrole de fluido do furo de sondagem, tais como, perda de fluido deperfuração ou entrada de fluido de formação em um furo de sondagem quandoestes dispositivos são usados.

Fundamento da Técnica

A pesquisa e a produção de hidrocarbonetos de formaçõessubterrâneas terrestres necessitam, em última análise, de um método paraalcançar e extrair os hidrocarbonetos das formações. O alcance e a extraçãosão executados, tipicamente, perfurando-se um furo de sondagem a partir dasuperfície do terreno até as formações portadoras de hidrocarboneto, usando-se um equipamento de perfuração. Em sua forma mais simples, umequipamento de perfuração terrestre é usado para sustentar uma broca deperfuração montada na extremidade de uma coluna de perfuração. A colunade perfuração é formada tipicamente por extensões da tubulação deperfuração ou por segmentos tubulares similares conectados ponta a ponta. Acoluna de perfuração é sustentada pela estrutura do equipamento deperfuração na superfície. Um fluido de perfuração, feito de um fluido básico,tipicamente, água ou óleo e vários aditivos, é bombeado para baixo por umaabertura central na coluna de perfuração. O fluido sai da coluna de perfuraçãopor aberturas chamadas de "jatos" no corpo da broca de perfuração rotativa.

Em seguida, o fluido de perfuração circula de volta para cima por um espaçoanular formado entre a parede do furo de sondagem e a coluna de perfuração,carregando os detritos de corte da broca de perfuração para limpar o furo desondagem. O fluido de perfuração é igualmente formulado de modo que apressão hidrostática aplicada pelo fluido de perfuração seja maior do que a pressão do fluido da formação circunvizinha, impedindo desse modo que osfluidos da formação entrem no furo de sondagem.

O fato da pressão hidrostática do fluido de perfuração exceder,tipicamente, a pressão do fluido da formação resulta, igualmente, no fluidoentrar nos poros da formação, ou "invadir" a formação Para reduzir aquantidade de fluido de perfuração perdido com esta invasão, alguns dosaditivos no fluido de perfuração aderem à parede do furo de sondagem nasformações permeáveis, formando, assim, um "bolo de lama" relativamenteimpermeável nas paredes da formação. Este bolo de lama impedesubstancialmente a invasão continuada, o que ajuda a preservar e proteger aformação antes da descida da tubulação protetora ou revestimento no furo desondagem como parte do processo de perfuração, como será explicado maisabaixo. A formulação do fluido de perfuração para exercer pressãohidrostática acima da pressão da formação é referida geralmente como"perfuração sobrebalanceada".

O fluido de perfuração retorna finalmente à superfície, onde étransferido para um sistema de tratamento de lama que geralmente incluicomponentes tais como uma mesa vibratória para remover os sólidos dofluido de perfuração, um desgaseificador para remover os gases dissolvidosdo fluido de perfuração, um tanque de armazenamento ou "poço de lama" eum meio manual ou automático para a adição de vários produtos químicos ouaditivos ao fluido tratado pelos componentes antecedentes. O fluxo do fluidode perfuração limpo, tratado, é tipicamente medido para determinar as perdasde fluidos para a formação em conseqüência da invasão do fluido previamentedescrita. Os sólidos e fluido retornados (antes do tratamento) podem serestudados para determinar várias características da formação terrestre usadasem operações de perfuração. Uma vez que o fluido tenha sido tratado no poçode lama, ele é, então, bombeado para fora do poço de lama e é bombeado,outra vez, para dentro do topo da coluna de perfuração.

A técnica da perfuração sobrebalanceada descrita acima é ométodo de controle da pressão do fluido da formação de uso mais geral. Aperfuração sobrebalanceada baseia-se, primariamente, na pressão hidrostáticagerada pelo fluido da coluna de perfuração no espaço anular ("segmentoanular") para conter a entrada de fluidos da formação para dentro do furo desondagem. Exceder a pressão do poro da formação a pressão do fluido dosegmento anular pode impedir influxo súbito do fluido da formação paradentro do furo de sondagem, tal como, coices de gás. Quando estes coices degás ocorrem, a densidade do fluido de perfuração pode ser aumentada paraimpedir mais influxo do fluido da formação para dentro do furo de sondagem.

Entretanto, a adição de aditivos que aumentam a densidade ("adensamento")do fluido de perfuração: (a) pode não ser rápida o bastante para lidar com oinfluxo do fluido da formação; e (b) pode fazer com que a pressão hidrostáticano segmento anular exceda a pressão da fratura da formação, resultando nacriação de fissuras ou fraturas na formação. A criação de fraturas ou fissurasna formação resulta, tipicamente, em perda de fluido de perfuração para aformação, afetando, possivelmente de maneira adversa, a permeabilidade dasformações portadoras de hidrocarboneto próximas ao furo de sondagem. Nocaso dos coices de gás, o operador do furo de sondagem pode optar por fechardispositivos anulares de vedação chamados "válvulas de segurança" (BOPs)localizadas abaixo do assoalho do equipamento de perfuração para controlar amovimentação do gás, para cima, pelo segmento anular. Controlando-se oinfluxo de um coice de gás, depois das BOPs ser fechadas, o gás é sangrado apartir do segmento anular e a densidade do fluido de perfuração é aumentadaantes de recomeçar as operações perfuração.O uso da perfuração sobrebalanceada afeta igualmente asprofundidades em que o revestimento deve ser ajustado durante as operaçõesde perfuração. O processo de perfuração começa com "uma tubulaçãocondutora" sendo introduzida no solo. Uma pilha de BOPs é conectadatipicamente no topo da tubulação condutora, e o equipamento de perfuraçãoposicionado acima da pilha de BOPs. Uma coluna de perfuração com umabroca de perfuração pode ser girada seletivamente girando-se a coluna inteirausando-se um haste quadrada de equipamento de perfuração ou umacionamento de topo, ou a broca de perfuração pode ser girada independenteda coluna de perfuração usando-se um motor acionado pelo fluido deperfuração instalado na coluna de perfuração acima da broca de perfuração.Como notado acima, um operador pode perfurar através de formações daTerra ("furo aberto") até a hora em que a pressão do fluido de perfuração naprofundidade da perfuração se aproxima da pressão da fratura da formação.Nesta hora, é prática comum intercalar e suspender uma coluna derevestimento no furo de sondagem a partir da superfície para baixo até a maisbaixa profundidade perfurada. Uma sapata de cimentação é colocada nacoluna de perfuração, e cimento especial é injetado através da coluna deperfuração e para fora da sapata de cimentação, subindo pelo segmento anulare deslocando qualquer fluido então no segmento anular. O cimento entre aparede da formação e a parte externa do revestimento suporta e isolaefetivamente a formação do segmento anular do furo de sondagem. Alémdisto, a perfuração de furo aberto pode ser realizada abaixo da coluna derevestimento, com o fluido de perfuração provendo, novamente, controle dapressão e proteção da formação no furo aberto perfurado abaixo da parteinferior do revestimento. O revestimento protege as formações mais rasas dofraturamento induzido pela pressão hidrostática do fluido de perfuraçãoquando a densidade do fluido precisar ser aumentada a fim de controlar aspressões dos fluidos da formação em formações mais profundas.A FIG. 1 é um diagrama exemplificativo do uso da densidadedo fluido de perfuração para controlar pressões da formação durante oprocesso de perfuração em uma seção intermediária do furo de sondagem. Abarra horizontal superior representa a pressão hidrostática exercida pelo fluidode perfuração e a barra vertical representa a profundidade vertical total dofuro de sondagem. O gráfico da pressão do fluido da formação (poro) estárepresentado pela linha 10. Como notado acima, na perfuraçãosobrebalanceada, a densidade do fluido de perfuração é selecionada de modoque sua pressão exceda a pressão do poro da formação por alguma quantidadeem razão do controle da pressão e da estabilidade do furo de sondagem. Alinha 12 representa a pressão da fratura da formação. Pressões de fluidos dofuro de sondagem acima da pressão da fratura da formação podem resultar nofluido de perfuração pressurizando as paredes da formação até o ponto em quepequenas rachaduras ou fraturas se abrirão na parede do furo de sondagem.

Mais, a pressão do fluido de perfuração supera a pressão da formação eprovoca invasão de fluido significativa. A invasão de fluido pode resultar em,entre outros problemas, permeabilidade reduzida, afetando adversamente aprodução da formação. A pressão gerada pelo fluido de perfuração e seusaditivos está representada pela linha 14 e é geralmente uma função linear daprofundidade vertical total. A pressão hidrostática que seria gerada pelo fluidosem quaisquer aditivos, isto é, água pura, está representada pela linha 16.

Em um sistema de fluido de perfuração de "circuito aberto"descrito acima, onde o fluido de retorno do furo de sondagem é expostosomente à pressão atmosférica, a pressão anular no furo de sondagem éessencialmente uma função linear da densidade do fluido do furo desondagem em relação à profundidade no furo de sondagem. No sentido maisestrito isto é verdadeiro apenas quando o fluido de perfuração é estático. Naverdade, a densidade efetiva do fluido de perfuração pode ser modificadadurante as operações de perfuração devido ao atrito no fluido de perfuraçãomovente, entretanto, a pressão anular resultante está, em geral, relacionadalinearmente à profundidade vertical.

