BRPI1006616B1 - Método de controle de poço - Google Patents
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Abstract
método de controle de poço um método de controle pode incluir a remoção a partir de um furo de poço um influxo indesejável de uma formação dentro do furo de poço, determinando um perfil de pressão desejado em tempo real com um modelo hidráulico e, automaticamente, operar um dispositivo restringidor de fluxo durante a remoção o influxo indesejável do furo de poço, desta forma, influenciando um perfil de pressão real voltado ao perfil de pressão desejada. outro método de controle de poço pode incluir a remoção, para fora de um furo de poço, de um influxo indesejável de uma formação dentro do furo de poço, determinando uma pressão de furo de poço desejada com um modelo hidráulico, a pressão do furo de poço desejada prevenindo ainda o influxo dentro do furo de poço durante a remoção o influxo indesejável a partir do furo de poço e, automaticamente, operar um dispositivo restringidor de fluxo durante a remoção o influxo indesejável a partir do furo de poço, influenciando assim uma pressão real do poço voltada a pressão desejada do furo de poço.
Description
MÉTODO DE CONTROLE DE POÇO
Campo técnico da invenção [0001] A presente descrição relaciona-se geralmente aos equipamentos utilizados e operações realizadas em conjunto com a perfuração de um poço subterrâneo e, em uma concretização aqui descrita, mais particularmente, prove métodos e sistemas de controle de poço.
Antecedentes da invenção [0002] Quando a perfuração de um furo de poço em, ou quase em equilíbrio, um influxo de fluido dentro do furo de poço de uma formação passando pelo furo aberto pode ser sentido. Isto é prática comum para interromper a perfuração e fechar um poço (fechar o sistema de segurança contra explosão e parar a circulação) quando influxos indesejados são sentidos. Existem vários procedimentos conhecidos para proceder com grandes influxos (tais como, o método do perfurador, o método do peso e espera, etc.).
[0003] No entanto, estes métodos geralmente dependem da circulação do influxo para fora do furo de poço através do coletor e da plataforma do restringidor, com o restringidor sendo, tipicamente, acionado de forma hidráulica (mas manualmente controlado) e incapaz de responder de forma rápida e em etapas incrementais suaves às mudanças de condições para manter uma pressão no fundo do poço desejada. Breve descrição dos desenhos [0004] A figura 1 é uma vista esquemática de um sistema e método de controle de poço incorporando os princípios da presente descrição;
[0005] A figura 2 é um diagrama esquemático da pressão e de elementos de controle de fluxo do sistema e método de
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2/23 controle de poço;
[0006] A figura 3 é uma vista esquemática de outra configuração do sistema e método de controle de poço; e [0007] A figura 4 é um fluxograma esquemático das etapas do método de controle do poço.
Descrição detalhada da invenção [0008] Sistemas e métodos de controle de poço aperfeiçoados descritos a seguir podem utilizar um modelo hidráulico para determinar um perfil de pressão da cabeça de poço, que deve ser aplicado para alcançar e manter uma pressão no fundo do poço desejada, enquanto circula um influxo indesejável para fora do furo do poço em uma situação de controle de poço. Por exemplo, a pressão no fundo do poço pode ser uma pressão necessária de fundo de poço para criar uma condição de desequilíbrio no fundo do furo de poço para evitar influxos adicionais, ou a pressão no fundo do poço pode ser um pouco menor que a pressão avaliada da sapata de proteção, etc.
[0009] A pressão no fundo do poço desejada pode ser mantida enquanto circula o influxo para fora do furo do poço, através de uma tubulação de perfuração reciprocante e rotativa no furo de poço, e fazendo quaisquer ajustes necessários no peso da lama, etc. O modelo hidráulico e um restringidor controlado automaticamente interconectado em uma linha de retorno de fluido podem rastrear e controlar o peso morto do fluido (kill weigth fluid”) conforme este é circulado para a broca, rastrear e controlar o peso morto do fluido conforme este flui acima do espaço anular, rastrear e controlar o peso morto do fluido conforme o gás, neste lugar, alcança a superfície e expande, controlar a descarga do gás
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3/23 expandido dentro da plataforma do sistema separador de lama e gás, ou quaisquer outros tipos de sistemas de separação, e então controlar rapidamente a descarga de líquido que segue o gás, e pode controlar a pressão tão precisamente, que a pressão exercida através de uma bolha de gás no espaço anular pode ser controlada conforme esta passa através de uma sapata de proteção (ou qualquer outro ponto escolhido no espaço anular) no seu percurso para a superfície.
[0010] Preferencialmente, o sistema de controle de poço inclui pelo menos o modelo hidráulico e o dispositivo restringidor de fluxo controlado automaticamente. Exemplos de restringidores controlados automaticamente adequados para utilização no sistema e método de controle de poço é o AUTOCHOQUE(TM), disponível da M-I Swaco of Houston, Texas E.U.A., e que é descrito na Patente U.S. n° 4355784, depositada pela Warren Automatic Tool Company of Houston, Texas E.U.A.. Outros restringidores controláveis automaticamente podem ser utilizados, se desejado.
[0011] O modelo hidráulico determina o perfil desejado de pressão no fundo do poço e o perfil de pressão de superfície requerida para atingir essa pressão no fundo do poço, levando-se em consideração a configuração do furo de poço (por exemplo, utilizando um modelo de furo de poço), superfície e medições do sensor no fundo do poço, densidade de circulação equivalente, etc. O modelo hidráulico pode fazer essas determinações em tempo real ou desconectado (off-line). A operação em tempo real do modelo hidráulico seria preferível, se utilizada durante as operações de controle reais (por exemplo, enquanto um influxo circula para fora, paralisando um poço, etc.). A operação off-line do
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4/23 modelo hidráulico pode ser utilizada para fins de planejamento, explorando cenários alternativos, etc.
