BRC10317401F1 - Método e sistema para perfurar um furo de poço - Google Patents

Description

"MÉTODO E SISTEMA PARA PERFURAR UM FURO DE POÇO" Certificado de Adição de Invenção do PI0317401-8, depositado em 10 de dezembro de 2003.

Campo do Certificado de Adição [0001] O presente certificado de adição refere-se à tecnologia para perfuração de um poço de gás ou de petróleo, com a coluna de revestimento permanecendo dentro do poço após a perfuração. Mais especificamente, o presente certificado de adição refere-se a técnicas para aperfeiçoar a eficiência de perfuração de um poço com revestimento, com uma qualidade de poço aperfeiçoada provendo uma melhor recuperação de hidrocarbonetos, e com a tecnologia permitindo custos significantemente reduzidos para confiavelmente completar o poço.

Antecedentes do Certificado de Adição [0002] A maioria dos poços de hidrocarbonetos é perfurada em seções de revestimento sucessivamente menores, com um revestimento de tamanho selecionado inserido em uma seção perfurada antes da perfuração da seção de diâmetro menor inferior seguinte do poço, então inserindo um tamanho de revestimento de diâmetro reduzido na seção inferior do poço. A profundidade de cada seção perfurada é assim uma função de (1) o desejo do operador de continuar a perfurar tão fundo quanto possível antes de parar a operação de perfuração e inserir o revestimento na seção perfurada, (2) o risco de que as formações superiores sejam danificadas por fluido de alta pressão exigido para obter pó equilíbrio de poço desejado e a pressão de fluido de furo de poço em profundidades maiores, e (3) o risco de que uma parte do poço perfurado possa desabar ou de outro modo impedir o revestimento de ser inserido no poço, ou que o revestimento se torne agarrado no poço ou de outro modo praticamente ser impedido de ser inserido na profundidade desejada em um poço.

[0003] Para evitar os problemas acima, várias técnicas para perfurar um poço com revestimento foram propostas. Esta técnica inerentemente insere o revestimento no poço com a composição de fundo de poço (BHA) enquanto o poço, ou uma seção do poço, está sendo perfurado. As Patentes U.S. 3.552.509 e 3.661.218 descrevem a perfuração com técnicas de revestimento rotativas. A Patente U.S. 5.168.942 descreve uma técnica para perfurar um poço com revestimento, com a composição de fundo de poço incluindo a capacidade de sentir a resistividade da formação perfurada. A Patente U.S. 5.197.533 também descreve uma técnica para perfurar um poço com um revestimento. A Patente U.S. 5.271.472 descreve ainda outra técnica para perfurar o poço com revestimento, e descreve especificamente usando um alargador para perfurar uma parte do poço com um diâmetro maior que o OD do revestimento. A Patente U.S. 5.472.051 descreve um poço com revestimento, com uma composição de fundo de poço incluindo um motor de perfuração para girar a broca, desse modo permitindo o operador na superfície (a) girar o revestimento e desse moído girar a broca, ou (b) girar a broca com fluido transmitido através do motor de perfuração e para a broca. Ainda outra opção é girar o revestimento na superfície e simultaneamente acionar o motor de perfuração para girar a broca. A Patente U.S. 6.118.531 descreve uma técnica de perfuração de revestimento que utiliza um motor de lama na extremidade da tubulação espiralada para girar a broca. Papéis SPE 52789, 62780 e 67731 discutem as vantagens comerciais de perfuração de revestimento em termos de custos de poço inferiores e processos de perfuração aperfeiçoados.

[0004] Problemas, contudo, limitaram a aceitação de operações de perfuração de revestimento, incluindo o custo de revestimento capaz de transmitir alto torque a partir da superfície para a broca, altas perdas entre o torque aplicado de superfície e o torque na broca, alto desgaste de revestimento, e dificuldades associadas com a recuperação da broca e o motor de perfuração para a superfície através do revestimento.

[0005] As desvantagens da técnica anterior são superadas pelo presente certificado de adição, e os métodos aperfeiçoados de perfuração de revestimento são daqui em diante descritos, que resultarão em um revestimento inserido em um poço durante uma operação de perfuração de revestimento, com custos menores e qualidade de poço aperfeiçoada fornecendo custo menor e/ou recuperação de hidrocarboneto aumentada.

Sumário do Certificado de Adição [0006] O presente certificado de adição fornece perfuração com revestimento, em que um poço é perfurado utilizando uma composição de fundo de poço na extremidade inferior da coluna de revestimento e um motor de furo de poço com um ângulo de dobramento selecionado, tal que a broca piloto e o alargador (ou broca bicentrada) quando girados pelo motor têm um eixo geométrico deslocado a um ângulo de dobramento selecionado do eixo geométrico da seção de potência do motor. De acordo com o certificado de adição, o alojamento do motor pode ser "liso", significando que o alojamento do motor tem uma superfície externa de diâmetro substancialmente uniforme se estendendo axialmente a partir da seção de potência superior para a seção de mancai inferior. O motor pode ser um motor de deslocamento positivo (PDM) com uma dobra no alojamento, ou pode ser um dispositivo dirigível rotativo (RSD) com um alojamento cilíndrico e um dobramento na haste rotativa O RSD pode ser acionado a partir das superfícies, mas mais preferivelmente será acionado por um PDM sem um dobramento no alojamento (PDM reto), com a rotação sendo otimamente suplementada por rotação da coluna de revestimento. Uma seção de calibração é fornecida presa à broca piloto, e tem uma superfície de diâmetro uniforme ao longo de um comprimento axial de pelo menos cerca de 60% do diâmetro de broca. O alargador pode assim ser girado pela rotação da coluna de revestimento na superfície, mas pode também ser girado por fluido pressurizado passando através do motor de furo de poço para girar a broca piloto e o alargador. A coluna de revestimento permanece no poço e o motor de furo de poço, a broca piloto e o alargador podem ser recuperados do poço. / [0007] E um aspecto do certificado de adição que a broca piloto pode ser girada com a coluna de revestimento para perfurar uma seção relativamente reta da boca de poço, e que o motor de furo de poço pode ser acionado para girar a broca piloto com respeito à coluna de revestimento não-rotativa para perfurar uma parte desviada da boca de poço.

[0008] Outro aspecto do certificado de adição é que a seção de calibração presa na broca piloto pode ter um comprimento axial de pelo menos 75% do diâmetro da broca piloto.

[0009] Ainda outro aspecto do certificado de adição é que a interconexão entre o motor de furo de poço e o alargador ou broca bicentrada é de preferência realizada com uma conexão de pino na extremidade inferior do motor de furo de poço e uma conexão de caixa na extremidade superior do alargador.