No exemplo da FIG. 1, a pressão hidrostática 16 do fluido deperfuração e a pressão do poro 10 geralmente seguem, uma a outra, na seçãointermediária do furo de sondagem a uma profundidade de aproximadamente2133,6m. Depois disso, a pressão do poro 10 (pressão dos fluidos nos espaçosdos poros das formações da Terra) aumenta em uma taxa acima daquelaequivalente a uma coluna de água no intervalo de uma profundidade de2133,6m a aproximadamente 2834,64m. Estas pressões da formação anormaispodem ocorrer quando um furo de sondagem penetra um intervalo daformação que tem características significativamente diferentes das daformação prévia. A pressão hidrostática 14 mantida pelo fluido de perfuraçãoestá com segurança acima da pressão do poro antes de aproximadamente2133,6m. No intervalo de 2133,6-2834,64m, o diferencial entre a pressão doporo IOea pressão hidrostática 14 é reduzido significativamente, diminuindoa margem de segurança durante as operações de perfuração. Um coice de gásdentro deste intervalo pode resultar na pressão do poro exceder a pressãohidrostática, com um influxo de fluido e o gás para dentro do furo desondagem possivelmente exigindo a ativação das BOPs. Como notado acima,embora material de adensamento adicional possa ser adicionado ao fluido deperfuração para aumentar sua pressão hidrostática, isto será, geralmente,ineficaz para lidar com um coice de gás devido ao tempo exigido paraaumentar a densidade do fluido na profundidade do coice no furo desondagem. Este tempo resulta do fato de que o fluido de perfuração deve sermovido através de milhares de metros da tubulação de perfuração paraalcançar mesmo a profundidade de broca, sem mencionarmos o início docarregamento do segmento anular para aumentar a pressão hidrostática no segmento anular.

Um sistema de fluido de perfuração de circuito aberto estásujeitos a vários outros problemas. Será apreciado que é necessário desligar asbombas de lama a fim montar segmentos sucessivos da tubulação deperfuração ("junções") à coluna de perfuração para aumentar seucomprimento (chamado: "fazer uma conexão"), para permitir a perfuração deformações sucessivamente mais profundas da Terra. Quando as bombas sãodesligadas, a pressão anular suportará um pico negativo que se dissipaenquanto a pressão anular estabiliza. Similarmente, quando as bombas sãoreligadas após ter sido feita uma conexão, a pressão anular suportará um picopositivo. Estes picos ocorrem a cada vez que uma junção de tubulação éadicionada a ou removida da coluna. Será apreciado que estes picos depressão podem causar fadiga no bolo de lama e na parede do furo desondagem, e poderiam resultar na entrada de fluidos da formação no furo desondagem ou fraturamento da formação levando, outra vez, a um evento decontrole de poço.

Para superar as limitações antecedentes da perfuração usando-se um sistema de circulação de fluido de circuito aberto, foram desenvolvidosnumerosos sistemas de perfuração chamados sistemas de controle de pressãoanular dinâmica" (DAPC). Um destes sistemas está apresentado, por exemplo,na patente U.S. 6.904.981 disponibilizada para van Riet e atribuída à ShellOil Company. O sistema de DAPC, apresentado na patente "981, inclui umsistema de contrapressão do fluido, onde a descarga do fluido do furo desondagem é controlada seletivamente para manter uma pressão selecionada nofundo do furo de sondagem, e o fluido é bombeado sistema de retorno defluido de perfuração abaixo para manter a pressão do segmento anular duranteos momentos em que as bombas de lama são desligadas. Além disto, éprovido um sistema de monitoração da pressão para monitorar pressõesdetectadas do furo de sondagem, modelar pressões previstas do furo desondagem para perfuração adicional e para controlar o sistema decontrapressão do fluido.Como pode ser pressuposto da discussão acima sobre eventosde influxo de fluido e perda de fluido, é importante que a detecção desteseventos, e as ações corretivas conseqüentes ocorram o mais cedo possívelapós o início de um destes eventos de modo que as ações corretivas sejam omais possivelmente eficazes. Este é particularmente o caso com coices de gás,porque uma vez que um coice de gás flui para cima pelo segmento anular, apressão hidrostática devido ao gás de penetração, é reduzida imediatamenteapós o aumento no volume de gás, deslocando, assim, volumessucessivamente maiores do fluido de perfuração no segmento anular. Odeslocamento do fluido de perfuração resulta em mais redução da pressãohidrostática no segmento anular, exacerbando a expansão do gás em um cicloperigoso. Conseqüentemente, muito trabalho foi devotado à detecçãoadiantada, precisa, de eventos de controle do poço. Muitas das técnicasconhecidas na técnica para a detecção de eventos de controle de poço usando-se sistemas fluidos de circulação do circuito aberto são descritas, porexemplo, na patente U.S. 6.820.702 disponibilizada para Niedermayr e outros.Geralmente, técnicas conhecidas na técnica para detectar os eventos decontrole de poço usadas com sistemas de circulação de fluido de circuitoaberto, usa diferenças entre o volume do fluxo de fluido no furo de sondageme o fluxo do fluido fora do furo de sondagem para inferir a presença desteevento.

O que é necessário é um método para determinar a existênciade um evento de controle de poço a ser usado com sistemas de circulação defluidos de circuito fechado tais como sistemas de DAPC.

Será igualmente apreciado que um modo de realização, pelomenos, de um sistema de DAPC mostrado na patente '981 de van Riet exigeuma bomba de contrapressão para os momentos em que as bombas de Lamado Equipamento são desligadas a fim manter a pressão do fluido do segmentoanular. É desejável ter um sistema de DAPC que não se baseie no uso de umabomba de contrapressão separada para manter a pressão do segmento anularsob todas as circunstâncias de funcionamento.

Sumário da Invenção

Um aspecto da invenção é um método para determinar aexistência de um evento de controle de poço controlando-se a pressão daformação durante a perfuração de um furo de sondagem através de umaformação subterrânea. Um método de acordo com este aspecto da invençãoinclui o bombeamento de um fluido de perfuração através de uma coluna deperfuração descida em um furo de sondagem, para fora de uma broca deperfuração na extremidade inferior da coluna de perfuração, e para dentro doespaço anular entre a coluna de perfuração e o furo de sondagem. O fluido deperfuração é descarregado a partir do espaço anular próximo à superfície doterreno. A pressão do fluido do espaço anular é aumentada seletivamente paramanter uma pressão de fluido selecionada próximo ao fundo do furo desondagem aplicando-se pressão de fluido ao espaço anular. O aumentoseletivo inclui controlar uma abertura ou um orifício acopladooperacionalmente entre o espaço anular e. uma linha de descarga. A aberturaselecionada do orifício é monitorada A existência de um evento de controle de poço é determinada quando a abertura muda e a taxa de bombeamentopermanece substancialmente constante.

Um método para controlar a pressão da formação durante aperfuração de um furo de sondagem de acordo com outro aspecto da invençãoinclui bombear um fluido de perfuração através de uma coluna de perfuraçãodescida em um furo de sondagem, para fora de uma broca de perfuração naextremidade inferior da coluna de perfuração, e para dentro de um espaçoanular entre a coluna de perfuração e o furo de sondagem. O fluido deperfuração é descarregado a partir do espaço anular próximo à superfície daTerra Pelo menos uma de uma vazão do fluido de perfuração no furo desondagem e uma vazão do fluido fora do espaço anular é medida. Umapressão do fluido no espaço anular próximo à superfície da Terra e umapressão do fluido próximo ao fundo do furo de sondagem são medidas. Umapressão do fluido próximo ao fundo do furo de sondagem é estimada usando-se a vazão medida, a pressão medida do espaço anular e a densidade do fluidode perfuração. Um sinal de advertência é gerado se uma diferença entre apressão estimada e a pressão medida exceder um limiar selecionado.

Outros aspectos e vantagens da invenção serão aparentes dadescrição seguinte e das reivindicações anexas.

Descrição Resumida dos Desenhos

FIG. 1 é um gráfico mostrando pressões anulares e pressões doporo e da fratura da formação.

FIGS. 2A e 2B são vistas no plano de dois modos derealização diferentes do aparelho que pode ser usado com um método deacordo com a invenção.

FIG. 3 é um diagrama de bloco do sistema de monitoração econtrole da pressão usado no modo de realização mostrado na FIG. 2.

FIG. 4 é um diagrama funcional do funcionamento do sistemade monitoração e controle da pressão.

FIG. 5 é um gráfico mostrando a correlação de pressõesanulares prognosticadas com pressões anulares medidas.

FIG. 6 é um gráfico mostrando a correlação de pressõesanulares prognosticadas com pressões anulares medidas mostradas na FIG. 5,após modificação de determinados parâmetros do modelo.

FIG. 7 é um gráfico mostrando como o sistema de DAPC podeser usado para controlar variações na pressão do poro da formação em umacondição sobrebalanceada;

FIG. 8 é um gráfico mostrando a operação de DAPC quandoaplicada em uma operação balanceada.

FIGS. 9A e 9B são gráficos mostrando como o sistema deDAPC pode ser usado para neutralizar as quedas e picos da pressão anularque acompanham as condições de bomba ligada/desligada.