[0012] O dispositivo restringidor de fluxo mantém a pressão desejada da superfície através da variação da resistência ao fluxo conforme necessário. Uma bomba de contrapressão, ou bombas do equipamento, podem ser utilizadas para fornecer o fluxo através de um restringidor, se necessário, quando não existe circulação através da coluna de perfuração. Técnicas adequadas para o fornecimento de fluxo através do restringidor, quando o fluxo através da coluna de perfuração é cessado, são descritas no Pedido de Patente Internacional PCT/US08/87686, depositado em 16 de dezembro de 2008. Outras técnicas para o fornecimento de fluxo através do restringidor podem ser utilizadas, se desejadas. O restringidor controlado automaticamente pode tomar o lugar de um equipamento coletor restringidor, ou um equipamento coletor restringidor poderia ser modificado para incluir tal restringidor controlado automaticamente. O modelo hidráulico, o modelo de furo de poço e dados acumulados armazenados, podem ser semelhantes àqueles utilizados no gerenciamento da pressão nas operações de perfuração (MPD).
[0013] Outra característica preferida do novo sistema de controle de poço é a capacidade para monitorar e operar o sistema de controle de poço a partir de um local remoto. O sistema local do poço pode ser conectado a um centro de operações remoto (através de qualquer conexão de comunicação, tais como linha fixa, satélite, Internet, sem fio, rede de comunicação expandida (WAN), telefonia, etc.) No centro de operações remoto, um especialista em controle de poço está provido com um visor (display) das medições do
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5/23 sensor pertinente, e pode controlar e monitorar o perfil de pressão fornecida pelo modelo hidráulico, monitorar o progresso da operação de controle do poço, ativar (override) manualmente o perfil de pressão, controlar manualmente o dispositivo restringidor de fluxo e válvulas, etc. Desta forma, um especialista em controle de poço, não é necessário no local do poço. Em vez disso, um único especialista em controle de poço pode monitorar e controlar as operações em vários locais de poços.
[0014] Isto não é necessário para um restringidor de superfície a ser utilizado no sistema e método de controle de poço. Em vez disso, um restringidor de fundo de poço/dispositivo de restrição de fluxo poderia ser utilizado. O restringidor de fundo de poço poderia, por exemplo, compreender um obturador inflável na coluna de perfuração para restringir o fluxo através do espaço anular.
[0015] O inflamento do obturador e a restrição do fluxo resultante poderiam ser controladas de modo que uma pressão desejada no fundo do poço seja alcançada/mantida.
[0016] O sistema de controle de poço poderia utilizar um sistema de medição de fluxo no fundo do poço e/ou PWD (sistema de medição de pressão no fundo de poço) para detecção do influxo antecipadamente. O fluxo de fundo de poço e/ou o sistema de medição de pressão, podem detectar alterações na pressão, fluxo, tipo de fluido, etc., de modo que um influxo poderia ser rapidamente detectado e comunicado ao sistema de superfície, permitindo assim que o influxo seja controlado o mais rápido possível.
[0017] Preferivelmente, o novo sistema de controle de poço interrompe um influxo indesejável e circula o influxo para
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6/23 fora de um poço, utilizando um modelo hidráulico para determinar um perfil de pressão de superfície e a pressão no fundo do poço desejada, e um restringidor de fluxo controlado automaticamente ou outro restritor de fluxo. Tal sistema pode impedir a quebra de uma sapata de proteção, e pode ser remotamente monitorado e controlado.
[0018] Um sistema de controle de poço 10 e método associado é, representativamente, e esquematicamente, ilustrado na figura 1, que incorpora princípios da presente descrição. No sistema 10, o furo do poço 12 é perfurado através da rotação uma broca de perfuração 14 em um extremo de uma coluna de perfuração 16. O fluido de perfuração 18, comumente conhecido como lama, é circulado descendentemente através da coluna de perfuração 16, fora da broca 14, e ascendentemente através de um espaço anular 20 formado entre a coluna de perfuração e o furo do poço 12, funcionando para resfriar a broca de perfuração, lubrificar a coluna de perfuração, remover aparas e fornecer uma medida de controle de pressão de fundo poço. Uma única ou múltipla, recuperável ou permanente, válvula de retenção 21 (tipicamente uma válvula de retenção tipo chapeleta (flapper) ou tipo êmbolo (plunger)) previne o fluxo do fluido de perfuração 18 ascendente através da coluna de perfuração 16 (por exemplo, quando as conexões estão sendo feitas na coluna de perfuração).
[0019] O controle da pressão no fundo do poço é muito importante. Preferivelmente, a pressão no fundo do poço é controlada com precisão para impedir a perda excessiva de fluido para o interior da formação do solo em torno do furo do poço 12, fratura indesejada da formação, influxo
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7/23 indesejável de fluidos na formação dentro do furo do poço, etc. Em uma operação de perfuração desequilibrada realizada utilizando o sistema 10, é desejado manter a pressão no espaço anular 20 maior que a pressão do poço na formação em torno da seção aberta do poço, ou sem revestimento (uncased) do furo do poço 12.
[0020] Durante as operações de perfuração normais, o fluido de perfuração 18 sai da cabeça do poço 24 através de uma válvula lateral 28, em comunicação com o espaço anular 20. A válvula 28 pode ser associada a um dispersor 22 conectado acima de um sistema de segurança contra explosão anular 36 (blowout preventer”), ou um “bell nipple”, pode ser utilizado conectado acima do sistema de segurança contra explosão anular. O fluido 18 então flui (tipicamente através de alimentação por gravidade) por uma linha de retorno de lama 58 para uma peneira oscilante 50 e um tanque de lama 52.