[00010] Um aspecto significante do presente certificado de adição é que o revestimento enquanto as operações de perfuração podem ser realizadas com a composição de fundo de poço, com a coluna de revestimento utilizando conexões relativamente padrão, tais como conexões de acoplamento API, em vez de conexões especiais exigidas para o revestimento enquanto as operações de perfuração utilizando uma composição de fundo de poço convencional.

[00011] Outro aspecto do presente certificado de adição é que a composição de fundo de poço reduz significantemente o risco de agarrar o revestimento no poço, que pode custar uma operação de perfuração de dezenas de milhares de dólares.

[00012] Uma vantagem do presente certificado de adição é que a composição de fundo de poço não exige componentes feitos especialmente, Cada um dos componentes da composição de fundo de poço pode ser selecionado pelo operador quando desejado atingir os objetivos do certificado de adição.

[00013] Estes e outros objetivos, aspectos e vantagens do presente certificado de adição se tornarão evidentes a partir da descrição detalhada seguinte, em que é feita referência às figuras nos desenhos anexos.

Breve Descrição dos Desenhos [00014] A figura 1 em geral ilustra um poço perfurado com uma composição de fimdo de poço na extremidade inferior de uma coluna de revestimento e um motor de furo de poço com um dobramento, um alargador e uma broca piloto.

[00015] A figura 2 ilustra em mais detalhes uma broca piloto, uma seção de calibração presa na broca piloto, e um alargador.

[00016] A figura 3 ilustra uma broca piloto, e uma seção de calibração presa na broca piloto, e uma broca bicentrada.

[00017] A figura 4 ilustra uma conexão de caixa no alargador conectado com uma conexão de pino no motor.

[00018] A figura 5 ilustra um motor de furo de poço sem um dobramento, mas com um alargador e uma broca piloto.

[00019] A figura 6 ilustra um conector de revestimento de baixo custo para uso ao longo da coluna de revestimento.

[00020] A figura 7 ilustra um conector de revestimento API para uso ao longo da coluna de revestimento.

[00021] A figura 8 ilustra um dispositivo dirigível rotativo dentro de um dobramento na haste rotativa.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas [00022] A figura 1 em geral ilustra um poço perfurado com uma composição de fundo de poço (BHA) 10 na parte inferior de uma coluna de revestimento 12. A BHA 10 inclui um motor de furo de poço acionado por fluido 14 com um dobramento para girar uma broca 16 para perfurar uma parte desviada do poço. Uma seção reta do poço pode ser perfurada girando adicionalmente a coluna de revestimento 12 na superfície para girar a broca 16, que como explicado subsequentemente pode tanto ser um alargador quanto uma broca bicentrada. Para perfurar uma seção curvada do furo de poço, o revestimento é deslizado (não-rotativo) e o motor de furo de poço 14 gira a broca 16. É em geral desejável girar a coluna de revestimento para minimizar a probabilidade da coluna de revestimento se tomar agarrada no furo de poço, e aperfeiçoar o retorno de cortes para a superfície. Na modalidade preferida, um dobramento na composição de fundo de poço tem um ângulo de dobramento de menos que cerca de 3 graus.

[00023] Desde que a broca 16 que perfura o furo de poço tem um diâmetro de corte maior que o OD do revestimento, e desde que a broca é recuperada através do ID do revestimento depois que o revestimento é inserido no poço, a broca em muitas aplicações será um alargador. A broca 16 alternativamente, pode ser uma broca bicentrada, ou qualquer outra ferramenta de corte para cortar um diâmetro e furo de poço maior que o OD do revestimento. Uma broca piloto 18 tem um diâmetro de corte menor que o ID do revestimento e pode ser fixada na broca ou alargador 16, com o diâmetro de corte do alargador, ou da broca bicentrada, sendo significantemente maior que o diâmetro de corte da broca piloto. O motor de furo de poço 14 pode funcionar "liso", significando que o alojamento do motor tem um diâmetro substancialmente uniforme da seção de potência superior 22 através do dobramento 24 e para a seção de mancai inferior 26. Nenhum estabilizador precisa ser fornecido no alojamento de motor, desde que nem o alojamento de motor nem um estabilizador de diâmetro pequeno, seja provável engatar na parede de furo de poço devido ao furo de poço de diâmetro alargado formado pela broca 16. O alojamento de motor pode incluir um cursor ou almofada de desgaste. Um motor de furo de poço, que utiliza um rotor com lóbulos, é usualmente referido como um motor de deslocamento positivo (PDM).

[00024] O motor de furo de poço 14 como mostrado na figura 1, tem um dobramento 24 entre o eixo superior 27 do alojamento de motor e o eixo inferior 28 do alojamento de motor, de modo que o eixo para a broca 16 é deslocado a um ângulo de dobramento selecionado do eixo da extremidade inferior da coluna de revestimento. A seção de mancai inferior 26 inclui uma montagem de acondicionamento de mancai que compreende convencionalmente ambos os mancais de impulso e radial.

[00025] A broca 16, que em muitas aplicações será um alargador, tem uma face terminal que é limitada por e define um diâmetro de corte de broca. Quando a broca é um alargador, o alargador terá uma face que define o diâmetro de corte de alargador. Em cada caso, as faces dos cortadores podem se encontrar dentro de um plano substancialmente perpendicular ao eixo central da broca, como mostrado na figura 2, ou os cortadores poderíam ser inclinados, como mostrado na figura 3. O diâmetro de corte de broca, em cada caso, é o diâmetro do furo sendo perfurado, e assim a localização final do cortador radialmente mais externo define o diâmetro de corte de broca. A seção de calibração 34 está abaixo do alargador 16, e é rotativamente presa a e/ou pode ser integral com a broca 16 e/ou a broca piloto 18. O comprimento axial da seção de calibração ("comprimento de calibre") é pelo menos 60% do diâmetro de broca piloto, de preferência é pelo menos 75% do diâmetro de broca piloto, e em muitas aplicações pode ser de 90% para um e meia vezes o diâmetro de broca piloto. Em uma modalidade preferida, o fundo da seção de calibração pode estar substancialmente na mesma posição axial que a face de broca piloto, mas poderia ser espaçada ligeiramente para cima a partir da face de broca piloto. O topo da seção de calibração de preferência está somente ligeiramente abaixo da face de corte da broca ou alargador 16, embora seja preferido que o espaço axial entre o fundo da seção de calibração e a face de broca piloto seja menor que o espaçamento axial entre o topo da seção de calibração e a face da broca ou alargador 16. O diâmetro da seção de calibração pode estar ligeiramente sub-calibre com respeito ao diâmetro de broca piloto.