FIG. 10 mostra outro modo de realização de um sistema deDAPC que usa apenas bombas de Lama do Equipamento para prover apressão de fluido selecionada a ambos, coluna de perfuração e segmentoanular.

Descrição Detalhada

1. Sistema de Circulação da Perfuração e Primeiro Modo de Realização de umSistema de Controle de Contrapressão.

A FIG. 2A é uma vista no plano mostrando um sistema deperfuração terrestre tendo um modo de realização de um sistema de controleanular de pressão dinâmica (DAPC) que pode ser usado com a invenção. Seráapreciado que um sistema de perfuração fora da costa pode, do mesmo, modoter um sistema de DAPC usando métodos de acordo com a invenção. Osistema de perfuração 100 está mostrado incluindo um equipamento deperfuração 102 que é usada para suportar operações de perfuração. Muitos doscomponentes usados no equipamento de perfuração 102, tais como hastequadrada, alicates hidráulicos, cunhas, guinchos de perfuração e outroequipamento não estão mostrados separadamente nas figuras para maiorclareza da ilustração. O equipamento 102 é usado para sustentar uma colunade perfuração 112 usada para perfurar um furo de sondagem através deformações da Terra tal como mostrado como formação 104. Como mostradona FIG. 2A o furo de sondagem 106 já foi parcialmente perfurado, e umatubulação de proteção ou revestimento 108 colocada e cimentada 109 nolugar, em parte da porção perfurada do furo de sondagem 106. No presentemodo de realização, um mecanismo de vedação do revestimento, ou válvulade emprego no interior do poço, 110 é instalado no revestimento 108 paravedar opcionalmente o segmento anular e para atuar efetivamente como umaválvula para fechar a seção aberta do furo do furo de sondagem 106 (a porçãodo furo de sondagem 106 abaixo da parte inferior do revestimento 108)quando uma broca de perfuração 120 estiver localizada acima da válvula 110.

A coluna de perfuração 112 sustenta um conjunto de fundo dopoço 113 (BHA) que pode incluir a broca de perfuração 120, um motor delama 118, um conjunto de sensores 119 de registro e medição enquantoperfurando (MWD/LWD) que inclui preferivelmente um transdutor depressão 116 para determinar a pressão anular no furo de sondagem 106. Acoluna de perfuração 112 inclui uma válvula de controle para impedir orefluxo do fluido do segmento anular para o interior da coluna de perfuração112. O conjunto 119 de MWD/LWD inclui preferivelmente um pacote detelemetria 122 que é usado para transmitir dados da pressão, dados do sensorde MWD/LWD, bem como, informação da perfuração para serem recebidosna superfície da Terra. Embora a FIG. 2A ilustre um BHA utilizando umsistema de telemetria de modulação da pressão da lama, será apreciado queoutros sistemas de telemetria, tais como radiofreqüência. (RF),eletromagnético (EM) ou sistemas de transmissão de coluna de perfuraçãopodem ser usados com a presente invenção.

Como notado na seção Fundamento, acima, o processo deperfuração exige o uso de um fluido de perfuração 150, que é armazenadotipicamente em um reservatório 136. O reservatório 136 está emcomunicações fluídicas com uma ou mais bombas de lama 138 doequipamento de perfuração que bombeiam o fluido de perfuração 150 atravésde um duto 140. O duto 140 é conectado ao segmento ou "junção" mais altoda coluna de perfuração 112 que passa através de um cabeçote de controle derotação ou "BOP rotativa" 142. Uma BOP rotativa 142, quando ativada, forçaelementos de vedação elastoméricos moldados esfericamente a girarascendentemente, fechando-se em torno da coluna de perfuração 112 eisolando a pressão do fluido no segmento anular, além disto, permitindo arotação da coluna de perfuração. BOPs rotativas disponíveis no comércio,como as fabricados pela National Oilwell Varco, Avenida Richmond 10000,Houston, Texas 77042 são capaz de isolar pressões anulares de até 68947.6kPa. O fluido 150 é bombeado para baixo através de uma passagem interiorna coluna de perfuração 112 e do BHA 113 e sai através de bocais ou jatos nabroca de perfuração 120, por meio do que o fluido 150 circula os detritos deperfuração para longe da broca 120 e retorna os detritos de corte para cimaatravés do espaço anular 115 entre a coluna de perfuração 112 e o furo desondagem 106 e através do espaço anular formado entre o revestimento 108 ea coluna de perfuração 112. O fluido 150 retorna finalmente à superfície daTerra e atravessa um desviador 142, através do duto 124 e vários tanques deequilíbrio e sistemas do receptor da telemetria (não mostradosseparadamente).

Depois disso o fluido 150 prossegue para o que é aquigeralmente referido como um sistema de contrapressão 131. O fluido 150entra no sistema de contrapressão 131 e flui através de um medidor de fluxo126. O medidor de fluxo 126 pode ser do tipo equilíbrio de massa ou outro deresolução suficientemente alta para medir a vazão do poço. Utilizandomedidas do medidor de fluxo 152, um operador do sistema poderá determinarquanto fluido 150 foi bombeado para dentro do poço através da coluna deperfuração 112. O uso de um contador de pulso da bomba pode igualmenteser usado no lugar do medidor de fluxo 152. Tipicamente as quantidades dofluido bombeadas e retornadas são essencialmente as mesmas em condiçõesde estado estável quando compensadas para o volume adicional do furo desondagem perfurado. Compensando por efeitos transientes e pelo volumeadicional do furo de sondagem que está sendo perfurado e baseado emdiferenças entre as quantidades de fluido 150 bombeado e de fluido 150retornado, o operador do sistema está capacitado a determinar se o fluido 150está sendo perdido na formação 104, o que pode indicar que fraturamento oucolapso da formação ocorreram, isto é, um diferencial negativo do fluidosignificativo. Do mesmo modo, um diferencial positivo significativo poderiaser um indicativo da entrada do fluido da formação dentro do furo desondagem 106 a partir das formações da Terra 104.

O fluido de retorno 150 prossegue até um estrangulador deorifício controlável, resistente ao desgaste, 130. Será apreciado que existemestranguladores projetados para operar em um ambiente onde o fluido deperfuração 150 contenha substanciais detritos de corte da perfuração e outrossólidos. O estrangulador 130 é preferivelmente deste tipo e, além disto, capazde funcionar em pressões variáveis, aberturas ou orifícios variáveis, e atravésde ciclos de trabalho múltiplos. O fluido 150 sai pelo estrangulador 130 e fluiatravés de um arranjo de válvula 5. O fluido 150 pode então ser processado,primeiro por um desgaseificador opcional 1 ou diretamente por uma série defiltros e mesa vibratória 129, projetada remover do fluido 150, contaminantes,incluindo detritos de corte da broca. O fluido 150 é então retornado aoreservatório 136. Um circuito de fluxo 119A é provido antes de um arranjo deválvula 125 para conduzir o fluido 150 diretamente para a entrada de umabomba de contrapressão 128. Alternativamente, a entrada da bomba decontrapressão 128 pode ser provida com fluido do reservatório 136 através doduto 119B, que está em comunicação fluídica com o tanque de manobra. Otanque de manobra é usado normalmente em um equipamento de perfuraçãopara monitorar ganhos e perdas do fluido de perfuração durante operações demanobra da tubulação (retirada e introdução da coluna de perfuração total; oude subconjunto substancial dela do furo de sondagem). Na invenção, afuncionalidade do tanque de manobra é preferivelmente mantida. O arranjo deválvula 125 pode ser usado para selecionar o circuito 119A, duto 119B ouisolar o sistema de contrapressão. Embora a bomba de contrapressão 128 sejacapaz de utilizar o fluido retornado para criar uma contrapressão pela seleçãodo circuito de fluxo 119A, será apreciado que o fluido retornado poderia tercontaminantes que não teriam sido removidos pelo filtro/mesa vibratória 129.Neste caso, o desgaste da bomba de contrapressão 128 pode ser aumentado.Conseqüentemente, o suprimento do fluido preferido para a bomba decontrapressão 128 é o duto 119A para prover fluido recondicionado à entradada bomba de contrapressão 128.

Em operação, o arranjo de válvula 125 deveria selecionar ou oduto 119A ou, o duto 119B, e a bomba de contrapressão 128 é acoplada paraassegurar que fluxo suficiente passe através do lado a montante doestrangulador 130 para ser capaz de manter a contrapressão no segmentoanular 115, mesmo quando não houver nenhum fluxo de fluido de perfuraçãovindo do segmento anular 115. No presente modo de realização, a bomba decontrapressão 128 é capaz de fornecer até aproximadamente 15168.5kPa depressão; embora bombas com capacidade da pressão mais alta possam serselecionadas a juízo do projetista do sistema. Pode-se apreciar que a bomba128 poderia ser posicionada de qualquer maneira desde que esteja emcomunicação fluídica com o segmento anular, o segmento anular sendo o dutode descarga do poço.