[0021] O fluido 18 é bombeado a partir do tanque de lama 52 através de um equipamento de bomba de lama 68. A bomba 68 bombea o fluido 18 através de um coletor da tubulação vertical de distribuição de lama 81 (esquematicamente representado na figura 1 como incluindo apenas uma válvula 76), e depois através de uma tubulação vertical de distribuição de lama 26 e para o interior da coluna de perfuração 16.
[0022] Se, uma situação de controle de poço ocorrer (por exemplo, se um influxo indesejável é recebido no interior do furo do poço 12 a partir da formação em torno do furo do poço), então a perfuração é interrompida e o sistema de segurança contra explosão anular 36 é fechado sobre a coluna de perfuração 16 para impedir qualquer fluxo descontrolado de
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8/23 lama, gás, etc. do poço. Neste ponto, etapas são adotadas para impedir ainda, influxos indesejáveis para o interior do furo do poço 12, e para circular o influxo indesejável para fora do espaço anular
20.
[0023]
Uma válvula de alta razão de fechamento (HCR) 74 na pilha 42, do sistema de segurança contra explosão abaixo do sistema de segurança contra explosão 36, é aberta (uma válvula manual 70 tendo sido anteriormente aberta), de modo que o fluido 18 possa fluir para fora do espaço anular através de uma linha do restringidor 30 a um coletor de restringidor 32, que inclui restringidores redundantes
34, dos quais, um ou dois podem ser utilizados ao mesmo tempo.
Uma contrapressão pode ser aplicada ao espaço anular através da variação do fluxo restringindo do fluido através do(s) restringidor(es) 34 operativo(s) enquanto influxo circula para fora do espaço anular 20.
[0024]
Quanto maior restrição ao fluxo, através do restringidor 34, maior a contrapressão aplicada ao espaço anular 20. Assim, a pressão no fundo do poço (ou a pressão em qualquer local no furo do poço
12) pode ser convenientemente regulada através da variação da contrapressão aplicada ao espaço anular 20.
[0025]
Um modelo hidráulico pode ser utilizado, conforme descrito mais detalhadamente abaixo, para determinar a pressão aplicada ao espaço anular 20 na, ou próxima da, superfície que resultará em uma pressão no fundo do poço desejada, de modo que um operador (ou um sistema de controle automatizado) possa facilmente determinar como regular a pressão aplicada ao espaço anular na, ou próxima da, superfície (que pode ser facilmente medida), a fim de obter a
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9/23 pressão desejada no fundo do poço. Mais preferivelmente, o modelo hidráulico pode determinar um perfil de pressão (pressão variada ao longo do tempo) aplicada ao espaço anular 20 na, ou perto da, superfície que irá resultar em um perfil de pressão correspondente desejado em um local do fundo de poço.
[0026] Por exemplo, isto pode ser desejado para manter a pressão do furo do poço no local do influxo um tanto maior do que a pressão do poro na zona de formação, a partir do qual se originou o influxo (para, assim, evitar influxos adicionais), enquanto o fluido sobrecarregado é devidamente bombeado através da coluna de perfuração 16 para a broca 14, enquanto o fluido sobrecarregado é bombeado acima do espaço anular 20, enquanto o gás no espaço anular se expande à medida que este se aproxima da superfície, enquanto o gás é descarregado através da linha do restringidor 30, e enquanto o fluido descarregado através da linha do restringidor muda entre gás e líquido (e suas misturas). A capacidade do restringidor 34 para, variavelmente, restringir o fluxo entre eles em incrementos muitos suaves (e, assim, controlar precisamente a contrapressão aplicada ao espaço anular 20, e precisamente controlar a pressão em locais selecionados de fundo de poço) sob o controle do modelo hidráulico, alcança um perfil de pressão desejada muito superior aos métodos anteriores de controlar manualmente um restringidor atuado hidraulicamente durante as operações de controle de poço.
[0027] Conforme outro exemplo, isto pode ser desejado para reduzir a pressão aplicada ao espaço anular 20, conforme uma bolha de gás desloca-se no espaço anular passando em uma sapata de proteção 72, para assim evitar a quebra da sapata
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10/23 de proteção. Após a bolha de gás ter sido deslocada, depois da sapata de proteção 72, a pressão no espaço anular 20 pode ser aumentada, caso seja necessário, para impedir influxos adicionais, e para circular o influxo indesejável para fora do furo do poço 12. Embora a pressão reduzida no espaço anular 20 pode, em algumas circunstâncias, permitir outro influxo indesejado no interior do furo do poço 12, tal influxo seria de duração relativamente curta e podendo ser de imediato circulado para fora do espaço anular.
[0028] A pressão aplicada ao espaço anular 20 pode ser medida na, ou próxima da, superfície através de uma variedade de sensores de pressão 38, 40, cada um dos quais estando em comunicação com o espaço anular.
[0029] O sensor de pressão 38 detecta a pressão abaixo da pilha 42 do sistema de segurança contra explosão (BOP). O sensor de pressão 40 detecta uma pressão na linha do restringidor 30 a montante do coletor do restringidor 32.
[0030] Outro sensor de pressão 44 detecta a pressão na linha de tubulação vertical 26. Ainda outro sensor de pressão 46 detecta a pressão ajusante do coletor do restringidor 32, mas a montante de um separador 48, peneira oscilante 50 e tanque de lama 52. Os sensores adicionais incluem sensores de temperatura 54, 56 e medidores de fluxo 66, 67. Nem todos esses sensores são necessários. Por exemplo, o sistema 10 poderia incluir apenas os medidores de fluxo 66. No entanto, a entrada a partir dos sensores é útil para o modelo hidráulico na determinação de qual pressão deve ser aplicada ao espaço anular 20 durante a operação de controle do poço. Sensores adicionais podem ser incluídos no sistema 10, se desejados.
