BRPI0709999A2 - sistema de transferência de fragmentos de rocha de perfuração e métodos relacionados - Google Patents

Abstract

<B>SISTEMA DE TRANSFERêNCIA DE FRAGMENTOS DE ROCHA DE PERFURAçãO E MéTODOS RELACIONADOS<D>A presente invenção refere-se a um sistema para manipular fragmentos de rocha de perfuração que conduz fragmentos de rocha para tanques de aditivos de lama através de um conduto. Os tanques de aditivos de lama têm uma porção inferior que converge para uma abertura alongada.Um elemento de condução posicionado nas aberturas alongadas força os fragmentos de rocha para fora de uma porta de descarga no fundo do tanque de aditivo de lama. Um elemento de condução adequado é um transportador do tipo parafuso acoplado a um motor que aplica uma força motora aos fragmentos de rocha. A porção inferior do tanque de aditivos de lama pode ser formada como uma cunha ou calha que genericamente se conforma à configuração do elemento de condução. Os tanques de aditivos de lamamantêm os fragmentos de rocha até que eles possam ser descarregadosatravés da porta de descarga para um navio de transporte para processamento ou descarte. Para operações em alto-mar, o sistema inclui uma unidade de separação na torre de perfuração que forma os fragmentos de rocha a partir do fluido que retorna do furo de poço e uma unidade de escoamento de fragmentos de rocha que conduz os fragmentos de rocha da unidade de separação para os tanques de aditivos de lama.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DETRANSFERÊNCIA DE FRAGMENTOS DE ROCHA DE PERFURAÇÃO EMÉTODOS RELACIONADOS".

Antecedentes da Descrição

1. Campo da Descrição

A presente invenção refere-se, genericamente, à manipulaçãode materiais de descarte, especialmente sólidos particulados de perfuração.

2. Descrição da Técnica Relacionada

Na perfuração de poços de petróleo e gás, fluidos de perfura-ção, ou "lama", são utilizados para fornecer lubrificação do furo de poço, pa-ra resfriar a broca de perfuração, para proteger contra corrosão e para for-necer uma carga de pressão para manter a integridade da formação. Exis-tem dois tipos principais de lamas de perfuração: baseadas em água e ba-seadas em petróleo. Genericamente bombas de superfície circulam a lamade perfuração para baixo da coluna tubular de perfuração. A lama sai dabroca de perfuração e escoa para cima no anel entre a coluna de perfuraçãoe o furo. O fluido que retorna (o fluido de retorno) transporta os fragmentosde rocha de perfuração para longe da broca e para fora do furo de poço.Lamas de perfuração baseadas em petróleo são emulsões estáveis externasde petróleo e internas de água que incluem agentes de encharcamento paramanter sólidos, tais como fragmentos de perfuração de rocha na fase de pe-tróleo. Os fragmentos de perfuração de rocha tendem assim a se tornaremmolhados com petróleo aprisionando grandes quantidades de lama com ba-se em petróleo em seus espaços intergranulares e criando preocupaçõesambientais relativas ao descarte dos fragmentos de perfuração contamina-dos com petróleo.

Na técnica precedente, fragmentos de rocha de perfuração con-taminados com lamas de perfuração baseadas em petróleo eram muitas ve-zes reunidos em tanques de deposição onde lama de perfuração reutilizávelera trazida para fora do topo do tanque e fragmentos de rocha de perfuraçãocontaminados, como fundos, eram transportados para locais de descarteapropriados. Tais operações de armazenagem e transporte são custosas eindesejáveis em termos ambientais, especialmente em operações de perfu-ração em alto-mar. Tipicamente, fragmentos de rocha contaminados por pe-tróleo contém cerca de 50% em volume de líquido baseado em petróleo.O valor deste grande volume de líquidos oleosos arrastados é considerável, e existe um forte incentivo para recuperar a lama de perfuração baseada empetróleo, ao mesmo tempo por razões econômicas e ambientais.

Conseqüentemente, os fragmentos de rocha são comumenteseparados do fluido de perfuração por meio de dispositivos tais como penei-ras oscilantes, que removem fragmentos de rocha e grandes sólidos dofluido de perfuração durante a sua circulação. Basicamente tal dispositivotem uma peneira de malha apertada, inclinada, sobre a qual passa o fluidoque retorna do furo que está sendo perfurado. Os sólidos capturados na pe-neira viajam para baixo na superfície inclinada para serem reunidos na trin-cheira do agitador ou calha de fragmentos de rocha. É também desejávelrecuperar, tanto quanto possível, de fluidos de perfuração onerosos. Portan-to, outros dispositivos que desempenham um papel na separação de sólidosde fluidos de perfuração incluem separadores ciclone e centrífugas. Os frag-mentos de rocha descarregados das peneiras oscilantes, ciclones e centrífu-gas, que são reunidos na trincheira ou calha de fragmentos de rochas dapeneira oscilante estão ainda altamente contaminados com os fluidos deperfuração e, portanto, formam uma lama ou borra pesada. Tipicamente alama é conduzida para recipientes ou caçambas que são então periodica-mente movidos por guindaste da torre de perfuração para um navio.