A capacidade de fornecer contrapressão é uma melhoriasignificativa sobre sistemas de controle de fluidos normais. A pressão nosegmento anular fornecida pelo fluido é uma função de sua densidade e daprofundidade vertical verdadeira e é geralmente por aproximação uma funçãolinear. Como notado acima, os aditivos adicionados ao fluido no reservatório136 devem ser bombeados para o furo abaixo para eventualmente mudar ogradiente da pressão aplicada pelo fluido 150.

O sistema pode incluir um medidor de fluxo 152 no duto 100para medir a quantidade de fluido que está sendo bombeado no segmentoanular 115. Será apreciado que pela monitoração dos medidores de fluxo 126,152 e assim do volume bombeado pela bomba de contrapressão 128, épossível determinar a quantidade de fluido 150 que está sendo perdido para aformação, ou inversamente, a quantidade de fluido de formação que entra nofuro de sondagem 106. Incluído adicionalmente no sistema está uma provisãopara monitoração das condições da pressão do furo de sondagem eprognóstico das características da pressão no furo de sondagem 106 esegmento anular 115.

A FIG. 2B mostra um modo de realização alternativo dosistema de DAPC. Neste modo de realização a bomba de contrapressão, não énecessária para manter fluxo suficiente através do estrangulador quando ofluxo através do furo de sondagem precise ser vedado por qualquer razão.Neste modo de realização, um arranjo de válvula adicional 6 é colocado ajusante das bombas de lama 138 do equipamento de perfuração no duto 140.Este arranjo de válvula 6 permite que o fluido das bombas de lama 138 doequipamento de perfuração seja desviado completamente do duto 140 para oduto 7, desviando assim o fluxo das bombas 138 do equipamento deperfuração que de outra maneira entrariam na passagem interior da coluna deperfuração 112. Mantendo a ação das bombas 138 do equipamento deperfuração e desviando a saída das bombas 138 para o segmento anular 115, éassegurado fluxo suficiente através do estrangulador para controlar acontrapressão do segmento anular.

2. Sistema de Monitoração de DAPC

A FIG. 3 é um diagrama de bloco do sistema de monitoraçãoda pressão 146 do sistema de DAPC. As entradas de dados do sistema para osistema de monitoração da pressão 146 podem opcionalmente incluir apressão no furo abaixo 202 que foi medida pelo sensor apropriado no pacotede sensores 119 MW/LWD, transmitida à superfície da Terra pelo pacote detelemetria 122 MWD e recebida pelo equipamento transdutor (não mostrado)na superfície de Terra. Outras entradas de dados do sistema podemopcionalmente incluir a pressão da bomba 200, o fluxo de entrada 204 domedidor de fluxo 152 ou o cálculo da vazão dentro do poço calculando-se odeslocamento da bomba e a velocidade em que a bomba está operando,velocidade de penetração da perfuração e velocidade de rotação da coluna deperfuração, bem como, opcionalmente, a força axial sobre a broca deperfuração ("peso na broca" ou WOB) e, opcionalmente, o torque na broca deperfuração (TOB) que pode ser transmitido a partir de sensores apropriados(não mostrados separadamente) o BHA 113 dependendo da exatidão damedida da pressão exigida no fundo do poço. O fluxo de retorno da lama émedido usando-se o medidor de fluxo opcional 126 quando necessário. Sinaisrepresentativos das várias entradas de dados são transmitidos a partir de umaunidade de controle 230 que, ela própria, pode incluir uma unidade decontrole 232 do equipamento de perfuração e uma estação do operador daperfuração 234, para um processador 236 de DAPC e para um controladorlógico programável da contrapressão (PLC) 238, todos eles podendo serconectados por uma rede de dados comum 240. O processador 236 de DAPCserve para três funções, monitorar o estado da pressão do furo de sondagemdurante operações de perfuração, prognosticar a resposta do furo de sondagemà perfuração continuada, e emitir comandos para o PLC da contrapressão paracontrolar a abertura do estrangulador 130 e para operar seletivamente abomba de contrapressão 128. A lógica específica associada ao processador236 do DAPC será discutida mais abaixo.

3. Cálculo da Contrapressão

Um modelo esquemático da funcionalidade do sistema demonitoração da pressão de DAPC. 146 está mostrado na FIG. 4. Oprocessador 236 de DAPC inclui programação para realizar funções de"Controle" e funções de "Calibração do Modelo em Tempo Real". Oprocessador 236 de DAPC recebe dados das várias fontes e calculacontinuamente em tempo real o ponto de ajuste correto da contrapressãobaseado nos valores dos parâmetros de entrada. O ponto de ajuste dacontrapressão é transferido então ao controlador de lógica programável 238,qual gera sinais de controle para a bomba de contrapressão (128 na FIG 2A) epara o estrangulador (130 na FIG. 2A). Os parâmetros de entrada caem emtrês grupos principais. Os primeiros são parâmetros relativamente fixos 250,incluindo parâmetros tais como a geometria do furo de sondagem e da colunade revestimento, diâmetros dos bocais da broca de perfuração, e a trajetória dofuro de sondagem. Embora seja reconhecido que a trajetória real do furo desondagem pode variar da trajetória planejada, a variação pode ser levada emconsideração com uma correção da trajetória planejada. Igualmente dentrodeste grupo de parâmetros estão o perfil da temperatura do fluido deperfuração no segmento anular (115 na Figura 2A) e a composição do fluidode perfuração. Como para os parâmetros da trajetória, estes são geralmenteconhecidos e não mudam substancialmente sobre pequenas porções no cursodas operações de perfuração do furo de sondagem. Em particular, com osistema de DAPC, um objetivo é poder manter a pressão no furo de fundorelativamente constante apesar das mudanças na vazão do fluido, usando osistema de contrapressão para prover a pressão adicional para controlar apressão do segmento anular próximo à superfície da Terra.

O segundo grupo de parâmetros 252 é variável por natureza e ésensoriado e registrado substancialmente em tempo real. A rede de dados 240,comum, provê estes dados ao processador de DAPC 236. Estes dados podemincluir dados da vazão providos ou por um, ou por ambos, entrada e retornodos medidores de fluxo 152 e 126, respectivamente, a velocidade depenetração da coluna de perfuração (ROP) ou velocidade axial, velocidade derotação da coluna de perfuração, profundidade da broca de perfuração, eprofundidade do furo de sondagem, os dois últimos sendo derivados de dadosde sensores de equipamento de perfuração bastante conhecidos. O últimoparâmetro é a pressão no furo abaixo 254 que é provida pelo conjunto desensores do furo abaixo MWD/LWD 119 e que pode ser transmitida àsuperfície da Terra usando-se o pacote de telemetria 122 do pulso da lama.Outro parâmetro da entrada é o ponto de ajuste da pressão 256 no furo abaixo,ou densidade de circulação equivalente na broca de perfuração, próximo àbroca de perfuração ou em algum ponto determinado no furo de furo.

Funcionalmente, o módulo de controle 258 tenta calcular apressão no segmento anular (115 na figura 2A) em cada ponto sobre seucomprimento total do furo de sondagem, utilizando vários modelos projetadospara vários parâmetros da formação e do fluido. A pressão no segmentoanular é uma função não apenas da pressão hidrostática ou do peso da colunado fluido, no furo de sondagem, mas inclui as pressões causadas poroperações do furo de sondagem, incluindo o deslocamento do fluido pelacoluna de perfuração, pelas perdas por atrito devido ao fluxo do fluido queretorna para cima pelo segmento anular, e outros fatores. De modo a calculara pressão dentro do poço, a programação no módulo de controle 258considera o furo de sondagem como um número finito de segmentos, cadauma delas atribuída a um segmento do comprimento do furo de sondagem.Em cada um dos segmentos, a pressão dinâmica e o peso do fluido (pressãohidrostática) são calculados e usados para determinar o diferencial de pressão262 para o segmento. Os segmentos são então somados e o diferencial depressão para o perfil de todo o furo de sondagem é determinado.

E sabido que a vazão do fluido 150 que está sendo bombeadopara dentro do furo de sondagem está relacionada, de certa forma, à vazão dofluido 150 e a velocidade pode então ser usada para determinar a perda depressão dinâmica quando o fluido 150 está sendo bombeado para dentro dofuro de sondagem através da coluna de perfuração. A densidade do fluido 150é calculada em cada segmento, levando-se em consideração acompressibilidade do fluido, a carga estimada dos detritos de corte da broca ea expansão termal do fluido 150 para o segmento específico, ela própriarelacionada ao perfil de temperatura para esse segmento do furo de sondagem.

A viscosidade do fluido na temperatura estimada para o segmento éigualmente importante para determinar perdas da pressão dinâmica para osegmento. A composição do fluido é igualmente considerada na determinaçãoda compressibilidade e do coeficiente de expansão termal. A velocidade domovimento axial da coluna de perfuração está relacionada às pressões de"surto" e "varredura" encontradas durante operações de perfuração quando acoluna de perfuração é descida no, ou retirada do furo de sondagem. Arotação da coluna de perfuração é usada igualmente para determinar pressõesdinâmicas, uma vez que a rotação cria uma força de atrito entre o fluido nosegmento anular e a coluna de perfuração. A profundidade da broca deperfuração, a profundidade do furo de sondagem, e a geometria do furo desondagem e da coluna de perfuração são todas usadas para ajudar a gerar ossegmentos do furo de sondagem a ser modelados. A fim calcular a densidadedo fluido, o presente modo de realização considera não apenas a pressãohidrostática exercida pelo fluido 150, mas também a compressão do fluido, aexpansão termal do fluido e a carga dos detritos de corte da broca do fluidoobservados durante operações de perfuração. Será apreciado que a carga dosdetritos de corte pode ser determinada quando o fluido é retornado àsuperfície e recondicionado para uso posterior. Todos estes fatores podem serusados no cálculo da "pressão estática" do fluido no segmento anular.