[00026] O comprimento axial da seção de calibração é medido a partir do topo da seção de calibração para a estrutura de corte dianteira da broca piloto no ponto mais baixo do diâmetro completo da broca piloto, por exemplo, do topo da seção de calibração para a face de corte de broca piloto. De preferência, não menos que 50% deste comprimento de calibre forma uma superfície de mancai cilíndrico de diâmetro substancialmente uniforme quando gira com a broca. Um ou mais espaços curtos ou partes de sub-calibre podem assim ser fornecidos entre o topo da seção de calibração e o fundo da seção de calibração. O espaçamento axial entre o topo da seção de calibração e a face de broca piloto será o comprimento de calibre total, e esta parte que tem uma superfície de mancai cilíndrica rotativa de diâmetro substancialmente uniforme de preferência não é menor que cerca de 50% do comprimento de calibre total. Aqueles versados na técnica apreciarão que a superfície externa da seção de calibração não precisa ser cilíndrica, e em vez disto a seção de calibração e comumente fornecida com sulcos se estendendo ao longo de seu comprimento, que são tipicamente fornecidos em um padrão espiral. Nesta modalidade, a seção de calibração assim tem uma superfície de diâmetro substancialmente uniforme definida pelos cortadores nos sulcos que formam a superfície cilíndrica na mesma enquanto gira. A seção de calibração pode assim ter os degraus ou sulcos, mas a seção de calibração, contudo define uma superfície cilíndrica rotativa. A broca piloto 16 pode alternativamente usar cones de rolo em vez de cortadores fixos.

[00027] A figura 2 mostra em mais detalhes uma broca adequada 16, tal como um alargador, que tem um diâmetro de corte 32. Rotativamente fixada na broca 16 está uma seção de calibração 34 que tem uma superfície uniforme na mesma fornecendo uma superfície de mancai cilíndrico de diâmetro uniforme ao longo de um comprimento axial de pelo menos 60% do diâmetro de broca piloto, de modo que a seção de calibração e a broca piloto 18 juntas formam uma broca piloto de calibre longo. Como notado acima, a seção de calibração de preferência é integral com a broca piloto, mas a seção de calibração pode ser formada separada da broca piloto então presa rotativamente na broca piloto. O alargador 16 seria normalmente formado separado e então rotativamente preso na seção de calibração 34, embora se pudesse formar o corpo de alargador e a seção de calibração como um corpo integral. Quando o alargador é bicentrado em 16, como mostrado na figura 3, o corpo de broca bicentrado de preferência é integral com o corpo da seção de calibração 34. A seção de calibração de preferência tem um comprimento axial de pelo menos 75% do diâmetro de broca piloto. A broca ou alargador 16 pode ser estruturalmente integral com a seção de calibração 34, ou a seção de calibração pode ser formada separada e então presa rotativamente no alargador. A broca ou alargador 16 inclui cortadores que se movem radialmente para fora para uma posição tipicamente menor que, ou possivelmente maior que, 120% do diâmetro de revestimento. Em muitas aplicações, a posição radialmente para fora dos cortadores no alargador será cerca de 115% ou menos que o diâmetro de revestimento. Os cortadores no alargador 16 podem ser hidraulicamente acionados para mover radialmente para fora em resposta a um aumento em pressão de fluido na composição de fundo de poço. Altemativamente, uma de intervenção de linha de fios elétricos pode ser abaixada no poço para mover os cortadores radialmente para fora e/ou radialmente para dentro. Em ainda outras modalidades, os cortadores podem se mover radialmente em resposta a um mecanismo de fenda em J, ou o peso na broca. A figura 3 ilustra uma broca bicentrada 16 substituindo o alargador.

[00028] A figura 4 representa uma conexão de caixa 40 fornecida no alargador 16 para engate roscado com a conexão de pino 42 na extremidade inferior do motor de furo de poço 14. A interconexão preferida entre o motor e o alargador é assim feita através de uma conexão de pino no motor e a caixa de conexão no alargador.

[00029] De acordo com a BHA do presente certificado de adição, o primeiro ponto de contato entre a BHA e a boca do poço é a face de broca piloto, e o segundo ponto de contato entre a BHA e a boca de poço é ao longo do comprimento axial da seção de calibração 34. O terceiro ponto de contato é a broca ou alargador 16, e o quarto ponto de contato acima do motor de furo de poço, e de preferência será ao longo de uma parte superior da BHA ou ao longo do revestimento propriamente dito. Este quarto ponto de contato é, no entanto, espaçado substancialmente acima do primeiro, segundo e terceiro pontos de contato.

[00030] BHA 10 como mostrado na figura 1 de preferência inclui uma ferramenta MWD (medição durante perfuração) 40 na coluna de revestimento acima do motor 14. Isto é uma posição desejável para a ferramenta MWD, desde que pode ser menor que cerca de 30 metros, e frequentemente menos que cerca de 25 metros, entre a ferramenta MWD e a extremidade da coluna de revestimento 12.

[00031] Para a modalidade da figura 5, a BHA não é usada para operações de perfuração direcional, e consequentemente o motor 14 não tem um dobramento no alojamento do motor. O motor é, no entanto, acionado para girar a broca, ou o revestimento propriamente dito é em geral deslizado no poço, mas também pode ser girado enquanto o motor está acionando a broca. A BHA 50 como mostrado na figura 4 pode assim ser usada para operações de perfuração substancialmente reta com os benefícios discutidos acima.

[00032] Um aspecto significante do presente certificado de adição é que a BHA permite o uso de revestimento com conectores roscados convencionais, tais como conectores API (American Petroleum Institute) comumente usados em operações de revestimento que não envolvem rotação da coluna de revestimento. Convencionalmente, um conector API 62 mostrado na figura 7 pode assim ser usado para interconectar as juntas de revestimento. Esta vantagem é significante, desde que então conectores de alto torque premium especiais não precisem ser fornecidos nas juntas do revestimento ou nos outros componentes tubulares da coluna de revestimento. O uso de componentes convencionais já em estoque diminui significantemente os custos de instalação e manutenção.