Este processo é desvantajoso por diversas razões. Primeiro, ascaçambas tomam um espaço considerável valioso no piso da torre de perfu-ração. Além disso, a manipulação das caçambas requer a utilização do guin-daste da torre de perfuração, o que pode desviar o guindaste de outras tare-fas importantes. Um dispositivo da técnica precedente utiliza um arranjo decondução pneumático para conduzir materiais para fora de um tanque deaditivos de lama que tem uma seção cônica de tremonha. Acredita-se queuma desvantagem de tal arranjo é que utilizar ar pressurizado como um úni-co meio para descarregar fragmentos de rocha, pode não evacuar de manei-ra adequada os fragmentos de rocha do tanque de aditivos. Acredita-se queuma outra desvantagem é que a abertura circular da seção cônica de tremo-nha poderia se tornar entupida com fragmentos de rocha.

A presente descrição enfrenta estas e outras desvantagens datécnica precedente.

Sumário da Descrição

Em aspectos, a presente descrição fornece sistemas e métodoseficientes para processar, armazenar e transportar fragmentos de rocha deperfuração que são gerados ao perfurar furos de poço que produzem hidro-carbonetos. Estes fragmentos de rocha, como observado anteriormente, sãoarrastados em um fluido de perfuração que retorna do furo de poço (fluido deretorno). Depois que o fluido de retorno é separado para formar uma lama defragmentos de rocha, os fragmentos de rocha são conduzidos para um oumais tanques de aditivos de lama através de condutos tais como manguei-ras, tubos ou tubulação. O tanque de aditivo de lama tem uma porção inferi-or que converge para uma abertura alongada na qual um elemento de con-dução de fragmentos de rocha é posicionado. Para descarregar fragmentosde rocha, um elemento de condução de fragmentos de rocha, quando ener-gizado, aplica uma força motora que faz com que os fragmentos de rochaescoem para fora de uma porta de descarga do tanque de aditivo de lamapara uma linha de transferência. Quando os fragmentos de rocha escoampara fora do fundo do tanque, a gravidade puxa mais fragmentos de rochapara o elemento de condução de fragmentos de rocha. O elemento de con-dução de fragmentos de rocha pode ser operado em um primeiro modo paraescoar fragmentos de rocha e, em um segundo modo para misturar fragmen-tos de rocha. Um elemento de condução de fragmentos de rocha adequadoinclui um transportador do tipo parafuso rotativo ou trado, acoplado a ummotor.

Em uma modalidade, a porção inferior do tanque de aditivos deperfuração de lama tem uma forma de cunha ou calha que alimenta frag-mentos de rocha para o elemento de condução de fragmentos de rocha. Emcontraste com uma porção inferior conformada cônica que é definida poruma única parede inclinada que converge para uma abertura de saída circu-lar, a porção inferior conformada em cunha é definida por no mínimo duasparedes que convergem para uma abertura de saída alongada como fenda.De maneira vantajosa, devido a seu tamanho relativamente grande, a aber-tura de saída como fenda alongada é menos suscetível a entupimento du-rante operações de descarga. Adicionalmente, a abertura de saída comofenda alongada pode ser configurada para se conformar com um elementoalongado de condução de fragmentos de rocha, alinhado horizontalmente detal modo que fragmentos de rocha sejam alimentados de maneira equilibra-da para o elemento de condução de fragmentos de rocha.