O cálculo da pressão dinâmica inclui muito dos mesmosfatores usados para determinar a pressão estática. Entretanto, o cálculo dapressão dinâmica considera adicionalmente vários outros fatores. Entre elesestá se o fluxo de fluido é laminar ou turbulento. Se o fluxo é laminar outurbulento está relacionado à aspereza estimada, ao tamanho do furo desondagem e à vazão do fluido. O cálculo igualmente considera a geometriaespecífica para o segmento em questão. Isto poderia incluir a excentricidadedo furo de sondagem e a geometria específica do segmento da coluna deperfuração (por exemplo, conexão rosqueada ou "recalques por tubo e válvulade pé") que afeta a vazão observada em qualquer segmento do segmentoanular do furo de sondagem. O cálculo da pressão dinâmica. Além disto,inclui a acumulação dos detritos de corte no furo de sondagem, assim como areologia do fluido e o efeito (axial e rotatório) do movimento da coluna deperfuração na pressão dinâmica do fluido.

Pode ser apreciado, que a natureza do modelo e adisponibilidade de parâmetros de entrada afetarão a exatidão relativa domodelo, mas o princípio permanece o mesmo.

O diferencial de pressão 262 para todo o segmento anular écalculado e comparado à pressão do ponto de ajuste 256 no módulo decontrole 264. A contrapressão desejada 266 é então determinada e levada aocontrolador lógico programável 238, que gera sinais de controle para a bombade contrapressão 128 e o estrangulador 130. Geralmente, a contrapressão éaumentada reduzindo-se a abertura do estrangulador. A contrapressão édiminuída aumentando-se a abertura do estrangulador. Como será explicadomais detalhadamente abaixo, a abertura particular do estrangulador existente aqualquer hora pode ser usada como um indicador que um evento de controledo poço está ocorrendo, a saber, que o fluido da formação está entrando nofuro de sondagem de uma ou mais das formações (um "coice"), ou o fluido deperfuração está deixando o furo de sondagem e entrando em uma ou mais dasformações adjacentes ao furo de sondagem ("perda de circulação").

4. Calibração e Correção da Contrapressão

A discussão acima é como a contrapressão é geralmentecalculada usando-se a pressão do furo abaixo. Este parâmetro é determinadono furo abaixo e é transmitido tipicamente para cima pela coluna de lamausando-se pulsos de pressão da lama. Porque a largura da banda de dados paraa telemetria do pulso da lama é muito baixa e a largura da banda ser usadaigualmente por outras funções de MWD/LWD, bem como funções decontrole da coluna de perfuração, e pressão do furo abaixo, essencialmentenão pode ser entrada como dado no modelo de DAPC em uma base de temporeal. Conseqüentemente, será apreciado que é provável que haja umadiferença entre a pressão medida do furo abaixo, quando transmitida até asuperfície usando-se a telemetria do pulso da lama, e a pressão prognosticadado furo abaixo para essa profundidade. Quando isto ocorre o sistema deDAPC computa ajustes para os parâmetros e os implementa no modelo parafazer uma estimativa nova, melhor, da pressão do furo abaixo. As correçõesao modelo podem ser feitas variando-se qualquer um dos parâmetrosvariáveis. No presente modo de realização, qualquer uma da densidade dofluido e viscosidade do fluido é modificada a fim de corrigir a pressãoprognosticada do furo abaixo para a pressão real no furo de fundo. Alémdisto, no presente modo de realização a medida real da pressão do furo abaixoé usada, para calibrar apenas a pressão calculada do furo abaixo, mais do quepara prever a pressão anular do furo abaixo. Com telemetria do furo abaixoessencialmente contínua para permitir transmissão essencialmente em temporeal da pressão e da temperatura perto do fundo do furo de sondagem, é entãoigualmente prático incluir informação da pressão e da temperatura do furoabaixo em tempo real para corrigir o modelo.

Quando há um retardo entre a medida da pressão do furoabaixo e outras entradas em tempo real, o sistema de controle 236 de DAPCopera adicionalmente para posicionar as entradas de dados de modo queentradas em tempo real se correlacionem corretamente com as entradasretardadas transmitidas do furo abaixo. Entradas do sensor do equipamento deperfuração, diferencial de pressão calculado e pressões de contrapressão, bemcomo, medidas do furo abaixo, podem ser identificadas por "data/hora ou por"profundidade", uma vez que as entradas de dados e resultados podem sercorretamente correlacionados com dados do furo abaixo recebidos mais tarde.Usando-se uma análise de regressão baseada em um conjunto de medidasreais da pressão recentemente identificadas por data/hora, o modelo pode serajustado para prognosticar mais precisamente a pressão real e a contrapressãoexigida. No caso em que não haja nenhuma identificação por data/hora ou porprofundidade o mesmo processo da análise de regressão pode ser usado paracomparar a pressão real e a calculada no furo abaixo.

A FIG. 5 descreve a operação do sistema de controle de DAPCdemonstrando um modelo de DAPC não calibrado. Será notado que a pressãodo furo abaixo enquanto perfurando (PWD) 400 muda com o tempo comoresultado do retardo de tempo para o sinal ser selecionado e transmitido furoacima. Em conseqüência, existe um desvio significativo entre a pressãoprognosticada pelo DAPC 404 e a pressão sem identificação de tempoenquanto perfurando ou medida da pressão anular 400 (PWD). Quando aPWD é identificada por data/hora e deslocada para trás no tempo 402, odiferencial entre a PWD 402 e a pressão prognosticada pelo DAPC 404 ésignificativamente menor do que quando comparado à PWD 400 nãodeslocada no tempo. Não obstante, a pressão prognosticada pelo DAPC diferesignificativamente. Como notado acima, este diferencial é tratadomodificando-se as entradas de dados do modelo para a densidade do fluido150 e a viscosidade, ou ambos. Baseado nas novas estimativas, na FIG. 6, apressão prognosticada pelo DAPC 404 segue mais de perto a pressão real nofuro de fundo 402. Assim, o modelo de DAPC usa a pressão real no furo defundo para calibrar a pressão prognosticada e modificar as entradas domodelo para refletir mais precisamente a pressão do furo abaixo por todo operfil do furo de sondagem.

Baseado na pressão prognosticada pelo DAPC, o sistema decontrole 236 do DAPC calculará o nível exigido da contrapressão 266 e otransmitirá ao controlador de lógica programável (FIG. 4 238). O controladorprogramável 238 gera então os sinais de controle necessários para oestrangulador 130, válvulas necessárias e bomba de contrapressão 128, comoexigido, dependendo do modo de realização em uso.

Em um modo de realização particular, o cálculo da pressãoprognosticada do furo de sondagem pelo sistema de DAPC é retardado apóscada vez que as bombas de Lama do Equipamento são ligadas, pelo menos atéque a pressão da lama de perfuração na saída da bomba de lama sejaaproximadamente a mesma que a da contrapressão existente na entrada doestrangulador. A finalidade do presente modo de realização é superar váriosartefatos adversos na modelagem da pressão causados pelo carregamento dosistema de circulação de lama após ter reiniciado as bombas de Lama doEquipamento. Será apreciado que quando as bombas de Lama doEquipamento são inicialmente ligadas, como após a adição de um segmentonovo de tubulação de perfuração à coluna de perfuração "("fazendo umaconexão"), uma quantidade substancial de lama de perfuração será adicionadaao volume total do sistema de circulação da coluna de perfuração e furo desondagem devido ao vazio na coluna de perfuração e á compressão da lamaquando é pressurizada pelas bombas de Lama do Equipamento ao graunecessário para superar todo o atrito no sistema da circulação. O presentemodo de realização pode ser particularmente benéfico no caso de um medidorde fluxo não estar disponível no circuito de descarga do fluido do furo desondagem.

5. Aplicações do sistema de DAPC

A vantagem em usar o sistema de contrapressão controladaDAPC pode ser prontamente observada no mapa da FIG. 7. A pressãohidrostática do fluido é representada pela linha 302. Como pode ser visto apressão hidrostática aumenta como uma função linear da profundidade dofuro de sondagem de acordo com a fórmula:

P = pgTVD + C

onde Pé a pressão, ρ é a gravidade específica do fluido, TVD éa profundidade vertical total do furo de sondagem, g é a constantegravitacional da Terra e C é a contrapressão suprida pelo sistema decontrapressão. No caso da pressão hidrostática do gradiente da água 302, adensidade do fluido é a da água. Além disso, em um sistema de circulaçãoaberta, a contrapressão C é sempre zero. A fim de se assegurar que a pressãoanular seja maior do que a pressão do poro da formação 300, o fluido éadensado (sua densidade é aumentada), aumentando deste modo a pressãoaplicada em relação à profundidade no furo de sondagem. O perfil da pressãodo poro 300 pode ser visto na FIG. 7 como sendo linear, até o momento emque sai do revestimento 20, quando então, é exposto à pressão real daformação, resultando em um aumento repentino na pressão da formação. Emoperações normais, a densidade do fluido pode ser selecionada de modo que apressão anular exceda a pressão do poro da formação abaixo do revestimento 20.