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11/23 [0031] Adicionalmente, a coluna de perfuração 16 pode incluir seus próprios sensores 60, por exemplo, para medir diretamente a pressão no fundo do poço. Tais sensores 60 podem ser do tipo conhecido para os técnicos no assunto como sensor de pressão durante a perfuração (PWD) (pressure while drilling”), sensor de medição durante a perfuração (MWD) (measurement while drilling”) e/ou sensor de equipamento durante a perfuração (LWD)(logging while drilling”). Estes sistemas de sensores de perfuração geralmente provêem, pelo menos, medição da pressão, e pode também prover a medição de temperatura, a detecção das características da coluna de perfuração (tais como vibração, peso sobre a broca, o fenômeno stick-slip, etc), características de formação (tais como resistividade, densidade, etc.) e/ou outras medidas. Várias formas de telemetria (acústica, pressão de pulso, eletromagnética, etc.) podem ser utilizadas para transmitir as medições do sensor do fundo de poço para a superfície.
[0032] Os sensores 60 podem também incluir um medidor de fluxo para medir a taxa de fluxo do fluido no espaço anular 20. Um medidor de fluxo adequado para utilização na coluna de perfuração 16 é descrita na Patente US N°. 6585044, depositada pelo depositante do presente pedido. Outros medidores de fluxo de fluido de fundo de poço no espaço anular podem ser utilizados, se desejados.
[0033] Note que o separador 48 poderia ser um separador de 3 ou 4 fases, ou um separador de gás e lama atmosférico (as vezes referido como um degaseificador de poço de operação barata”). No entanto, o separador 48 não é necessariamente utilizado no sistema 10.
[0034] Deve ser entendido que os restringidores 34 são
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12/23 apenas um tipo do dispositivo restringidor de fluxo, o qual pode ser utilizado para restringir o fluxo variável do fluido 18 a partir do espaço anular 20. Outro tipo de dispositivo restringidor de fluxo é um controlador de contrapressão 84, o qual pode restringir o fluxo ajusante de um sistema de separação fechado (ver figura 3). No entanto, outro tipo de dispositivo restringidor de fluxo pode restringir o fluxo através do espaço anular 20 do fundo de poço. Por exemplo, um restritor de fluxo 62 do espaço anular na forma de um obturador inflável pode ser interconectado na coluna de perfuração 16 e, variavelmente, inflado conforme desejado para, variavelmente, restringir o fluxo através do espaço anular 20 e aplicar uma contrapressão variável ao espaço anular abaixo do restritor. Isto pode ser preferível para posicionar o restritor 62 dentro de uma coluna de revestimento 64, de modo que a pressão aplicada à sapata de proteção 72 possa ser controlada utilizando o restritor.
[0035] Um sistema de controle de fluxo e pressão 90 é representativamente ilustrado na figura 2, que pode ser utilizado em conjunto com o sistema de controle de poço 10 e o método associado da figura 1. O sistema de controle 90 é preferivelmente automatizado, embora a intervenção humana possa ser utilizada, por exemplo, para proteger contra a operação incorreta, iniciar determinadas rotinas, atualização de parâmetros, etc.
[0036] O sistema de controle 90 inclui um modelo hidráulico 92, uma interface de aquisição de dados e controle e um controlador 96 (tal como um controlador lógico programável ou PLC, um computador devidamente programado, etc.). Embora estes elementos 92, 94, 96 são descritos
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13/23 separadamente na figura 2, qualquer, ou todos eles, podem ser combinados em um único elemento, ou as funções dos elementos podem ser separadas em elementos adicionais, outros elementos adicionais e/ou funções poderiam ser providos, etc.
[0037] O modelo hidráulico 92 é utilizado no sistema de controle 90 para determinar a pressão/perfil do espaço anular desejada na, ou perto da, superfície para alcançar a pressão/perfil desejada no fundo do poço. Os dados, tais como, geometria, propriedades do fluido e informação de desvio do poço (tal como o gradiente geotérmico e o gradiente de pressão de poro, etc.) podem ser utilizados pelo modelo hidráulico 92 na forma desta definição, e assim como os dados do sensor em tempo real, adquiridos pela interface de controle e aquisição de dados 94. Assim, existe uma transferência contínua bidirecional de dados e informações entre o modelo hidráulico 92 e a interface de controle e aquisição de dados 94. Para a finalidade desta descrição, é importante considerar que a interface de controle e aquisição de dados 94 opera para manter um fluxo, substancialmente, contínuo de dados em tempo real a partir dos sensores 44, 54, 66, 60, 46, 38, 40, 56, 67 para o modelo hidráulico 92, de modo que o modelo hidráulico tenha a informação de que necessita para se adaptar às alterações de circunstâncias e para atualizar a pressão/perfil do espaço anular desejada, e o modelo hidráulico opera para fornecer a interface de controle e aquisição de dados, substancialmente, de forma continua com um valor para a pressão/perfil do espaço anular desejado.
[0038] Um modelo hidráulico adequado para utilização como o modelo hidráulico 92 no sistema de controle de 90 é o Real
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Time Hydraulics (TM) fornecido pela Halliburton Energy Services, Inc. de Houston, Texas E.U.A.. Outro modelo hidráulico adequado para utilização como o modelo hidráulico 92 no sistema de controle 90 é o Drilling Fluids Graphics (DFG) fornecido pela Halliburton Energy Services, Inc. de Houston, Texas E.U.A.. No entanto, outro modelo hidráulico adequado é fornecido sob o nome comercial IRIS (TM), e, adicionalmente, um ainda é disponível da SINTEF de Trondheim, Noruega. Qualquer modelo hidráulico apropriado pode ser utilizado no sistema de controle 90, em conformidade com os princípios desta descrição.
[0039] A interface de controle e aquisição de dados adequada para utilização como a interface de controle e aquisição de dados 94 no sistema de controle 90 são o SENTRY (TM) e o INSITE (TM), fornecidos pela Halliburton Energy Services, Inc. Qualquer interface de controle e aquisição de dados adequada pode ser utilizada no sistema de controle 90, em conformidade com os princípios desta descrição.