Para auxiliar ainda mais a descarga de fragmentos de rocha pa-ra fora do tanque de aditivos de lama, ar pressurizado pode ser alimentadopara uma ou mais localizações no tanque de aditivos de lama. Uma funçãopara este ar pressurizado é equilibrar a pressão entre o tanque de aditivosde lama e dispositivos conectados ao tanque de aditivos de lama. Em algunsarranjos, o elemento de condução de fragmentos de rocha alimenta frag-mentos de rocha para uma linha de transferência em comunicação com umdispositivo de escoamento pneumático. O dispositivo de escoamento pneu-mático utiliza ar em alta pressão para impelir fragmentos de rocha ao longoda linha de transferência. Para impedir retroescoamento de fragmentos derocha para o tanque, pode ser desejável equilibrar a pressão dentro do tan-que com a pressão no dispositivo de escoamento pneumático. Assim, emum aspecto, ar pressurizado é alimentado para o tanque de aditivos de lamaem um valor de pressão que compensa pressões aumentadas geradas pelodispositivo de escoamento pneumático. Em um outro aspecto, ar pressuriza-do pode ser utilizado para fluidizar os fragmentos de rocha no tanque de adi-tivo de lama. Por exemplo, quando os fragmentos de rocha forem mantidosno tanque de aditivos de lama por um tempo prolongado, o peso dos frag-mentos de rocha pode forçar líquidos a escoar para fora dos fragmentos derocha no fundo do tanque. Assim ocorre uma forma de estratificação, na qualuma camada de fragmentos de rochas relativamente densa se forma ao lon-go das superfícies interiores da porção inferior do tanque de aditivos de Ia-ma. Esta camada densa de fragmentos de rocha pode retardar ou mesmoestrangular o escoamento de fragmentos de rocha para fora do tanque deaditivos de lama. Para romper ou reduzir a viscosidade desta camada relati-vamente densa de fragmentos de rocha, gás pressurizado, tal como ar, podeser introduzido em um ou mais pontos junto à porção inferior do tanque deaditivos de lama. O gás que escoa para dentro, penetra nesta camada defragmentos de rocha relativamente densa e reduz sua densidade e/ou deslo-ca fisicamente esta camada. Em um arranjo, uma primeira linha de gáspressurizado em um topo do tanque equilibra a pressão do tanque e umasegunda linha de gás pressurizado fluidiza a camada de fragmentos de ro-chas relativamente densa. Em um outro arranjo, a linha de gás pressurizadopara fluidizar a camada de fragmentos de rochas relativamente densa forne-ce gás em um valor de pressão que também equilibra a pressão do tanquede aditivos de lama.

Em um arranjo adequado para operações em alto-mar, o siste-ma inclui uma unidade de separação na torre de perfuração, que forma alama de fragmentos de rocha. A unidade de separação pode incluir uma oumais peneiras oscilantes, separadores do tipo centrífugo e/ou outros disposi-tivos adequados. Uma unidade de escoamento de fragmentos de rocha con-duz os fragmentos de rocha da unidade de separação até os tanques de adi-tivos de lama ou outra localização selecionada. A unidade de escoamento defragmentos de rocha pode incluir, por exemplo, um transportador do tipo tra-do e dispositivo bomba ou soprador para escoar os fragmentos de rocha euma ou mais válvulas de desvio que possam direcionar o escoamento defragmentos de rocha como necessário. Em um arranjo, um controlador con-trola o escoamento de fragmentos de rocha para uma pluralidade de tanquesde aditivos de lama. Sensores posicionados em cada um dos tanques deaditivos de lama produzem sinais indicativos do volume de fragmentos derocha em um tanque de aditivos de lama associado. O controlador controla oescoamento de fragmentos de rocha em resposta aos sinais do sensor. Ostanques de aditivos de lama podem ser enchidos simultaneamente, em se-qüência, ou por qualquer outro esquema. Os tanques de aditivo de lama po-dem manter os fragmentos de rocha até que eles possam ser descarregadospara um navio de transporte ou veículo para processamento e/ou descarte.O navio de transporte ou veículo pode ter um banco de recipientes adapta-dos para receber os fragmentos de rocha a partir dos tanques de aditivos delama.

Exemplos dos aspectos mais importantes da descrição foramresumidos (embora de maneira bastante ampla) para que a sua descriçãodetalhada que segue possa ser mais bem entendida, e para que as contribu-ições que eles representam para a técnica possam ser apreciadas. Existemnaturalmente aspectos adicionais da descrição que serão descritos daqui emdiante, que irão formar o tema das reivindicações anexadas a ela.

Breve Descrição das Figuras

Para entendimento detalhado da presente descrição deveria serfeita referência à descrição detalhada a seguir da modalidade preferencialtomada em conjunto com os desenhos que acompanham:

A figura 1 ilustra, de maneira esquemática, um sistema paraprocessamento, armazenagem e descarregamento de fragmentos de rochade perfuração feito de acordo com uma modalidade da presente descrição;

A figura 2A ilustra, de maneira esquemática, uma vista lateral deum tanque de aditivos de lama de acordo com uma modalidade da presentedescrição;

A figura 2B ilustra, de maneira esquemática, uma vista extremade um tanque de aditivos de lama de acordo com uma modalidade da pre-sente descrição.