[00033] Como mostrado nas figuras 1 a 5, o pacote de MWD 44 é fornecido abaixo de uma extremidade mais inferior do revestimento 12. O motor de furo de poço recuperável 14 pode ser acionado passando fluido através do revestimento, e então dentro do motor de furo de poço. O motor 14 pode ser suportado a partir do revestimento com um mecanismo de engate 51, que absorve a saída de torque do motor 14. O fluido pode ser desviado através do mecanismo de engate, então para o motor e para o alargador e a broca. Aqueles versados na técnica apreciarão que o motor de furo de poço pode ser engatado na coluna de revestimento 12 por vários mecanismos, incluindo a pluralidade de ganchos dispostos circunferencialmente 52 que se encaixam em fendas correspondentes no revestimento 12. Um obturador ou outra montagem de vedação 54 pode ser fornecido para vedar entre a BHA e a coluna de revestimento 12. Depois que o furo é perfurado, os ganchos 52 no mecanismo de engate 51 podem ser hidraulicamente ativados para mover para uma posição de liberação, e o motor 14, os elementos de corte retraídos na broca ou alargador 16, a seção de calibração 34 e a broca piloto 18 podem então ser recuperados para a superfície. Uma ferramenta de recuperação similar àquelas usadas em sistemas multilaterais, pode ser empregada. Alternativamente, os cortadores de alargador podem ser eliminados ou de outro modo separados do corpo do alargador. Uma sapata de revestimento na extremidade inferior da coluna de revestimento pode ter a habilidade de eliminar as lâminas de alargador, de modo que as lâminas de alargador podem ser eliminadas em vez de retraídas, e esta opção pode ser usada em algumas aplicações. Em uma modalidade preferida, a montagem de furo de oco pode ser recuperada pela linha de fios elétricos com o revestimento 12 permanecendo no poço. Altemativamente, uma coluna de trabalho pode ser usada para recuperar o motor.

[00034] Deve ser entendido que uma broca piloto, seção de calibração, e alargador como discutido acima, podem ser presos na extremidade inferior da coluna de revestimento para operação de perfuração de revestimento quando gira a coluna de revestimento, que é convencionalmente girada quando se perfura seções retas do furo de poço. Vantagens significantes são, no entanto, realizadas em muitas operações para perfurar pelo menos uma parte do poço com a broca ou alargador sendo acionado por um motor de furo de poço, algumas vezes com o revestimento não girado para permitir perfurar direcionalmente. Durante a perfuração do comprimento do furo de poço para a profundidade total, TD, o revestimento pode permanecer no furo, e a composição de fundo de poço, incluindo o motor de furo de poço, e a broca retornadas para a superfície para reparo ou substituição de brocas. Quando a profundidade total de um poço é atingida, a montagem de furo de poço pode similarmente ser recuperada para a superfície, embora em algumas aplicações quando se atinge TD, a broca, o alargador, e montagem de broca piloto, ou a montagem de broca e o motor, podem permanecer no poço, e somente a montagem de MWD recuperada para a superfície.

[00035] A BHA no presente certificado de adição reduz substancialmente o torque que deve ser conferido à coluna de revestimento 12 quando se perfura uma seção reta do furo de poço. Quando se gira a coluna de revestimento 12 dentro de um poço, um problema significante refere-se a "agarrar-deslizar", que causa impulsos de torque ao longo da coluna de revestimento quando a rotação é momentaneamente parada e então reiniciada. Forças de agarrar-deslizar indesejável provavelmente serão particularmente altas na parte superior da coluna de perfuração, onde o torque na coluna de revestimento 12 conferida à superfície é maior. Desde que o torque conferido à coluna de revestimento 12 de acordo com o presente certificado de adição é significantemente reduzido, as consequências de agarrar-deslizar da coluna de revestimento 12 são similarmente reduzidas, desse modo ainda reduzindo a exigências para os conectores de revestimento.

[00036] Usando um motor de torque reduzido no contexto deste certificado de adição, existe substancialmente menos torque de motor e assim também menos torque "inverso" ou reativo gerado quando o motor de broca estola e a broca girada pelo motor para subitamente. Os altos picos deste torque inverso variável causam impulsos de torque se propagando para cima do motor para a parte inferior da coluna de revestimento. A parte inferior da coluna de revestimento pode assim brevemente enrolar quando a rotação de broca é parada. O torque inverso é assim também reduzido, permitindo mais conectores de revestimento econômicos.

[00037] O motor de furo de poço é acionado para girar a broca e perfurar uma parte desviada do poço, taxas desejavelmente altas de penetração frequentemente podem ser obtidas girando a broca em menos que 350 RPM. As vibrações reduzidas resultam do uso de um calibre longo acima da face de broca e o comprimento relativamente curto entre o dobramento e a broca, desse modo aumentando a rigidez da seção de mancai inferior. Os benefícios de qualidade de furo de poço aperfeiçoada incluem despesa de limpeza de furo reduzida, qualidade de perfil e operações de perfilagem aperfeiçoada, inserções de revestimento mais fáceis e operações de cimentação mais seguras. A BHA tem baixa vibração, que novamente contribui para a qualidade de furo de poço aperfeiçoada. A perfuração com técnicas de revestimento é comumente usada em uma percentagem muito baixa de poços. Esforços para aperfeiçoar a qualidade do furo de poço com uma BHA são descritos na Patente U.S. 6.269.892 e não solucionariam o problema primário com operações de perfuração de revestimento, que envolve o alto custo da coluna de revestimento devido a conectores especiais, falha de equipamento devido à vibração, e a dificuldade de recuperar o motor de furo de poço e broca através da coluna de revestimento. A Patente de U.S. 6.470.977 descreve uma composição de fundo de poço para escarear um furo de poço. O presente certificado de adição aplica tecnologia direcionada a uma composição de fimdo de poço que fornece aperfeiçoamentos significantes em qualidade de furo de poço, mas os benefícios de qualidade de furo de poço aperfeiçoada serão secundários para a redução significante em custos e segurança aumentada para completar de modo bem-sucedido uma operação de perfuração de revestimento.

[00038] A montagem de furo de poço do presente certificado de adição é capaz de perfurar um furo utilizando menos peso na broca e assim menos torque que em BHAs da técnica anterior, e é capaz de perfurar um furo "mais exato" com menos espiralagem. O revestimento propriamente pode ser com paredes mais finas que o revestimento usado nas operações de perfuração de revestimento da técnica anterior, ou pode ter a mesma espessura de parede mas pode ser formada a partir de materiais menos dispendiosos. O custo de revestimento adequado para operações de perfuração de revestimento convencionais é alto, e forças exigidas para girar a broca para penetrar a formação a uma taxa de perfuração desejada pode ser diminuída de acordo com este certificado de adição, de modo que menos força é transmitida ao longo da coluna de revestimento para a broca. Desde que o furo perfurado é mais exato, existe menos arrasto na coluna de revestimento, e o operador tem mais flexibilidade com respeito ao peso na broca a ser aplicado na superfície através da coluna de revestimento. Desde que existe menos engate com a parede de furo de poço quando desliza o revestimento no furo com o motor de perfuração sendo acionado para formar uma parte desviada da boca de poço, e quando gira a coluna de revestimento da superfície para girar a broca quando da perfuração de uma seção reta do furo de poço, existe substancialmente menos desgaste no revestimento durante a operação de perfuração, que novamente permite um revestimento de parede mais fina e/ou menos dispendioso.