[0040] O controlador 96 opera para manter um ponto de ajuste de pressão desejado do espaço anular através da operação controle do fluido de retorno do restringidor 34, do restritor de fluxo 62, abaixo da superfície do espaço anular, ou outro dispositivo restringidor de fluxo. Quando uma pressão desejada atualizada no espaço anular é transmitida a partir da interface de controle e aquisição de dados 94 para o controlador 96, o controlador utiliza a pressão desejada do espaço anular como um ponto de ajuste e controla a operação do dispositivo restringidor de fluxo de uma maneira (por exemplo, aumentando ou diminuindo o fluxo através do dispositivo, conforme necessário) para manter o ponto de
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15/23 ajuste de pressão no espaço anular 20.
[0041] Isto é realizado pela comparação do ponto de ajuste de pressão para uma pressão do espaço anular medida (tal como, a pressão detectada por qualquer um dos sensores, 38, 40, 60) , e aumentando o fluxo através do dispositivo restringidor de fluxo, se a pressão medida for maior do que o ponto de ajuste de pressão, e diminuindo o fluxo através do dispositivo, se a pressão medida for inferior ao ponto de ajuste de pressão. Naturalmente, se o ponto de ajuste e as pressões medidas serem as mesmas, então nenhum ajuste do dispositivo é necessário. Este processo é preferivelmente automático, de modo que nenhuma intervenção humana seja necessária, embora a intervenção humana possa ser utilizada se desejada.
[0042] Um centro de operações remoto 80 pode ser utilizado para monitorar a operação de controle de poço a partir de qualquer localização remota. O centro de operações remoto 80 pode monitorar o modelo hidráulico 92, a interface de controle e aquisição de dados 94 e/ou o controlador 96 através de um link de comunicação 82 (tais como, linha fixa, satélite, Internet, sem fio, rede de comunicação expandida (WAN), telefone, etc.) Desta forma, um especialista em controle de poço, no centro de operações remoto 80, pode monitorar a operação de controle do poço, sem a necessidade de realmente estar presente no local do poço.
[0043] Adicionalmente, quaisquer ou todas as operações de controle de poço podem ser controladas a partir do centro de operações remoto 80. Por exemplo, pode ser desejável para implementar alterações ou atualizar o modelo hidráulico 92, implementar alterações para a interface de controle e
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16/23 aquisição de dados 94, controlar diretamente a operação do controlador 96, etc., a partir do centro de operações remoto
80. Desta forma, um especialista em controle de poço, no centro de operações remoto
80, pode ajustar ou ativar qualquer função importante do sistema de controle 90, a fim de assegurar que a operação de controle de poço seja bem sucedida.
[0044]
Referindo-se adicionalmente agora a figura 3, outra configuração do sistema de controle de poço é
representativamente ilustrada.
Esta configuração do sistema é adequada para utilização no gerenciamento da pressão e/ou operações de perfuração sub-balanceadas.
[0045]
No gerenciamento típico da pressão de perfuração, é desejado manter a pressão no fundo do poço apenas superior à pressão do poro da formação, sem fratura da formação. Na perfuração desejado manter a pressão no fundo exceder uma pressão de sub-balanceada típica, é do poço de certa forma menor do que a pressão de poro, obtendo assim um influxo controlado de fluido da formação. O nitrogênio ou outro gás, ou outro fluido mais leve, pode ser adicionado ao fluido de perfuração 18 para controlar a pressão. Esta técnica é útil, por exemplo, em operações de perfuração sub-balanceadas.
[0046] No sistema 10, o controle adicional sobre a pressão no fundo do poço é obtido através do fechamento do espaço anular 20 (por exemplo, isolando-o da comunicação com a atmosfera e permitindo que o espaço anular seja pressurizado em ou perto da superfície), utilizando um dispositivo de controle rotativo 100 (RCD, também conhecido como um controle de cabeça rotativa, girando o sistema de segurança contra explosões, etc.) O RCD 100 veda sobre a coluna de perfuração
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17/23 sobre a cabeça do poço 24 durante a perfuração.
[0047] Embora não seja ilustrado na figura 3, a coluna de perfuração 16 se estenderia ascendentemente através do RCD 100 para conectar com, por exemplo, uma plataforma giratória (não ilustrada), uma linha de tubulação vertical 26, kelley (não ilustrado), uma unidade de topo (top drive) e/ou outro equipamento de perfuração convencional. Vários detalhes convencionais do sistema 100, e do furo de poço 12, abaixo da cabeça do poço 24, não são ilustrados na figura 3 para a clareza da ilustração.
[0048] Qualquer uma das características do sistema 10, conforme ilustrada na figura 1 pode ser incluída na configuração da figura 3.
[0049] Na configuração da figura 3, durante o gerenciamento normal da pressão nas operações de perfuração, o fluido 18 flui através da linha de retorno de lama 58 para o coletor do restringidor 32. Uma contrapressão é aplicada ao espaço anular 20 através do fluxo do fluido 18 restringido, de forma variável, através do(s) restringidor(es) operativo(s) 34.
[0050] Um medidor de fluxo do tipo Coriolis 102 (ou qualquer outro tipo de dispositivo de medição de fluxo) é conectado ajusante ao coletor do restringidor 32 para medir a taxa de fluxo do fluido 18 o qual flui através do coletor do restringidor. O medidor de fluxo 102 nesta configuração também seria conectado a interface de controle e aquisição de dados 94 descrito acima. Qualquer um dos outros sensores descritos acima também pode ser utilizado na configuração da figura 3, durante as operações de perfuração normal e, durante as operações de controle de poço.