Por contrate o uso do sistema de contrapressão controladaDAPC permite que um operador faça mudanças na pressão anularessencialmente em etapas. As linhas da pressão DAPC 303 estão mostradasna Fig. 7 em reposta ao aumento observado na pressão do poro em χ acontrapressão C pode ser aumentada para aumentar a pressão anular de 300 a303 em reposta à pressão do poro crescente com as técnicas normais dapressão anular como mostrado na Fig. 1, linha 14. O sistema DAPC oferece,além disto, a vantagem de ser capaz de diminuir a contrapressão em resposta auma diminuição na pressão do poro como mostrado em 300c. Será apreciadoque a diferença entre a pressão anular mantida pelo DAPC 303 e a pressão doporo 300c conhecida como pressão sobrebalanceada pode sersignificativamente menor do que a pressão sobrebalanceada vista usando-semétodos de controle da pressão convencionais como será explicado na Fig. 8.

Condições altamente contrabalanceadas podem afetar adversamente apermeabilidade da formação forçando quantidades maiores do fluido do furode sondagem para dentro da formação e pela possibilidade de não ser capazde controlar a perda de fluido e, deste modo, impedir a perfuração do furo desondagem adequadamente e de maneira segura.

A FIG. 8 é um gráfico mostrando uma aplicação do sistemaDAPC em um ambiente de perfuração balanceado (ABD), ou próximo deABD. A situação na FIG. 8 mostra o gradiente da pressão do poro em umintervalo 320a como sendo substancialmente linear e o fluido nas formaçõessendo mantido sob controle pela pressão anular convencional 320b. Umaumento repentino na pressão do poro ocorre como mostrado em 320b. Oprocesso normal seria descer um revestimento 20 até este ponto e utilizartécnicas de controle da pressão como conhecidas na técnica, o procedimentoseria aumentar a densidade do fluido para impedir o influxo do fluido daformação ou, a instabilidade do furo de sondagem. O aumento resultante nadensidade modifica o gradiente de pressão do fluido àquele mostrado em321b. O limite para a perfuração convencional é, desse modo, onde 321bintercepta o gradiente reduzido da fratura 323b devido à limitação de perfuraraté a profundidade total planejada 400.

Usando-se o sistema DAPC, a técnica para controlar o furo desondagem a vista do aumento de pressão observado em 320b é aplicarcontrapressão ao fluido no segmento anular para mudar todo o perfil dapressão do segmento anular para a direita, de modo que o perfil da pressão322 case mais proximamente com as pressões do poro 320a e 320b e 320cenquanto o poço é perfurado, ao contrário do mostrado pelo perfil de pressão321b. Este método permite então a perfuração de todo o poço até aprofundidade total planejada 400 sem a inserção da coluna de revestimento 20.

O sistema DAPC pode igualmente ser usado para controlar umevento principal de controle de poço, tal como um influxo de fluido. Sob osmétodos conhecidos da técnica, no caso de um grande influxo do fluido daformação, tal como um coice de gás, o único procedimento prático de controleda pressão do furo de sondagem era fechar as BOPs para efetivamente"fechar" (vedar) hidraulicamente o furo de sondagem, aliviar o excesso depressão no segmento anular através de um estrangulador e um distribuidor dedescarga, e adensar o fluido de perfuração para prover pressão anularadicional. Esta técnica demora para deixar o poço sob controle. Um métodoalternativo é chamado às vezes o "método do perfurador", e usa circulaçãocontínua do fluido de perfuração sem fechar o furo de sondagem. O método"Adensar e Esperar" envolve circular um suprimento de fluido pesadamenteadensado, por exemplo, 3.157kg/l, Quando um coice de gás ou influxo dofluido de formação é detectado, o fluido pesadamente adensado é adicionadoe circulado no furo abaixo, fazendo com que o fluido do influxo entre emsolução no fluido de circulação. O fluido do influxo começa a sair da soluçãocom a aproximação da superfície como identificado pela lei de Boyles e éliberado através do distribuidor do estrangulador. Será apreciado que emborao método do Perfurador proveja circulação contínua do fluido, ele pode, alémdisto, exigir tempo adicional de circulação sem perfuração adiante, usando-seo método Adensar e Esperar para impedir influxo adicional do fluido daformação e para permitir que o gás da formação entre na circulação com ofluido de perfuração com uma densidade, agora, mais alta.

Utilizando a presente técnica de DAPC, quando um influxo dofluido da formação é detectado, a contrapressão é aumentada, ao contrário aadicionar o fluido pesadamente adensado. Como no método do Perfurador, acirculação da lama continua. Com o aumento na pressão do segmento anular,o influxo do fluido de formação entra em solução no fluido de circulação e éliberado através do distribuidor do estrangulador. Porque a pressão foiaumentada e é possível continuar a circular com a contrapressão adicional, jánão é necessário circular imediatamente um fluido pesadamente adensado.Além disso, em conseqüência do fato da contrapressão ser aplicadadiretamente ao segmento anular, o fluido da formação é forçado a entrar emsolução rapidamente ao contrário de ter que esperar até que o fluidopesadamente adensado esteja circulando no segmento anular.

Uma aplicação adicional da técnica de DAPC refere-se a seuuso em sistemas de circulação não-contínua. Como notado acima, os sistemasde circulação contínua são usados para ajudar a estabilizar a formação,evitando as quedas de pressão repentinas 502 que ocorrem quando as bombasde lama são desligadas para fazer/romper novas conexões da tubulação. Estaqueda de pressão 502 é seguida subseqüentemente por um pico da pressão504 quando as bombas são religadas para as operações de perfuração. Istoestá apresentado na FIG. 9A. Estas variações na pressão anular 500 podemafetar adversamente o bolo de lama do furo de sondagem, e podem resultarem invasão do fluido dentro da formação. Como mostrado na FIG. 9B, acontrapressão 506 do sistema DAPC pode ser aplicada ao segmento anularcom o fechamento das bombas de lama, melhorando a queda repentina napressão do segmento anular devido à condição de bomba desligada para umaqueda de pressão mais suave 502. Antes ligar as bombas, a contrapressãopode ser reduzida de modo que a bomba em condição de pico 504 sejatambém reduzida. Assim o sistema de contrapressão DAPC é capaz de mantera pressão do furo abaixo relativamente estável durante as condições deperfuração.

6. Determinação de Eventos de Controle de Poço com o sistema DAPC

Foi determinado que um sistema DAPC tal como esteexplicado acima em referência às FIGS. 2A a 9B, e outro que será explicadomais abaixo em referência à FIG. 10, podem ser usados para determinar aexistência de eventos de controle de poço. Eventos de controle de poçoincluem influxo do fluido das formações da Terra que circundam o furo desondagem, e o efluxo do fluido no furo de sondagem para dentro dasformações circunvizinhas. Um evento de influxo (chamado um "coice") podeser detectado comparando-se a pressão calculada do interior do poço àpressão real do interior do poço. O cálculo da pressão do furo abaixo pode serfeito usando-se um modelo de hidráulica que determina a pressão do furoabaixo baseado em uma densidade média esperada do fluido no segmentoanular, normalmente a densidade do fluido de perfuração quando bombeadoatravés da coluna de perfuração. A pressão real do furo abaixo registrada émedida tipicamente próximo à broca de perfuração com um sensor da pressãoanular ou por alguma outra forma de medida da pressão no furo de fundo quemeça a pressão real do furo abaixo.

Caso ocorra um influxo e haja um contraste da densidade entreo fluido do influxo e o fluido de perfuração que está no furo de sondagem, omodelo calculado e a pressão real do furo abaixo no furo de sondagemdivergirão em conseqüência da diferença na pressão calculada da coluna dofluido e a pressão real como medida, se a coluna for estática ou dinâmica.

Esta divergência pode ser registrada como um erro pelo sistema DAPC e aação corretiva pode ser tomada para manter a pressão do furo abaixo no valordesejado (a pressão do ponto de ajuste), ou reduzindo-se a abertura doestrangulador se a densidade do influxo for menor do que a densidade dofluido no poço, ou aumentando-se a abertura do estrangulador, um pouco, se adensidade do influxo for maior do que a densidade do fluido no poço.Mudança na abertura do estrangulador resultante destas diferenças de pressãono furo de fundo, quando não há mudança na vazão do fluido bombeado, éusada como um indicador de que ocorreu um influxo.