[00039] A vantagem primária do presente certificado de adição é que permite que operações de perfuração de revestimento sejam conduzidas de modo mais econômico, e com um menor risco de falha. O furo mais exato produzido de acordo com a perfuração de revestimento usando o presente certificado de adição, não somente resulta em torque e arrasto menores no poço, mas reduz a probabilidade do revestimento se tornar agarrado no poço. Outra vantagem significante refere-se a segurança aumentada de recuperar a broca através da coluna de revestimento para a superfície. Como previamente notado, o diâmetro de corte da broca ou alargador deve ser maior que o OD do revestimento, mas a broca deve ser recuperada através do ID do revestimento. Vários dispositivos foram projetados para assegurar a fácil recuperação, mas todos os dispositivos são sujeitos a falha, que em grande parte é atribuída para a alta vibração da BHA. Altas vibrações para a BHA podem assim levar a falhas de conexão de revestimento, falhas de broca, e falhas de motor, e assim afeta adversamente a segurança do mecanismo que exige que o diâmetro de corte da broca seja reduzido para encaixar dentro do ID da coluna de revestimento, de modo que o motor e a broca possam ser recuperados para a superfície. A boca de poço relativamente lisa resultante da BHA deste certificado de adição, fornece cimentação e limpeza de furo melhores. A BHA não resulta somente em custos reduzidos para inserir o revestimento no poço, mas também resulta em ROP melhor, dirigibilidade melhor, segurança de alargador aperfeiçoada, e custos de perfuração reduzidos.

[00040] De acordo com a técnica anterior, um PDM acionando um alargador ou broca bicentrada e uma broca piloto convencional, seria minimamente suportado radialmente pelo furo de poço, e assim seria relativamente flexível, desequilibrado, e, portanto, inclinada a criar vibração. Adicionalmente, quando se gira esta montagem desequilibrada, agarre-deslizamento indesejável pode ser alto. Desde que estes eventos de torque seriam maiores que o torque nominal para conexões de junta de revestimento API padrão, e desde que a falha de uma conexão seria um custo significante, a perfuração de revestimento da técnica anterior usou conectores de revestimento de resistência maior especialmente desenhados, dispendiosos. Operações de perfuração de revestimento da técnica anterior exigem que uma alta quantidade de torque seja transmitida para a coluna de revestimento na superfície a fim de superar a fricção estática e a fricção dinâmica exigida para girar a coluna de revestimento no poço quando se perfura uma seção reta do furo de poço. As perdas friccionais podem ser significantemente reduzidas utilizando uma composição de fundo de poço do presente certificado de adição, desde que o furo de poço mais exato resultando da composição de fundo de poço reduz o arrasto entre a coluna de revestimento e a formação.

[00041] Quando o revestimento está sendo deslizado (não-rotativo a partir da superfície) e o motor está girando para a broca, existe menos geração de torque exigida pelo motor usando esta BHA, em virtude da broca piloto e a seção de calibração, e a ausência de comportamentos de broca não construtivos. Brocas menos agressivas e motores de torque menor são assim preferidos. Esta combinação também reduz o torque inverso devido ao estol do motor. Desde que uma broca menos agressiva leva menos que um pedaço da rocha, e desde que a broca piloto e a seção de calibração resultam em cada pedaço sendo o pedaço desejado e apropriadamente visado, alto torque instantâneo e a probabilidade de um estol são minimizados. Se o motor estola, o motor de torque baixo assegura que o impulso de torque reativo ou inverso é menor, sendo que o torque reativo não pode ser qualquer um maior que a capacidade de torque do motor.

[00042] Quando se gira o revestimento da superfície para limpar o furo, a remoção da direcionalidade, ou reduzir a possibilidade de agarre diferencial, existe menos torque de acionamento de topo sendo consumido na interação entre o revestimento rotativo e a boca do poço, sobre o comprimento da boca de poço, devido à boca de poço ser mais lisa. A lisura do furo de poço, enquanto impacta primariamente o torque rotativo, também resulta em transferência de peso melhor para a broca, permitindo que o peso reduzido seja aplicado na superfície, e menos peso diretamente na broca, desse modo reduzindo a profundidade de corte e a ação de cravar dos cortadores. O acionamento de topo exige menos torque para girar a coluna de revestimento, e uma proporção muito maior do torque gerado pelo acionamento de topo atinge a broca. O torque que os elementos de coluna mais perto da superfície devem transmitir, que de outro modo podería ser muito alto, é reduzido, e os conectores de revestimento podem ser de capacidade de torque menor.

[00043] A figura 8 representa outra modalidade de uma BHA de acordo com o presente certificado de adição. Em uma aplicação, uma fonte de acionamento para girar a broca não é um motor PDM, mas em vez disto um dispositivo dirigível rotativo (RSD), com o alojamento dirigível rotativo 112 recebendo a haste 114 que é girada pela rotação da coluna de revestimento na superfície. Vários elementos de mancai 120, 374, 372 são axialmente posicionados ao longo da haste 114. Aqueles versados na técnica devem entender que o dispositivo dirigível rotativo mostrado na figura 8 é altamente simplificado. A broca 360 pode incluir vários sensores 366, 368 que podem ser montados em um pacote de inserção 362 fornecido com uma porta de dados 364. A figura 8 mostra a posição de um sistema MWD portátil 140 e uma montagem de colar de perfuração 141.

[00044] Um dispositivo dirigível rotativo (RSD) inclina ou aplica uma força fora do eixo para a broca na direção desejada a fim de dirigir um poço direcional enquanto a coluna de perfuração inteira está girando. Um RSD podería substituir um PDMN na BHA e a coluna de revestimento girada a partir da superfície para girar a broca, como discutido acima. De preferência, um PPM reto pode ser colocado acima de um RSD para acionar o RSD, que fornece a capacidade de direção para a BHA quando conduz uma operação de perfuração com revestimento. Várias vantagens são alcançadas com esta combinação de PDM/RSD para a perfuração com revestimento: (i) velocidade rotativa aumentada da broca comparada com a velocidade rotativa da coluna de revestimento para um ROP maior; (ii) uma fonte de torque e energia estreitamente espaçada para a broca; (iii) menos problemas de estol de motor que PDM sozinho desde que o torque gerado de PDM possa ser suplementado por rotação de revestimento; e (iv) aperfeiçoamentos na limpeza de furo enquanto gira lentamente o revestimento durante a perfuração.