A figura 3 ilustra, de maneira esquemática, uma seção inferiorconformada em cunha de um tanque de aditivo de lama feito de acordo comuma modalidade da presente descrição;

A figura 4 ilustra, de maneira esquemática, um tanque de aditi-vos de lama e sistema de suprimento de ar pressurizado de acordo com umamodalidade da presente descrição; e

A figura 5 ilustra, de maneira esquemática, um tanque de aditi-vos de lama de acordo com uma modalidade da presente descrição utilizadaem um ambiente de perfuração em alto-mar.Descrição Detalhada da Descrição

A presente descrição refere-se a dispositivos e métodos paraprocessamento, armazenagem e transporte de uma lama de fragmentos derocha de perfuração. A presente descrição é suscetível de modalidades dediferentes formas. São mostradas nos desenhos, e serão descritas aqui emdetalhes, modalidades específicas da presente descrição, com o entendi-mento que a presente descrição deve ser considerada uma exemplificaçãodos princípios da descrição, e não tem a intenção de limitar a descrição à-quela aqui ilustrada e descrita. Além disso, nenhum dos elementos descritosou combinação de elementos deveriam ser considerados aspectos essenci-ais dos presentes ensinamentos, a menos que a descrição expressamentedescreva o elemento ou combinação de elementos como essencial.

Como mostrado na figura 1, uma modalidade particularmenteadequada para utilização em uma torre de perfuração em alto-mar, um sis-tema de manipulação de fragmentos de rocha 10 pode incluir uma unidadede separação 12, unidades de escoamento de fragmentos de rocha 14, 15 eum ou mais tanques de aditivos de lama 16. O sistema descarrega os frag-mentos de rocha para um ou mais recipientes adequados 18 em um naviode transporte (não mostrado). Em um modo de operação, o sistema recebefluido de retorno que tem fragmentos de rocha arrastados a partir de um furode poço que está sendo perfurado. A unidade de separações 12 separa algodo fluido de perfuração do fluido de retorno para reutilização em outra perfu-ração e também forma uma lama de fragmentos de rocha. A unidade de es-coamento de fragmentos de rocha 14 conduz os fragmentos de rocha atra-vés de um conduto 20 para o banco de tanques de aditivos de lama 16. De-pois que os tanques de aditivos de lama 16 estão cheios com fragmentos derocha, um elemento de condução acionado mecanicamente e auxiliado porgravidade descarrega os fragmentos de rocha dos tanques de aditivo de Ia-ma 16. A unidade de escoamento de fragmentos de rocha 15 impele osfragmentos de rocha descarregados através de uma linha de transferência22 para os recipientes 18 ou tanques de aditivos de lama do navio de trans-porte (não mostrado). Assim, em contraste com arranjos de manipulação defragmentos de rocha convencionais, menos intervenção humana é necessá-ria para reunir, armazenar e movimentar fragmentos de rocha de perfuraçãoem uma torre de perfuração. Os elementos que constituem a modalidade dafigura 1 são discutidos em mais detalhes abaixo.

A unidade de separação 12 extrai o fluido de perfuração relati-vamente oneroso do fluido de retorno. Em um arranjo, a unidade de separa-ção 12 pode incluir uma ou mais peneiras oscilantes 21. Dentro da peneiraoscilante 21 o fluido de retorno e sólidos arrastados são descarregados so-bre um separador vibratório que tem uma ou uma série de peneiras enfilei-radas. As peneiras capturam e removem sólidos do fluido de retorno queescoam através deste. A unidade de separação 12 também pode incluir ou-tros dispositivos de separação, tal como um separador centrífugo 22, quetambém sejam configurados para extrair fluido de perfuração dos fragmentosde rocha. Tais dispositivos e técnicas de separação são conhecidos na téc-nica e não serão discutidos em mais detalhes. O efluente ou saída da unida-de de separação 12 é uma lama relativamente viscosa, constituída de petró-leo ou rocha coberta de aditivos e detritos. Os termos fragmentos de rocha elama serão utilizados de maneira intercambiável.

A unidade de escoamento de fragmentos de rocha 14 transportaos fragmentos de rocha da unidade de separações 12 para outros dispositi-vos tais como os tanques de aditivos de lama 16 ou uma outra localização,tal como os tanques de armazenagem do navio 18. Em uma modalidade, aunidade de escoamento de fragmentos de rocha 14 inclui um dispositivo dotipo trado que conduz de maneira contínua os fragmentos de rocha para umsoprador da fase densa 24 que impele os fragmentos de rocha através deum conduto 20 tal como tubulação ou mangueira. Válvulas adequadas, taiscomo uma válvula de desvio, podem ser utilizadas no conduto 20 para dire-cionar de maneira seletiva escoamento dos fragmentos de rocha.