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18/23 [0051] Se um influxo indesejável ocorrer, não é necessário mudar o fluxo do fluido 18 para outro aparelho coletor do restringidor 104. Em vez disso, o fluxo indesejado pode ser circulado fora do furo de poço 12, e influxos adicionais indesejados podem ser prevenidos, enquanto utilizam, continuamente, o coletor do restringidor 32 para manter a pressão/perfil desejada no fundo do poço, como acima descrito.
[0052] No entanto, um típico medidor de fluxo Coriolis 102 pode não ter uma faixa de pressão suficiente para a utilização em operações de controle de poço, então uma tubulação de desvio de fluxo 106 em conjunto com as válvulas 108, 110 pode ser utilizada para isolar o medidor de fluxo 102 da pressão ajusante do coletor do restringidor 32 durante as operações de controle de poço. A tubulação de desvio de fluxo 106 pode ser adequadamente projetada para transportar o fluido 18 com pressão relativamente alta do coletor do restringidor 32 para o separador 48.
[0053] No caso em que as capacidades do restringidor 34, coletor 32 e/ou o sistema de controle de pressão e fluxo 90 são excedidos em uma operação de controle de poço, o equipamento do coletor do restringidor 104 pode ser utilizado se necessário para o controle de poço. Para isso, a válvula HCR 7 4 pode ser aberta e outra válvula HCR 7 8 pode ser fechada com isso, direcionando o fluxo de fluido 18 para o equipamento do coletor do restringidor 104.
[0054] Referindo-se adicionalmente a figura 4, o método de controle de poço 120 descrito acima é ilustrado, representativamente, em forma de fluxograma. Na etapa 122 do método 120, o influxo indesejável é circulado fora do, ou de
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19/23 outra forma, removido do furo de poço 12. Concomitante com a etapa de circulação 122, o modelo hidráulico 92 determina uma pressão/perfil desejada no fundo do poço em uma etapa 124, e um dispositivo restringidor de fluxo (tal como o restringidor 34 e/ou restritor de fluxo anular 62, etc.) é automaticamente operado para realizar/manter a pressão/perfil desejada na etapa 126.
[0055] Assim, o método 120 pode incluir a remoção, a partir de um furo de poço 12, de um influxo indesejável de uma formação interna do furo de poço; determinando um perfil de pressão desejado com um modelo hidráulico 92; e automaticamente operando um dispositivo restringidor de fluxo (tal como o restringidor 34 e/ou restritor de fluxo anular 62, etc.) durante a remoção o influxo indesejável do furo de poço, influenciando assim, um perfil de pressão real voltado ao perfil de pressão desejado.
[0056] A perfuração do furo de poço 12 é preferivelmente interrompida enquanto se remove o influxo indesejável do furo de poço.
[0057] O dispositivo restringidor de fluxo pode compreender o restringidor 34 que regula o fluxo do espaço anular 20 em torno da coluna de perfuração 16 para um separador de gás e lama 48. O restringidor 34 pode ser posicionado em uma instalação de superfície. O dispositivo restringidor de fluxo pode, alternativamente, ou adicionalmente, compreender um restritor de fluxo 62 abaixo da superfície do espaço anular.
[0058] A operação automática do dispositivo restringidor de fluxo na etapa 126 pode compreender a restrição variável do fluxo na superfície do espaço anular 20 em torno da coluna
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20/23 de perfuração 16. Alternativamente, ou adicionalmente, a operação automática do dispositivo de controle de fluxo pode compreender a restrição variável do fluxo através do espaço anular 20 do fundo de poço.
[0059] Uma bomba de contrapressão (ou bombas do equipamento através de uma tubulação de desvio (bypass)) pode ser utilizada para fornecer o fluxo através do dispositivo restringidor de fluxo quando o fluido 18 não é circulado através da coluna de perfuração 16 e do espaço anular 20.
[0060] A utilização de uma bomba de contrapressão para fornecer o fluxo é descrita nas Patentes americanas N— 7044237 e 6904981, e a utilização de bombas do equipamento para o fornecimento de fluxo é descrita na Patente americana N° 7185719 e do Pedido de Patente Internacional N° PCT/US08/87686.
A operação automática do dispositivo de controle de fluxo pode compreender a manutenção de um ponto de ajuste desejado da pressão na superfície e/ou a manutenção de um ponto de ajuste desejado da pressão abaixo da superfície. O ponto de ajuste desejado da pressão pode mudar ao longo do tempo (conforme determinado pelo modelo hidráulico), no caso em que um perfil de pressão desejado (ponto de ajuste de pressão variável ao longo do tempo) possa ser mantido.
[0061] A operação automática do dispositivo de controle de fluxo pode compreender a manutenção da pressão em um local selecionado no furo de poço 12 em um ponto de ajuste de pressão/perfil pré-determinado. Por exemplo, a pressão no fundo do poço e/ou a pressão em um local de influxo pode ser mantida em um ponto de ajuste, e pressão na sapata de
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21/23 proteção 72 (ou qualquer outro local, tal como, uma formação exposta fraca ao furo de poço) pode ser mantida em um ponto de ajuste abaixo do que poderia normalmente ocasionar a quebra da sapata de proteção (ou ocasionar a fratura de uma formação fraca, etc.) [0062] O dispositivo de controle de fluxo pode manter a pressão/perfil no ponto de ajuste predeterminado, e pode controlar a expansão do gás à medida que este sobe à superfície para, assim, controlar a pressão do fundo do poço, mesmo sem a circulação de fluido 18 através da coluna de perfuração 16 e do espaço anular 20. Por exemplo, se o equipamento de bomba 68 por acaso não funcionar, uma bomba de contrapressão pode ser utilizada para fornecer o fluxo através do dispositivo de controle de fluxo.