[00045] A figura 8 representa um dispositivo dirigível rotativo (RSD) 110 que tem um dobramento curta para o comprimento de face de broca e uma broca de calibre longo. Enquanto dirige, o controle direcional com o RSD é assim similar ao controle direcional com o PDM. Benefícios significantes durante uma operação de perfuração de revestimento, pode assim ser obtida enquanto dirige com o RSD, e aciona o RSD com um PDM, e de preferência com um PDM suplementado pela rotação de coluna de revestimento na superfície.

[00046] Um RSD permite que o perfurador mantenha a face de ferramenta e ângulo de dobramento desejados, enquanto maximiza a RPM da coluna de perfuração e aumenta ROP. Com esta tecnologia, o furo de poço tem um perfil liso quando o operador muda o curso. As pernas de gancho locais são minimizadas e os efeitos de tortuosidade e outros problemas são significantemente reduzidos. Com este sistema, se otimiza a habilidade de completar o poço enquanto aperfeiçoa o ROP e prolongando a vida da broca.

[00047] A figura 8 representa uma BHA para perfurar um furo de poço desviado em que o RSD 110 substitui o PDM. O RSD na figura 8 inclui uma haste rotativa, oca, contínua 114 dentro de um alojamento substancialmente não-rotativo 112. A deflexão radial da haste rotativa dentro do alojamento por uma unidade de carne de anel excêntrico duplo 374 faz a extremidade inferior da haste 122 pi votar em torno de um sistema de mancai esférico 120. A interseção do eixo central 130 do alojamento 112 com o eixo central 124 da haste abaixo do sistema de mancai esférico 120, define o dobramento 132 para propósitos de perfuração direcional. Enquanto dirigem, o dobramento 132 é mantida em uma face de ferramenta desejada e o ângulo de dobramento pela unidade de carne excêntrico duplo 374. Para perfurar reto, os carnes excêntricos duplos são dispostos de modo que a deflexão da haste é aliviada e o eixo central da haste abaixo do sistema de mancai esférico 120 é colocado em linha com o eixo central 130 do alojamento 112. Os aspectos deste RSD são descritos abaixo em mais detalhe.

[00048] O RSD 110 na figura 8 inclui um alojamento substancialmente não-rotativo 112 e uma haste rotativa 114. A rotação do alojamento é limitada por um dispositivo antirotação 116 montado no alojamento não-rotativo 112. A haste rotativa 114 é fixada na broca rotativa 126 no fundo do RSD 110 e na parte de acionamento 117 localizado perto da extremidade superior do RSD através do dispositivo de montagem 118. Uma montagem de mancai esférico 120 monta a haste rotativa 114 no alojamento não-rotativo 112 perto da extremidade inferior do RSD. A montagem de mancai esférico 120 restringe a haste rotativa 114 ao alojamento não-rotativo 112 nas direções axial e radial enquanto permite que a haste rotativa 114 pivote com relação ao alojamento não-rotativo 112. Outros mancais montam rotativamente a haste no alojamento incluindo mancais na unidade de anel excêntrico 374 e o mancai em cantiléver 372. A partir do mancai em cantiléver 372 e acima, a haste rotativa 114 é mantida substancialmente concêntrica com o alojamento 112 por uma pluralidade de mancais. Aqueles versados na técnica apreciarão que o RSD é mostrado de modo simplista na figura 8, e que o RSD real é muito mais complexo que o representado na figura 8. Também, certos aspectos, tais como ângulo de dobramento e comprimentos curtos, são exagerados para propósitos ilustrativos.

[00049] A rotação da broca quando implementa o RSD pode ser acionada na superfície, ou pode ser acionada por um PDM acima do RSD, ou ambos. Na primeira aplicação, a rotação da coluna de revestimento 144 pela armação de perfuração na superfície causa a rotação da BHA acima do RSD, que por sua vez gira diretamente a haste rotativa 114 e a broca rotativa 126. Na segunda aplicação, um PDM sem um o dobramento fornecida acima do RSD aciona a haste 114, que então gira a broca. A rotação de broca pode ser suplementada girando a coluna de revestimento a partir da superfície enquanto aciona o PDM.

[00050] Enquanto dirige, o controle direcional é obtido defletindo radialmente a haste rotativa 114 na direção desejada e na magnitude desejada dentro do alojamento não-rotativo 112 em um ponto acima da montagem de mancai esférico 120. Em uma modalidade preferida, a deflexão de haste é obtida por uma unidade de carne de anel excêntrico duplo 374, tal como descrito nas Patentes U.S. N°. 5.307.884 e 5.307.885. O anel externo, ou carne, da unidade de anel excêntrico duplo 374 tem um furo excêntrico em que o anel interno da unidade de anel excêntrico duplo é montado. O anel interno tem um furo excêntrico em que a haste 114 é montada. Um mecanismo é fornecido pelo qual a orientação de cada anel excêntrico pode ser controlada de modo independente com relação ao alojamento não-rotativo 112. Este mecanismo é descrito no Pedido U.S. N° de série 09/253.599, depositado em 14 de julho de 1999 intitulado "Steerable Rotary Drilling Device and Directional Drilling Method". Orientando um anel excêntrico relativo ao outro em relação à orientação do alojamento não-rotativo 112, a deflexão da haste rotativa 114 é controlada quando passa através da unidade de anel excêntrico 374. A deflexão da haste 114 pode ser controlada quando passa através da unidade de anel excêntrico 374. A deflexão da haste 114 pode ser controlada em qualquer direção e qualquer magnitude dentro dos limites da unidade de anel excêntrico 374. Esta deflexão de haste acima do sistema de mancai esférico faz a parte inferior da haste rotativa 122 abaixo da montagem de mancai esférico 120 pivotar na direção oposta à deflexão de haste e em proporção com a magnitude da deflexão de haste. Para os propósitos de perfuração direcional, o dobramento 132 ocorre dentro da montagem de mancai esférico 120 na interseção do eixo central 130 do alojamento 112 e o eixo central 124 da parte inferior do eixo girando 122 abaixo a montagem de mancai esférico 120. O ângulo de dobramento é o ângulo entre os dois eixos centrais 130 e 124. O pivotamento da parte inferior da haste rotativa 122 faz a broca se inclinar na maneira pretendida para perfurar um furo de poço desviado. Assim, a face de ferramenta de broca e o ângulo de dobramento controlado pelo RSD são similares à face de ferramenta de broca e o ângulo de dobramento do PDM. Aqueles versados na técnica reconhecerão que o uso de um carne de anel excêntrico duplo é apenas um mecanismo de desviar a broca com relação a um alojamento, para propósitos de perfuração direcional com um RSD.