Fazendo referência agora às figuras 1 e 2A-B, os tanques de a-ditivos de lama 16 recebem e armazenam o escoamento de fragmentos derocha do conduto 20. Os tanques 16 têm uma porção cilíndrica superior 26 euma porção inferior 28 que converge para uma abertura alongada 29. Emuma maneira descrita em mais detalhes abaixo, a porção inferior 28 promo-ve escoamento de massa de fragmentos de rocha através do tanque 16. Po-sicionado em uma extremidade inferior da porção inferior 28 existe um ele-mento de condução 32 que aplica uma força motora que impele os fragmen-tos de rocha para fora dos tanques de aditivos de lama 16. Gás pressuriza-do, tal como ar, a partir de uma fonte 34 é alimentado para uma ou mais lo-calizações no tanque de aditivos de lama 16 para manter um equilíbrio depressão no sistema 10 e/ou para fluidizar os fragmentos de rocha no tanquede aditivos de lama 16.

O enchimento dos tanques de aditivos de lama 16 pode ser con-trolado manualmente, automaticamente ou em uma combinação dos mes-mos. Em um arranjo, um controlador 35 recebe sinais a partir de sensores36 posicionados nos tanques de aditivos de lama 16. Os sinais do sensorindicam a quantidade de fragmentos de rocha nos tanques de aditivos delama 16. Assim, em um arranjo, um controlador 35 pode ter um circuito lógi-co programável (CLP) que direciona escoamento para um tanque de aditivosde lama 16 até que o sensor associado 36 indique que o tanque de aditivosde lama 16 está cheio. Daí em diante o PLC interrompe escoamento para otanque de aditivos de lama 16 atuando válvulas apropriadas e inicia o esco-amento para o próximo tanque de aditivos de lama 16. Este processo podecontinuar até que todos os tanques de aditivos de lama 16 estejam cheios.Embora um processo de enchimento seqüencial tenha sido descrito, deveriaser apreciado que dois ou mais tanques de aditivos de lama 16 pudessemser enchidos ao mesmo tempo. Embora em algumas modalidades o tanquepossa ser construído para manter 15,89 Kll de fragmentos de rocha de perfu-ração tendo uma densidade relativa de 2,34, outros tamanhos e configura-ções também podem ser utilizados.

Como explicado anteriormente, a lama de fragmentos de rochapode ser relativamente viscosa e não escoar de maneira efetiva sob o efeitosomente da gravidade. Portanto, o elemento de condução 32 impele de ma-neira forçada os fragmentos de rocha para fora dos tanques de aditivos delama 16. Em uma modalidade, o elemento de condução 32 é um transporta-dor de parafuso rotativo acionado por um acionamento de motor 33. Umaporção trecho parafuso se estende horizontalmente ao longo de um eixolongo da porção conformada em cunha 28. A rotação do parafuso impele osfragmentos de rocha para a linha de transferência 22 e para a unidade deescoamento de fragmentos de rocha 15. Em alguns arranjos, o elemento decondução 32 é reversível dos lados direito e esquerdo. No modo de rotaçãodireito, os fragmentos de rocha escoam para baixo até uma porta 36. Nomodo de rotação esquerdo os fragmentos de rocha são misturados paramanter a consistência do material. Isto é vantajoso quando os fragmentos derocha forem armazenados por longos períodos de tempo, uma vez que ma-terial mais pesado irá decantar para o fundo do tanque, e fluidos mais levesirão escoar para o topo. Esta estratificação de materiais pode tornar difícilesvaziar o tanque dos fragmentos de rocha. Em tais circunstâncias, a rota-ção esquerda irá misturar os fragmentos de rocha e possibilitar que os frag-mentos de rocha escoem para fora do tanque. Em ainda outras modalida-des, dois ou mais elementos de condução podem operar em conjunto paraexpelir os fragmentos de rocha para fora do tanque de aditivos de lama. Umparafuso ou trado, é meramente um elemento ilustrativo adequado para apli-car uma força motora através de todo o corpo dos fragmentos de rocha. De-veria ser apreciado que o elemento de condução 32 posicionado dentro dotanque de aditivos de lama é suscetível de inúmeras variações que podemaplicar de maneira adequada uma força motora para expelir os fragmentosde rocha para fora do tanque de aditivos de lama 16. Por exemplo, meca-nismos de condução adequados incluem sistemas pneumáticos, bombas decavidade progressiva, e sistemas de bombeamento a vácuo.