[0063] Mesmo sem uma bomba de contrapressão ou outra fonte de fluxo de fluido, o dispositivo de controle de fluxo pode controlar a liberação do gás do espaço anular 20 em uma maneira que irá controlar a pressão no fundo do poço a um ponto de ajuste de pressão/perfil desejado e/ou impedir a pressão no fundo do poço e/ou a pressão em um determinado local no furo do poço a partir de um ponto de ajuste de pressão excedente. Assim, o método 120 pode ser executado, mesmo que nenhuma bomba forneça o fluxo de fluido para o lado a montante do dispositivo restringidor de fluxo. A operação automática do dispositivo restringidor de fluxo, durante a remoção o influxo indesejável do furo do poço 12, pode ser realizada sem uma bomba (tal como bombas do equipamento 68 ou uma bomba de contrapressão) fornecendo fluxo de fluido a um lado a montante do dispositivo restringidor de fluxo.
[0064] O método de controle de poço 120 pode também
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22/23 incluir o monitoramento do dispositivo restringidor de fluxo e o modelo hidráulico 92 em um local remoto do furo do poço 12. O método 120 pode incluir a operação do dispositivo restringidor de fluxo a partir do local remoto, modificando o modelo hidráulico 92 a partir do local remoto, e/ou modificando a pressão/perfil desejada a partir do local remoto.
[0065] Observado de outra perspectiva, o método de controle de poço 120 pode incluir a remoção a partir de um furo de poço 12, de um influxo indesejável a partir de uma formação interna do furo de poço 12, durante a remoção o influxo indesejável a partir do furo de poço 12, determina um perfil de pressão desejada com o modelo hidráulico 92; e em resposta à determinação do perfil de pressão desejado, automaticamente opera um dispositivo restringidor de fluxo durante a remoção o influxo indesejável a partir do furo de poço 12.
[0066] Ainda de outra perspectiva, o método de controle de poço 120 pode incluir a remoção a partir do furo de poço 12, de um influxo indesejável a partir de uma formação no interior do furo de poço 12; determinando uma pressão de furo de poço desejada com o modelo hidráulico 92, a pressão do furo de poço desejada, prevenindo o influxo adicional no interior do furo de poço 12, durante a remoção o influxo indesejável a partir do furo de poço 12; e automaticamente opera um dispositivo restringidor de fluxo durante a remoção o influxo indesejável a partir do furo de poço 12, influenciando assim uma pressão de furo de poço real voltada para a pressão desejada no furo de poço.
[0067] Um dos benefícios dos quais possam resultar da
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23/23 utilização dos sistemas de controle de poço 10 e métodos 120 acima descritos, é que o dispositivo restringidor de fluxo controlado automaticamente, quando utilizado em conjunto com o modelo hidráulico 92 e o restante do sistema de controle de fluxo e pressão 90, pode rapidamente responder às alterações das condições e, assim, remover com segurança o influxo indesejado a partir do furo de poço e impedir influxos adicionais indesejados.
[0068] Deve ser entendido que as várias concretizações da presente divulgação aqui descritas, podem ser utilizadas em várias orientações, e em várias configurações, sem se afastar dos princípios desta divulgação. As concretizações são descritas apenas como exemplos de aplicações úteis dos princípios da divulgação, as quais não se limitam a quaisquer detalhes específicos destas concretizações. Na descrição das concretizações representativas da divulgação acima, termos de direcionais, tais como acima, abaixo, superior, inferior, etc., são utilizados por conveniência ao se referir aos desenhos de acompanhamento.
[0069] Naturalmente, um técnico no assunto consideraria, durante uma análise cuidadosa da descrição das concretizações representativas acima descritas, que muitas modificações, adições, substituições, exclusões, e outras alterações poderíam ser feitas nas concretizações específicas, e tais alterações estariam contempladas pelos princípios da presente divulgação. Consequentemente, a descrição detalhada acima deve ser claramente entendida como sendo dada a título de ilustração e exemplo apenas, o espírito e o escopo da presente invenção sendo limitado apenas pelas reivindicações anexas e suas equivalentes.
Claims (47)
1. Método de controle de poço, caracterizado pelo fato de compreender:
- remover (120) de um furo de poço (12) um influxo indesejado a partir de uma formação dentro do poço;
- determinar (124) um perfil de pressão desejado com um modelo hidráulico (92), sendo que o modelo hidráulico (92) fornece um ponto de ajuste de pressão desejado que varia conforme o influxo indesejado se desloca através do furo de poço (12); e
- operar (126), de forma automática e ajustável, um dispositivo restringidor de fluxo em resposta a determinação de um perfil de pressão desejado, influenciando assim um perfil de pressão atual voltado ao ponto de ajuste de pressão desejado.
2. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a perfuração do furo de poço (12) ser interrompida durante a remoção do influxo indesejado do furo de poço (12).
3. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação
1, caracterizado pelo fato de o dispositivo restringidor de fluxo compreender um restritor (34) que regula o fluxo de um espaço anular (20) em torno de uma coluna de perfuração (16) para um separador de gás e lama (48).
4. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação
1, caracterizado pelo fato de o dispositivo restringidor de fluxo compreender um restritor (34) posicionado em uma instalação de superfície.
5. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação
1, caracterizado pelo fato de o dispositivo restringidor de
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2/8 fluxo compreender um restritor de fluxo (62) de espaço anular (20) abaixo da superfície.
6. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda restringir, de forma variável, o fluxo na superfície a partir do espaço anular (20) em torno de uma coluna de perfuração (16).
7. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda restringir, de forma variável, o fluxo de fundo de poço através de um espaço anular (20) em torno de uma coluna de perfuração (16).
8. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda manter um ponto de ajuste de pressão de superfície desejado.
9. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação
1, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda manter um ponto de ajuste de pressão abaixo da superfície desejado.
10. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda manter a pressão em um local selecionado no furo de poço (12) em um ponto de ajuste único, múltiplo ou alterado predeterminado.
11. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o local selecionado ser em uma sapata de proteção (72).
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12. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda monitorar o dispositivo restringidor de fluxo e o modelo hidráulico (92) em um local remoto (80) do furo de poço (12).
13. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de compreender ainda operar o dispositivo restringidor de fluxo a partir do local remoto (80).
14. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação
12, caracterizado pelo fato de compreender ainda modificar o modelo hidráulico (92) a partir do local remoto (80).
15. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação
12, caracterizado pelo fato de compreender ainda modificar o perfil de pressão desejado a partir do local remoto (80).
16. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo durante a remoção do influxo indesejado do furo de poço (12) ser executado sem uma bomba de fornecimento de fluxo de fluido a um lado a montante do dispositivo restringidor de fluxo.
17. Método de controle de poço, caracterizado pelo fato de compreender:
- remover (120) de um furo de poço (12) um influxo indesejado a partir de uma formação dentro do furo de poço (12);
- remover (120) o influxo indesejado do furo de poço (12) durante a determinação de um perfil de pressão desejado com um modelo hidráulico (92), sendo que o modelo hidráulico (92) fornece um ponto de ajuste de pressão desejado que varia conforme o influxo indesejado se desloca através do furo de poço (12); e
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- identificar em resposta a diferença entre uma pressão de furo de poço (12) atual e o ponto de ajuste de pressão desejado, a operação, de forma automática e ajustável, de um dispositivo restringidor de fluxo durante a remoção o influxo indesejado do furo de poço (12).
18. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de a perfuração do furo de poço (12) ser interrompida durante a remoção do influxo indesejado do furo de poço (12).
19. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de o dispositivo restringidor de fluxo compreender um restritor que regula o fluxo a partir de um espaço anular (20) em torno de uma coluna de perfuração (16) para um separador de gás e lama (48).
20. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de o dispositivo restringidor de fluxo compreender um restritor (34) posicionado em uma instalação de superfície.
21. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de o dispositivo restringidor de fluxo compreender um restritor de fluxo (62) de espaço anular (20) abaixo da superfície.
22. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda restringir, de forma variável, o fluxo na superfície a partir do espaço anular (20) em torno de uma coluna de perfuração (16).
23. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o
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dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda manter um ponto de ajuste de pressão de superfície único, múltiplo ou alterado desejado.
25. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda manter um ponto de ajuste de pressão abaixo da superfície desejado.
26. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda manter a pressão em um local selecionado no furo de poço (12) em um ponto de ajuste predeterminado.
27. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de o local selecionado ser em uma sapata de proteção (72).
28. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de compreender ainda monitorar o dispositivo restringidor de fluxo e o modelo hidráulico (92) em um local remoto (80) do furo de poço (12).
29. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de compreender ainda operar o dispositivo restringidor de fluxo a partir do local remoto (80).
30. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação
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28, caracterizado pelo fato de compreender ainda modificar o modelo hidráulico (92) a partir do local remoto (80).
31. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de compreender ainda modificar o perfil da pressão desejado a partir do local remoto (80).
32. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo durante a remoção o influxo indesejado do furo de poço (12) ser executado sem uma bomba de fornecimento de fluxo de fluido a um lado a montante do dispositivo restringidor de fluxo.
33. Método de controle de poço, caracterizado pelo fato de compreender:
- remover (120) de um furo de poço (12) um influxo indesejado de uma formação dentro do furo de poço (12);
- determinar (124) uma pressão desejada do furo de poço (12) com um modelo hidráulico (92), sendo que a pressão do furo de poço (12) desejada varia conforme o influxo indesejado se desloca através do furo de poço (12); e
- operar (126), de forma automática e ajustável, um dispositivo restringidor de fluxo em resposta a determinação de um perfil de pressão desejado, influenciando assim uma pressão de poço atual voltada à pressão de furo de poço (12) desejada.
34. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de a perfuração do furo de poço (12) ser interrompida durante a remoção do influxo indesejado do furo de poço (12).
35. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de o dispositivo restringidor de
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7/8 fluxo compreender um restritor que regula o fluxo a partir de um espaço anular (20) em torno de uma coluna de perfuração (16) para um separador de gás e lama (48).
36. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de o dispositivo restringidor de fluxo compreender um restritor (34) posicionado em uma instalação de superfície.
37. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de o dispositivo restringidor de fluxo compreender um restritor de fluxo em um espaço anular (20) abaixo da superfície.
38. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda restrigir, de forma variável, o fluxo na superfície de um espaço anular (20) em torno de uma coluna de perfuração (16).
39. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda restringir, de forma variável, o fluxo do fundo de poço através de um espaço anular (20) em torno de uma coluna de perfuração (16).
40. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda manter um ponto de ajuste de pressão de superfície único, múltiplo ou alterado desejado.
41. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda manter um
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8/8 ponto de ajuste de pressão abaixo da superfície desejado.
42. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação
33, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo compreender ainda manter a pressão em um local selecionado no furo de poço (12) em um ponto de ajuste predeterminado.
43. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de o local selecionado ser em uma sapata de proteção (72).
44. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação
33, caracterizado pelo fato de compreender ainda o monitorar o dispositivo restringidor de fluxo e o modelo hidráulico (92) em um local remoto (80) do furo de poço (12).
45. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 44, caracterizado pelo fato de compreender ainda operar o dispositivo restringidor de fluxo a partir do local remoto (80).
46. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 44, caracterizado pelo fato de compreender ainda modificar o modelo hidráulico (92) a partir do local remoto (80).
47. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação 44, caracterizado pelo fato de compreender ainda modificar a pressão do furo de poço (12) desejada a partir do local remoto (80).
48. Método de controle de poço, de acordo com a reivindicação
33, caracterizado pelo fato de operar automaticamente o dispositivo restringidor de fluxo durante a remoção o influxo indesejado do furo de poço (12) ser executado sem uma bomba de fornecimento de fluxo de fluido a um lado a montante do dispositivo restringidor de fluxo.
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