[00051] Enquanto dirige, o controle direcional com o RSD 110 é similar ao controle direcional com o PDM. O eixo central 124 da parte inferior da haste rotativa 122 é desviado do eixo central 130 do alojamento não-rotativo 112 pelo ângulo de dobramento selecionado. Para propósitos de analogia, a montagem de pacote de mancai no alojamento inferior do PDM é substituída pela montagem de mancai esférico no RSD 110. O centro da montagem de mancai esférico 120 é coincidente com o dobramento 132 definida pela interseção dos dois eixos centrais 124 e 130 dentro do RSD 110. Como um resultado, o alojamento de dobramento e o alojamento de mancai inferior do PDM não são necessários com o RSD 110. A colocação da montagem de mancai esférico o dobramento e a eliminação destes alojamentos resultam em uma redução adicional do dobramento 132 para a distância da face de broca 226 ao longo do eixo central 124 da parte inferior da haste rotativa 122.

[00052] Quando é desejado perfurar reto, os anéis excêntricos interno e externo, da unidade de anel excêntrico 374, são dispostos tal que a deflexão da haste acima da montagem de mancai esférico 120 é aliviada e o eixo central 124 da parte inferior da haste rotativa 122 é coaxial com o eixo central 130 do alojamento não-rotativo 112. A perfuração reta com o RSD é um aperfeiçoamento sobre a perfuração reta com um PDM porque não existe um dobramento no alojamento de RSD, e o alojamento de RSD não precisa ser girado. As tensões de alojamento no PDM estarão ausentes e o furo de poço deve ser mantido mais perto do tamanho de calibre.

[00053] Como com o PDM, o espaçamento axial ao longo do eixo central 124 da parte inferior da haste rotativa 122 entre o dobramento 132 e a face de broca 226 para a aplicação de RSD podería ser tanto quanto vinte vezes o diâmetro de broca para obter os benefícios primários do presente certificado de adição. Em uma modalidade preferida, o espaçamento entre o dobramento e a face de broca é de quatro a oito vezes, e tipicamente aproximadamente cinco vezes, o diâmetro da broca. Esta redução do dobramento para a distância de face de broca significa que o RSD pode ser inserido com menos ângulo de dobramento que o PDM para obter a mesma taxa de construção. O ângulo de dobramento do RSD é de preferência menor que 0,6 grau e é tipicamente cerca de 0,4 grau. O espaçamento axial ao longo do eixo central 130 do alojamento não-rotativo 112 entre a extremidade mais superior do RSD 110 e o dobramento 132 é aproximadamente 25 vezes o diâmetro da broca. Este espaçamento do RSD está bem dentro do espaçamento comparável da extremidade mais superior da seção de potência do PDM para o dobramento de 40 vezes o diâmetro da broca.

[00054] O RSD 110 mostrado na figura 8 utiliza um dobramento curta 132 para o comprimento da face de broca 226 que é menos que o limite de doze vezes o diâmetro da broca. O comprimento de calibre total da broca não é mais longo que o comprimento mínimo exigido de 0,75 vezes o diâmetro da broca, e pelo menos 50% do comprimento de calibre total é o calibre substancialmente completo. O ângulo de dobramento na figura 8 está entre o eixo central 124 da parte inferior da haste rotativa e o eixo central 132 do alojamento não-rotativo 112. O primeiro ponto de contato entre a BHA e a boca do poço para o motor da figura 8 está na face de broca. O segundo ponto de contato entre a BHA e a boca de poço está na extremidade superior da seção de calibração da broca. O terceiro ponto de contato entre a BHA e a boca de poço é mais alto na BHA. O dobramento da boca de poço é definido por estes três pontos de contato entre a BHA e a boca do poço.

[00055] Porque o RSD tem um dobramento curta para o comprimento de face de broca e é similar ao PDM em termos de controle direcional enquanto dirige, os benefícios primários do presente certificado de adição são esperados para aplicar enquanto dirige com o RSD quando insere com uma broca de calibre longo tendo um comprimento de calibre total de pelo menos 75% do diâmetro de broca e de preferência pelo menos 90% do diâmetro de broca e pelo menos 50% do comprimento de calibre total é calibre substancialmente completo. Estes benefícios incluem ROP maior, qualidade de furo aperfeiçoada, WOB e TOB menores, limpeza de furo aperfeiçoada, seções curvadas mais longas, menos colares empregados, taxa de construção previsível, vibração menor, sensores mais próximos da broca, perfis melhores, inserção de revestimento mais fácil, e custo inferior de cimentação.

[00056] Vários benefícios são melhorados pelo dobramento mais curta para o comprimento da face de broca do RSD comparada com o PDM, que então significa que um ângulo de dobramento menor pode ser empregado. Quando combinado com a broca de calibre longo, estes fatores aperfeiçoam a estabilidade que é esperada para aperfeiçoar o furo de poço reduzindo o espiralamento de furo e rotação de broca. A transferência de peso aperfeiçoada para a broca é também esperada. O dobramento mais curto para o comprimento de face de broca do RSD significa que uma taxa de construção aceitável pode ser obtida mesmo com uma conexão de caixa na extremidade mais inferior da haste rotativa 114. Uma conexão de pino pode ser usada nesta localização e algum aperfeiçoamento adicional para a taxa de construção pode ser esperado.

[00057] Um melhoramento adicional é que o RSD pode conter sensores montados no alojamento não-rotativo 112 e um acoplamento de comunicação no MWD. A habilidade em adquirir informação perto de broca e comunicar esta informação ao MDW é aperfeiçoada quando comparada com o PDM. Como com o PDM, os sensores podem ser fornecidos na broca rotativa quando inserida com o RSD.

[00058] O alojamento não-rotativo 112 do RSD pode conter o dispositivo anti-rotação 116 que significa que o alojamento não é liso como com o PDM. O desenho do dispositivo de anti-rotação é tal que engata a formação para limitar a rotação do alojamento sem impedir significantemente a habilidade do alojamento deslizar axialmente ao longo do furo de poço quando o RSD é inserido com uma broca de calibre longo. Portanto, o efeito do dispositivo de anti-rotação em transferência de peso para a broca é negligível.