Fazendo referência agora às figuras 2A-B e 3, a porção inferior28 opera em conjunto com o elemento de condução 32 para descarregarescoamento para fora do tanque 16. Em uma modalidade, a porção inferior 28 tem uma forma de cunha, cinzel ou calha, que é genericamente definidapor dois conjuntos de paredes 40 e 42. Para conveniência, tal forma seráreferida como uma forma de cunha. Cada conjunto de parede 40 e 42 têmum ângulo associado 46 e 48 com a horizontal, respectivamente. Os ângulos46 e 48 são selecionados de tal modo que os primeiros fragmentos de rochade perfuração que penetram no tanque sejam os primeiros fragmentos derocha de perfuração a saírem do tanque, isto é, escoamento de massa. Asparedes 40 e 42 convergem para a abertura 29 que é alinhada longitudinal-mente com o elemento de condução 32. Como deveria ser apreciado, emcontraste com uma seção conformada cônica que converge para uma aber-tura circular, a abertura 29 apresenta uma área de escoamento de seçãotransversal como fenda relativamente grande, alongada, através da qual osfragmentos de rocha podem escoar. Assim, existe um risco reduzido quefragmentos de rocha possam entupir ou obstruir a abertura 29. Além disso,também deveria ser apreciado que a porção conformada em cunha 28 e aabertura alongada 29 podem distribuir e igualmente manter fragmentos derocha através de uma porção relativamente grande do elemento de condu-ção 32. Outras formas alongadas ou não-cônicas também podem ser utiliza-das em certas aplicações.

Em um modo operacional tomado como exemplo para descarre-gar fragmentos de rocha, a gravidade empurra os fragmentos de rocha parao elemento de condução 32, o qual então conduz os fragmentos de rochapara fora do tanque 16. Quando os fragmentos de rocha saem do tanque 16,fragmentos de rocha adicionais caem para o interior do elemento de condu-ção 32. De maneira vantajosa, a porção conformada em cunha 28 provocaum escoamento de massa de fragmentos de rocha que carrega de maneirasubstancialmente uniforme o elemento de condução 32 durante este proces-so. Assim, em um aspecto, o sistema 10 descarrega fragmentos de rochapara fora do tanque 16 utilizando um arranjo acionado mecanicamente e au-xiliado por gravidade.

Para suportar a operação de descarga de fragmentos de rochaestá mostrada na figura 4 uma fonte 60 que fornece gás pressurizado, talcomo ar, para equilibrar a pressão do tanque 16 e/ou fIuidizar os fragmentosde rocha no tanque 16. Em uma modalidade, as portas 62a e 62b que sãoacopladas à fonte 60 por meio de condutos adequados 64 introduzem gáspressurizado em um ou mais pontos ao longo do tanque de aditivos de lama16. Uma ou mais das portas 62a podem ser posicionadas para quebrar oureduzir a viscosidade de fragmentos de rocha depositados que formam ca-madas nas superfícies interiores da porção inferior conformada em cunha28. O gás que escoa através de tais portas 62a penetra nesta camada defragmentos de rocha relativamente densa e reduz sua densidade global. Istoé, o gás se mistura com ou cobre a camada de fragmentos de rocha. O gásque escoa para dentro também pode deslocar fisicamente ou desalojar por-ções desta camada das superfícies interiores do tanque 16. Uma ou maisportas 62b também podem ser posicionadas no ou junto ao topo do tanque16 para fornecer gás de equilíbrio de pressão. Na modalidade da figura 4, afonte 60 opera como a unidade de escoamento de fragmentos de rocha 15(figura 1) suprindo gás de alta pressão para impedir fragmentos de rochaatravés da linha de transferência 22. Por exemplo, a fonte 60 pode suprir umescoamento contínuo de ar de alta pressão para a linha de transferência 22ao mesmo tempo em que o elemento de condução 32 (figura 2A) alimentafragmentos de rocha para a linha de transferência 22. Uma vez que a fonte60 e os tanques de aditivos de lama 16 estão em comunicação direta atra-vés da linha de transferência 22, o gás de alta pressão na linha de transfe-rência 22 pode aplicar uma contrapressão no tanque 16. Esta contrapressãoaplicada pode restringir o escoamento de fragmentos de rocha para fora dotanque 16. Para compensar a pressão operacional gerada pela fonte 60, gáspressurizado alimentado através das portas 62 aumenta a pressão no tan-que 16 até no mínimo parcialmente deslocar esta contrapressão aplicada.Naturalmente, em certas modalidades o gás pressurizado que escoa atravésdas portas 62a pode ao mesmo tempo fluidizar a camada de fragmentos derocha relativamente densa e fornecer gás a um valor de pressão que tam-bém equilibra a pressão no tanque de aditivos de lama.