Outra característica de um influxo é que a abertura doestrangulador pode aumentar um pouco devido à velocidade de descarga dofluido aumentada na superfície da Terra, e então se estabilizar em uma novaabertura, que pode ser menor, maior ou a mesma que a aberturaimediatamente anterior do estrangulador, dependendo da densidade do fluidodo influxo e do atrito devido ao fluxo de fluido adicional. Se o influxocontinua e a densidade for menor do que a densidade do fluido de perfuraçãoe a queda da pressão de atrito não for significativa, a densidade média dofluido no furo de sondagem continuará a diminuir e a abertura doestrangulador continuará a fechar-se em resposta ao sistema DAPC tentarmanter a pressão do furo abaixo no valor do ponto de ajuste. Inversamente, sea densidade do fluido do influxo for maior do que a densidade do fluido dofuro de sondagem, como o influxo fluido continua, a densidade da coluna defluido no segmento anular do furo de sondagem aumentará, fazendo assimcom que o sistema DAPC continue a aumentar a abertura do estranguladorquando a queda da pressão de atrito não for significativa.

O sistema DAPC determina a nova abertura do estranguladorbaseado em um ajuste da pressão prognosticada do furo abaixo em relação àpressão real medida do furo abaixo. No caso de um influxo de fluido comuma densidade menor, a pressão prognosticada do furo abaixo será menor doque o prognóstico anterior porque o influxo do fluido continuou a reduzir adensidade média da coluna de fluido no segmento anular enquanto a queda dapressão de atrito devido ao fluxo aumentado em conseqüência do influxo nãofor suficiente para aumentar a pressão no furo de fundo. Isto continuará aindicar um erro e o sistema DAPC corrigirá para este erro continuando afechar o estrangulador enquanto durar o influxo e a densidade média do fluidono furo de sondagem continue a diminuir. No caso do fluido do influxo teruma densidade mais alta do que a do fluido de perfuração, por exemplo,influxo de uma zona de água salgada quando perfurando com um fluido deperfuração baseado em óleo, o sistema DAPC abrirá a abertura doestrangulador para reduzir a pressão de superfície do segmento anular a fimde compensar a densidade média crescente do fluido no segmento anularenquanto o influxo continua, a densidade média esteja aumentando e a quedada pressão de atrito do influxo não seja suficiente para aumentar a pressão nofuro de fundo.

O outro caso é quando a densidade do influxo é praticamenteigual à densidade do fluido existente no furo de sondagem. Neste caso oestrangulador pode abrir um pouco devido ao aumento no volume da descargaquando a queda de pressão de atrito do influxo não for suficiente paraaumentar a pressão no furo de fundo e então continuar na nova abertura ou emuma abertura média nova (devido à flutuação da abertura do estranguladorusando-se o controlador PID 238, esta flutuação sendo tipicamentesinusoidal). O sistema DAPC produzirá um erro de que a abertura doestrangulador mudou sem mudanças calculadas pelo modelo de hidráulicauma vez que o modelo está usando vários parâmetros padrão para calcular apressão do furo abaixo, um deles sendo o fluxo dentro do poço na ausência deum medidor de fluxo 126. Enquanto a velocidade da bomba não muda, ouuma mudança na velocidade da bomba não tenha indicado que a abertura doestrangulador tenha que ser mudada pelo sistema DAPC, ocorrerá um erro.

Conseqüentemente, um aumento sustentado na abertura do estrangulador semoutra razão aparente pode ser pressuposto como sendo um coice quando adensidade do fluido da formação entrante for substancialmente a mesma que ada lama de perfuração quando a geometria do furo de sondagem forsuficientemente grande o bastante e/ou a velocidade do influxo sejasuficientemente baixa o bastante para não provocar um aumento significativona pressão no furo de fundo devido ao atrito aumentado no furo de sondagem.

A explanação acima da operação do modelo de hidráulica e docontrole sobre a abertura do estrangulador é provida como fundamento paravárias detecções de eventos de controle de poço e, métodos de atenuação quepodem ser executados usando-se o sistema DAPC. Em um método, a aberturado estrangulador quando controlada pelo sistema DAPC é monitorada. Aabertura pode ser monitorada, por exemplo, por um sensor de posicionamentoacoplado ao elemento de controle do estrangulador. Um tipo de sensor deposicionamento que pode ser apropriado para uso com o sistema DAPC é umtransformador diferencial variável linear (LVDT). Se a abertura doestrangulador é mudada pelo sistema DAPC por mais de um período de tempotransitório na ausência de qualquer mudança na vazão do fluido no poço e dequalquer mudança na pressão do fluido enquanto está sendo bombeado paradentro do poço, a medida desta mudança na abertura pode ser usada paraidentificar um evento de influxo de fluido ou de perda de fluido no poço comoexplicado acima.

Outras implementações de um sistema DAPC podem provercontrole automático sobre a abertura do estrangulador, mas sem medidarelacionada a o que a abertura do estrangulador realmente é. Nestasimplementações não há provisão para monitorar o posicionamento do controleda abertura do estrangulador. Nestas implementações é possível pressupor aexistência de um evento de influxo de fluido ou de perda de fluido sem umamedida específica relacionada ao posicionamento do controle da abertura doestrangulador. Nestas implementações, pelo menos uma da vazão dentro dopoço e da vazão fora do poço é medida. A pressão real do fluido no furo defundo é igualmente medida, como com um sensor da pressão anular dispostoem um instrumento posicionado na coluna de perfuração próximo à parteinferior da coluna de perfuração.

Em um exemplo, a vazão de fluido no furo de poço é medida,e a pressão do fluido no segmento anular do furo de poço ou perto dasuperfície da Terra é medida. Uma pressão esperada do fluido no furo defundo é calculada usando-se o modelo de hidráulica que opera com o sistemaDAPC. As entradas de dados para o cálculo da pressão no furo de fundoincluem a densidade do fluido (peso da lama), a vazão do fluido e a pressãodo segmento anular na, ou perto da superfície. No caso da pressão medida nofuro de fundo diferir da pressão calculada no furo de fundo, um evento deinfluxo ou de perda de fluido no poço pode ser pressuposto. O sistema DAPCpode fazer com que a abertura do estrangulador mude até que a pressãomedida no furo de fundo case com a pressão calculada no furo de fundo.

Devido à diferença na pressão medida no furo de fundo e apressão calculada no furo de fundo, o sistema DAPC pode automaticamentemudar a densidade do fluido (peso da lama) que entrou como dado no modelode hidráulica de modo que a pressão medida no furo de fundo e a pressãocalculada no furo de fundo casem aproximadamente. Esta mudança nadensidade do fluido que entrou como dado é provida porque nem a vazão dofluido dentro do furo de poço, nem a pressão do segmento anular mudarammaterialmente durante o evento de controle de poço. Assim, para fazer comque a pressão calculada no furo de fundo case com a pressão medida no furode fundo, é necessário mudar pelo menos uma da densidade do fluido daentrada e vazão de fluido. Em um modo de realização se uma mudança empelo menos uma a densidade do fluido e a vazão do fluido que entraram comodados no modelo de hidráulica exceder um limiar selecionado, o sistemaDAPC pode gerar um sinal de advertência 1.

Em alguns modos de realização, o sistema DAPC pode mudara abertura do estrangulador de modo que a pressão medida no furo de fundoseja movida em direção à pressão calculada no furo de fundo.

Em outro modo de realização, uma pressão esperada no furode fundo pode ser calculada do modelo de hidráulica usando-se como entradaa densidade do fluido (peso da lama), a vazão de fluido fora do furo desondagem e a pressão do segmento anular próximo à superfície da Terra. Apressão calculada no furo de fundo é comparada à pressão medida no furo defundo. Se as duas pressões diferirem, o sistema DAPC pode mudarautomaticamente a densidade do fluido da entrada de dado para o modelo dehidráulica até que as pressões casem aproximadamente. Se a mudança nadensidade do fluido exceder um limiar selecionado, então, o sistema DAPCpode gerar um sinal de advertência. O sistema DAPC pode igualmente operaro estrangulador para que a pressão medida no furo de fundo casesubstancialmente com a pressão calculada no furo de fundo.

Em outro modo de realização o sistema DAPC pode mudar apressão medida no furo de fundo até que a mudança na entrada de dado dedensidade do fluido tenha se estabilizado.Em outro modo de realização o DAPC pode mudar a pressãomedida no furo de fundo até que alcance um novo valor do ponto de ajuste.

Em qualquer uma das implementações antecedentes, um sinalde advertência pode igualmente ser gerado se a pressão calculada no fundo dopoço e a pressão medida no fundo do poço diferirem por mais de um limiarselecionado.