Uma quantidade de instrumentos e dispositivos pode ser utiliza-da para controlar o escoamento de gás pressurizado. Por exemplo, válvulas70 para alimentar de maneira seletiva gás para as portas 62a e 62b podemser controladas por controle solenóide 72. Uma unidade de controle solenói-de 64 também pode ser utilizada para controlar uma válvula 74 que alimentaar pressurizado para a linha de transferência 22. Adicionalmente, medidoresadequados 76, tais como medidores de pressão e medidores de nível, po-dem ser posicionados como desejado no tanque 16, Em diversas aplicaçõeso gás pressurizado pode ser ar, porém outros gases, tal como nitrogênio,podem ser utilizados.

Fazendo referência agora à figura 5, nela está mostrada umamodalidade da presente descrição que é adequada para aplicações de per-furação em alto-mar. Como é conhecido, operações de levantamento, perfu-ração ou retrabalho em plataforma, flutuador, utilizam uma instalação de su-perfície tal como uma torre de perfuração em alto-mar 70 a partir da qual umtubo de subida de perfuração 72 ou outro dispositivo conduz uma coluna deperfuração 74 para um poço de sub-superfície (não mostrado). Posicionadona torre de perfuração em alto-mar 70 está o sistema de manipulação defragmentos de rocha 71 que processa o fluido de retorno a partir do furo depoço de sub-superfície (não mostrado) utilizando equipamento anteriormentediscutido e conduz os fragmentos de rocha até um banco de tanques de adi-tivos de lama 76. Durante a perfuração, o fluido de retorno é processado eos fragmentos de rocha conduzidos de maneira contínua e armazenadosnos tanques de aditivos de lama 76. Um controlador enche os tanques deaditivos de lama 76 utilizando instruções programadas e sinais a partir desensores posicionados de maneira adequada. Periodicamente um navio detransporte 78 tal como uma barcaça é amarrado adjacente à torre de perfu-ração 70 e tanques de armazenagem 80 na barcaça 78 são conectados aosistema de manipulação de fragmentos de rocha 71. Daí em diante gás dealta pressão é alimentado para os tanques de aditivos de lama 76 para flui-dizar os fragmentos de rocha e equilibrar a pressão nos tanques de aditivosde lama 76. Uma vez que o dispositivo de condução 32 (figura 2A) seja e-nergizado, fragmentos de rocha escoam para fora dos tanques de aditivosde lama 76 e para a barcaça 78.

Deveria ser apreciado que os sistemas de manipulação defragmentos de rocha descritos acima oferecem segurança aprimorada devi-do ao número reduzido de operações de manipulação, tal como intervençõespor pessoal para enganchar recipientes ao guindaste, raspagem manual defragmentos de rocha para recipientes, transferências de recipientes ao redordo piso da torre de perfuração, utilização do guindaste da torre de perfura-ção, etc. Além disso, o navio de transporte para o qual os fragmentos de ro-cha são descarregados, é apenas amarrado de forma temporária junto à tor-re de perfuração. Um navio de transporte amarrado de maneira contínuapoderia gerar um risco para a torre de perfuração e para si mesmo durantemar bravio. Assim, reduzindo o tempo em que o navio de transporte é amar-rado à torre de perfuração, também se reduz o risco que a meteorologia in-clemente venha a interferir com operações de perfuração.

Embora a descrição precedente seja orientada para as modali-dades preferenciais da descrição, diversas modificações serão evidentesàqueles versados na técnica. É projetado que todas as variações dentro doescopo das reivindicações anexas sejam abrangidas pela descrição prece-dente.

Claims (20)

1 .Sistema para manipulação de um fluido de retorno formado defluido de perfuração e fragmentos de rocha arrastados recuperados ao perfu-rar um furo de poço em uma formação de terra, que compreende:(a) uma unidade de separação que separa no mínimo parcial-mente o fluido de perfuração do fluido de retorno, uma lama de fragmentosde rocha sendo com isto formada;(b) uma unidade de escoamento de fragmentos de rocha e querecebe os fragmentos de rocha a partir da unidade de separação, a unidadede escoamento de fragmentos de rocha conduzindo os fragmentos de rochaatravés de um conduto acoplado a ela;(c) pelo menos um tanque acoplado ao conduto, o tanque tendouma porção inferior que converge para uma abertura alongada e(d) um elemento de condução posicionado adjacente à aberturaalongada que recebe os fragmentos de rocha a partir da porção inferior eque escoa os fragmentos de rocha para fora de no mínimo um tanque deaditivo de lama.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, que ainda compre-ende um dispositivo de escoamento que recebe o escoamento de fragmen-tos de rocha a partir do elemento de condução e conduz fragmentos de ro-cha para uma localização selecionada.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, que ainda compre-ende uma fonte de gás que fornece um gás pressurizado para o no mínimoum tanque para no mínimo deslocar parcialmente um aumento de pressãoassociado com operação do dispositivo de escoamento de fragmentos derocha.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, que ainda compre-ende uma fonte de gás que fornece um gás para o no mínimo um tanquepara fIuidizar no mínimo uma porção dos fragmentos de rocha no o no míni-mo um tanque.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que a porçãoinferior é conformada em cunha e em que o elemento de condução inclui umtrado alinhado longitudinalmente com a abertura alongada.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que no mínimoum tanque inclui uma porção superior cilíndrica, os fragmentos de rocha es-coando a partir da porção superior para a porção inferior.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que o elementode condução opera em um primeiro modo para escoar os fragmentos de ro-cha e um segundo modo para misturar os fragmentos de rocha.