7. Modo de Realização Alternativo do Sistema de Controle da ContrapressãoUsando-se Apenas as Bombas de Lama do Equipamento

E igualmente possível prover pressão do fluido do segmentoanular selecionada, controlada, sem a necessidade de uma bomba adicionalpara suprir contrapressão ao segmento anular quando esta contrapressão tiverque ser gerada por uma bomba, como explicado acima em referência à FIG.2B. Outro modo de realização de um sistema de contrapressão que usa asbombas de Lama do Equipamento é mostrado de forma esquemática na FIG.10. A bomba(s) de Lama do Equipamento, mostrada em 138 descarrega lamade perfuração a velocidades de fluxo e pressões selecionadas, como écomumente executado durante operações de perfuração. No presente modo derealização, um primeiro medidor de fluxo 152 pode ser disposto no trajeto dofluxo da lama de perfuração a jusante da bomba(s) 138. O primeiro medidorde fluxo 152 pode ser usado para medir a vazão do fluido de perfuraçãoenquanto é descarregado da bomba(s) 138. Alternativamente, um "contadorde pulsos" familiar, que estime o volume de descarga da lama monitorando omovimento da bomba(s) pode ser usado para estimar a velocidade total dofluxo da bomba(s) 138. O fluxo do fluido de perfuração é então aplicado a umprimeiro estrangulador de orifício controlável 130A, cuja saída é finalmenteacoplada ao tubo vertical 602 (o qual, por sua vez, é acoplado à entrada dapassagem interior na coluna de perfuração). Durante operações de perfuraçãoregulares, o primeiro estrangulador 13OA está, normalmente, totalmenteaberto.A descarga do fluido de perfuração da bomba(s) 138 estátambém acoplada a um segundo estrangulador de orifício controlável 130B,cuja saída é finalmente acoplada à descarga do poço (o segmento anular 604).Como nos modos de realização previamente descritos, o interior do poço évedado por um cabeçote de controle de rotação ou por uma BOP esférica,mostrada em 142. Não mostrados na FIG. 10 estão a coluna de perfuração eoutros componentes no poço localizados abaixo do cabeçote de controle derotação 142, porque podem ser essencialmente idênticos aos usados em outrosmodos de realização, particularmente como mostrado na FIG. 2. Um terceiroestrangulador de orifício controlável 130 pode ser acoplado entre o segmentoanular 604 e o tanque ou poço da lama (136 na FIG. 2) e controla a pressãocom que a lama perfuração sai do poço para manter uma contrapressãoselecionada no segmento anular, similarmente ao que é executado nos modosde realização previamente descritos.

O primeiro 13 OA e o segundo 13 OB estranguladores de orifíciocontroláveis podem, cada um, incluir a jusante deles um medidor de fluxorespectivo 152A, 152B. Junto com, ou o contador de pulso (não mostrado) oucom o primeiro medidor de fluxo 152 na descarga da bomba, a vazão dofluido de perfuração da bomba(s) 138 para dentro do tubo vertical e paradentro do segmento anular pode ser determinada. Os medidores de fluxo 152,152A, I52B estão mostrados como tendo seus respectivos sinais de saídasacoplados ao PLC 238 na unidade de DAPC 236, que podem seressencialmente os mesmos que os dispositivos correspondentes mostrados naFIG. 3. Saídas de controle do PLC 238 são providas para operar os trêsestranguladores de orifício controláveis 130, 13 0A, 13OB.

Para fins de fazer ou romper conexões na coluna de perfuraçãodurante a operação, é necessário liberar toda a pressão do fluido na partesuperior da coluna de perfuração, embora possa ser necessário continuar amanter a pressão do fluido na parte superior do segmento anular conectadofluidicamente à linha de retorno. 604. Para executar as funções de pressãonecessárias, o PLC 238 pode operar o primeiro estrangulador de orifíciocontrolável 130A para se fechar completamente. Então, uma válvula desangria ou "descarga", 600 que pode estar sob controle operacional do PLC238, é aberta para liberar toda a pressão do fluido de perfuração. A válvula decontrole ou a válvula de sentido único na coluna de perfuração retém apressão abaixo dela na coluna de perfuração. Assim, as conexões podem serfeitas ou rompidas para alongar ou encurtar a coluna de perfuração duranteoperações de perfuração.

Durante estas operações de conexão, a pressão selecionada dofluido no segmento anular é mantida controlando-se a operação da bomba(s)138, e o segundo 130B e o terceiro 13Oestranguladores de orifíciocontroláveis. Este controle pode ser executado automaticamente pelo PLC238 a não ser no caso de bomba que possa ser controlada pelo operador doequipamento uma vez que seria apenas necessário monitorar a vazão dabomba.

Durante operações de perfuração regulares, a pressão corretado fluido é mantida na linha do segmento anular 604 que está conectadafluidicamente ao segmento anular do furo de poço, usando-se o mesmomodelo de hidráulica como nos modos de realização precedentes, desviandoseletivamente uma porção do fluxo da bomba(s) 138 para dentro da linha deretorno do segmento anular 604 controlando os orifícios do primeiro 130A edo segundo 13OB estranguladores, e controlando a contrapressão necessáriaajustando o terceiro estrangulador 130. Normalmente, durante a perfuração, osegundo estrangulador 13 OB pode permanecer fechado, de modo que acontrapressão no poço seja mantida inteiramente pelo controle do orifício doterceiro estrangulador 130, similar à maneira pela qual a contrapressão émantida de acordo com os modos de realização precedentes. Normalmente,contempla-se que o segundo estrangulador 13OB estará aberto durante osprocedimentos de conexão, similar aos momentos em que a bomba decontrapressão nos modos de realização precedentes seria operada.

O presente modo de realização elimina vantajosamente anecessidade de uma bomba separada para manter a contrapressão. O presentemodo de realização pode ter vantagens adicionais sobre o modo de realizaçãomostrado na FIG. 2B que usa um arranjo de válvula para desviar o fluxo dalama das bombas de lama da torre perfuração para manter a contrapressão, amais importante delas sendo que as conexões podem ser feitas sem anecessidade de parar as bombas de Lama do Equipamento e a precisão damedida do fluido ao redirecionar o fluxo do poço para a linha de retorno dosegmento anular para assegurar o cálculo correto da contrapressão.

Dependendo da configuração particular do equipamento, podeser possível determinar a vazão da lama na linha de retorno do segmentoanular 604 usando-se o contador de pulso (não mostrado) e o terceiro medidorde fluxo 152B, ou usando-se o primeiro e segundo medidores de fluxo 152,152A, respectivamente.

Embora a invenção tenha sido descrita em relação a umnúmero limitado de modos de realização, aqueles experientes na técnica,tendo o benefício desta divulgação, apreciarão que outros modos derealização podem ser planejados que não fujam do escopo da invenção comoaqui apresentada. Conseqüentemente, o escopo da invenção deveria serlimitado apenas pelas reivindicações anexas.

Claims (10)

1. Método para determinar a existência de um evento decontrole de poço controlando a pressão da formação durante a perfuração deum furo de sondagem através de uma formação subterrânea, caracterizado defato de compreender:bombear seletivamente um fluido de perfuração através deuma coluna de perfuração se estendendo em um furo de sondagem, para forade uma broca de perfuração na extremidade inferior da coluna de perfuração;e para dentro de um espaço anular entre a coluna de perfuração e o furo desondagem;descarregar o fluido de perfuração a partir do espaço anularpróximo à superfície da Terra;aumentar seletivamente a pressão do fluido do espaço anularpara manter uma pressão de fluido selecionada próximo do fundo do furo desondagem aplicando-se pressão de fluido ao espaço anular, o aumentoseletivo incluindo controlar uma abertura de um orifício acopladofuncionalmente a uma saída do espaço anular;monitorar a abertura do orifício; edeterminar a existência de um evento de controle de poçoquando a abertura muda e a velocidade do bombeamento seletivo permanecesubstancialmente constante.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato do evento de controle de poço ser determinado para ser um influxo defluido para dentro do furo de poço quando a abertura muda devido a umaumento ou diminuição na pressão real no furo de fundo.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato do evento de controle de poço ser determinado para ser uma perda defluido do furo de poço quando a abertura diminui devido a uma redução napressão real no furo de fundo.

4. Método para controlar a pressão da formação durante aperfuração de um furo de sondagem através de uma formação subterrânea,caracterizado pelo fato de compreender:bombear um fluido de perfuração através de uma coluna deperfuração se estendendo para dentro de um furo de sondagem, para fora deuma broca de perfuração na extremidade inferior da coluna de perfuração, epara dentro de um espaço anular entre a coluna de perfuração e o furo desondagem;descarregar o fluido de perfuração a partir do espaço anularpróximo à superfície da Terra;medir pelo menos uma de uma vazão do fluido de perfuraçãodentro do furo de sondagem e uma vazão do fluido fora do espaço anular;medir uma pressão do fluido no espaço anular próximo àsuperfície da Terra e uma pressão do fluido próximo ao fundo do furo desondagem;estimar uma pressão do fluido próximo ao fundo do furo desondagem usando-se a vazão medida, a pressão medida do espaço anular euma densidade do fluido de perfuração; egerar um sinal de advertência se uma diferença entre a pressãoestimada e a pressão medida exceder um limiar selecionado.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato de adicionalmente compreender controlar uma abertura de umestrangulador disposto em uma linha de fluxo através da qual a descarga dofluido de perfuração é executada de modo que a pressão medida e a pressãoestimada casem substancialmente.

6. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato da vazão do fluido de perfuração dentro do furo de sondagem ser medida.

7. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado peloda vazão fora do espaço anular ser medida.

8. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato de uma densidade do fluido usada como entrada de dado para a pressãoestimada ser ajustada até que a pressão medida e a pressão estimada casemsubstancialmente.

9. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato de adicionalmente compreender aplicar seletivamente contrapressão aofluido que está sendo descarregado para mudar a pressão medida até que umvalor de entrada de dado da densidade do fluido tenha se estabilizado.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de aplicar seletivamente contrapressão compreender operar umorifício de abertura controlável acoplado funcionalmente a uma saída doespaço anular.