8. Método para manipular um fluido de retorno formado de fluidode perfuração e fragmentos de rocha arrastados e recuperados ao perfurarum furo de poço em uma formação de terra que compreende as etapas:(a) separar o fluido de perfuração do fluido de retorno para for-mar uma lama de fragmentos de rocha com uma unidade de separação;(b) conduzir os fragmentos de rocha através de um conduto a-coplado à unidade de separação utilizando uma unidade de escoamento defragmentos de rocha;(c) receber os fragmentos de rocha em no mínimo um tanqueacoplado ao conduto, o tanque de aditivos de lama tendo uma porção inferi-or que converge para uma abertura alongada; e(d) escoar os fragmentos de rocha para fora de no mínimo um tanque utilizando um elemento de condução posicionado adjacente à abertu-ra alongada.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, adicionalmentecompreendendo a etapa de conduzir os fragmentos de rocha até uma locali-zação selecionada utilizando um dispositivo de escoamento que recebe oescoamento de fragmentos de rocha a partir do elemento de condução.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, adicionalmentepelo menos parcialmente, desloca um aumento de pressão associado com aoperação do dispositivo de escoamento utilizando uma fonte de gás que for-nece um gás pressurizado para o pelo menos um tanque.

11. Método, de acordo com a reivindicação 8, adicionalmentecompreendendo a etapa de fluidizar no mínimo uma porção dos fragmentosde rocha de no mínimo um tanque, utilizando uma fonte de gás que forneceum gás para o no mínimo um tanque.

12. Método, de acordo com a reivindicação 8, em que a porçãoinferior é conformada em cunha e em que o elemento de condução inclui umtrado longitudinalmente alinhado contra a abertura alongada.

13. Método, de acordo com a reivindicação 8, em que o no mí-nimo um tanque inclui uma porção superior cilíndrica, os fragmentos de ro-cha escoando a partir da porção superior cilíndrica para a porção inferior.

14. Método, de acordo com a reivindicação 8, adicionalmentecompreendendo a etapa de operar o elemento de condução em um primeiromodo para escoar os fragmentos de rocha e em um segundo modo paramisturar os fragmentos de rocha.

15. Sistema para manipular fragmentos de rocha separados deum fluido de retorno formado de fluido de perfuração e fragmentos de rochaarrastados, que compreende:(a) um tanque para receber os fragmentos de rocha, o tanquetendo uma porção superior cilíndrica e uma porção inferior conformada emcunha que converge para uma abertura alongada; e(b) um elemento de condução posicionado adjacente à aberturaalongada que recebe os fragmentos de rocha a partir da porção inferior con-formada em cunha e escoa os fragmentos de rocha para fora do tanque.

16. Sistema de acordo com a reivindicação 15, adicionalmentecompreendendo um dispositivo de escoamento que recebe o escoamento defragmentos de rocha do elemento de condução e que conduz os fragmentosde rocha para uma localização selecionada.

17. Sistema de acordo com a reivindicação 16, adicionalmentecompreendendo uma fonte de gás que fornece um gás pressurizado para otanque, para pelo menos deslocar parcialmente um aumento de pressão as-sociado com operação do dispositivo de escoamento de fragmentos de ro-cha.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, adicionalmentecompreendendo uma fonte de gás que fornece um gás para o tanque parafluidizar pelo menos uma porção dos fragmentos de rocha no tanque.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, em que o ele-mento de condução opera em um primeiro modo para escoar os fragmentosde rocha e em um segundo modo para misturar os fragmentos de rocha.

20. Sistema de acordo com a reivindicação 15, em que a porçãoinferior é definida por um primeiro conjunto de paredes e um segundo con-junto de paredes, cada uma das paredes dos primeiro e segundo conjuntosde paredes tendo um ângulo selecionado para provocar escoamento demassa dos fragmentos de rocha.