[00059] Com a exceção do dispositivo de anti-rotação, o alojamento não-rotativo 112 do RSD é de preferência inserido liso. No entanto, podem existir casos onde um estabilizador pode ser utilizado no alojamento não-rotativo perto do dobramento 132. Uma razão para o uso de um estabilizador é que as forças de fricção entre o estabilizador e o furo de poço ajudariam a limitar a rotação do alojamento não-rotativo. O arrasto no RSD será provavelmente aumentado devido a este estabilizador, como com um estabilizador no PDM. No entanto, com o RSD, o efeito deste estabilizador em transferência de peso na broca deve ser mais que desviado pelo aumento em arrasto devido à rotação da coluna de perfuração enquanto dirige.

[00060] A ferramenta de orientação usada para orientar o ângulo de dobramento do PDM não é mais exigida porque o RSD mantém o controle direcional da broca rotativa. Um PDM reto ou motor elétrico pode assim ser colocado na BHA acima do RSD como uma fonte de rotação e torque para a broca.

[00061] De acordo com o presente certificado de adição, os conectores ao longo da coluna de revestimento não precisam ser muito dispendiosos ou robustos como os conectores de revestimento da técnica anterior para operações de perfuração de revestimento. Os conectores de revestimento de acordo com este presente certificado de adição podem assim ser desenhados para suportar menos torque que os conectores de revestimento da técnica anterior, e de preferência têm um torque limite que satisfaz a relação: CCYT <5500 + 192 (OD-4,5)3 Equação 1 [00062] Em que o torque limite de conector de revestimento ou CCYT é expresso em kg-metros, e o dispositivo externo de revestimento ou OD é expresso em centímetros. O torque limite de conexão de revestimento é assim o torque máximo que pode ser aplicado no conector, desde que o excesso de torque deste valor teoricamente pode resultar na limitação do conector e assim falha, tanto mecanicamente (separação possível da coluna de revestimento) quanto hidraulicamente (possível vazamento de fluido além ou através da conexão). Em poços de inclinação vertical ou baixa, a força normal da coluna de revestimento na parede da boca de poço é pequena, de modo que o torque limite seria proporcional ao OD do revestimento. Em poços de alta inclinação, no entanto, a força normal é substancialmente o peso do revestimento, que é uma função da densidade de aço e o quadrado do diâmetro de revestimento. Em poços horizontais, o torque limite seria proporcional ao cubo do OD da coluna de revestimento. O torque limite de conexão pode ser assim determinado para o pior caso, isto é, um poço horizontal, então usado em um poço vertical, um poço ligeiramente inclinado em menos que cerca de 5, e em um poço horizontal ou substancialmente horizontal. Para muitas aplicações de perfuração de revestimento, o CCYT de acordo com o presente certificado de adição pode ser significantemente menor que a técnica anterior, e pode ser definido pela relação: CCYT <5550 + 144 (OD-4,5)3 Equação 2 [00063] que é aproximadamente 60% da capacidade de torque limite de conector de conectores de torque comumente usados em operações de perfuração de revestimento. Em ainda outras aplicações, o torque limite de conector pode ser definido pela relação: CCYT =5500 + 96 (OD-4,5)3 Equação 3 [00064] Em algumas aplicações de poço raso e/ou poço vertical, o arrasto reduzido da coluna de revestimento no furo de poço e o uso de um motor de regime de torque comparativamente baixo pode permitir mesmos regimes de torque inferiores para os conectores, satisfazendo a relação: CCYT =5550 + 48 (OD-4,5)3 Equação 4 [00065] De acordo com o certificado de adição, a BHA é muito menos inclinada para esta impulsão de torque, e o PDM usado pode ter um regime de torque relativamente baixo. Adicionalmente, os conectores de junta de revestimento não exigem alta resistência especial, e em algumas modalidades podem ter resistência comparável a ou podem ser os conectores API padrão (API RP 50, 18th Edition, 1999). A figura 6 representa um conector de revestimento 60 de acordo com o presente certificado de adição que inclui um ressalto afunilado no acoplamento para engate com uma extremidade inferior de uma junta de revestimento superior e uma extremidade superior de uma junta de revestimento inferior, embora os conectores de junta de revestimento 60 como mostrado na figura 6 não precisam ser dispendiosos ou robustos quanto a perfuração da técnica anterior com conectores de revestimento. A figura 7 mostra um conector de revestimento alternativo 61 com um acoplamento conectando juntas superior e inferior, e superfícies de vedação afuniladas na extremidade de cada junta engatando uma superfície correspondente no acoplamento. O conector 61 como mostrado na figura 7 pode assim ser similar a uma conexão API. Isto, e a probabilidade reduzida de falhas de conexão, representa uma economia significante.

[00066] De acordo com o método do certificado de adição, a composição de furo de fundo com o motor de furo de poço como discutido acima é montado para uso em uma operação de perfuração de revestimento. Quando se monta os conectores da coluna de revestimento, o torque de composição nos conectores roscados é controlado para ser menos que o torque limite que satisfaz a Equação 1, e de preferência menos que o torque limite que satisfaz a Equação 2. Em muitas operações, o torque de composição pode ser ainda mais reduzido para ser menos que o torque limite que satisfaz a Equação 3, e em algumas aplicações o torque de composição pode ser suficientemente baixo para satisfazer a Equação 4. As juntas roscadas da coluna de revestimento são assim compostas para um torque de composição selecionado que é menos que o torque limite, e pode ser seletivamente controlado a um nível desejado controlando a saída máxima dos tenazes de energia que suprem o torque de composição. O torque de composição para os conectores de coluna de revestimento de preferência é registrado para assegurar que o torque de composição para cada um dos conectores é menos que o torque limite.

[00067] Ainda outro benefício do presente certificado de adição é que o tamanho da broca (alargador) pode ser reduzido. A Tabela 1 fornece dimensões específicas para uma broca piloto e alargador na posição aberta. O alargamento de furo está em excesso de 40% entre a broca piloto e o alargador aberto. Se o alargamento de furo pode ser reduzido, economia significante resultaria de modo inerente perfurando um furo de poço de diâmetro menor. O diâmetro de furo de escareado de acordo com a técnica anterior está em excesso de cerca de 125%, e mais comumente em torno de 130%, do OD de revestimento. A Tabela 2 representa o mesmo revestimento, com o mesmo tamanho de broca piloto, e fornece o alargador de diâmetro menor que resulta em uma redução significante em alargamento de furo. Como indicado na Tabela 2, o alargamento de furo pode ser menos que 40% e, em muitos casos, menos que cerca de 35%. A relação do diâmetro de furo escareado com o OD de revestimento como mostrado nas Tabelas 1 e 2, que é menos que 122% ou menos, de preferência 120% ou menos, e comumente cerca de 115% ou menos que o OD de revestimento de acordo com este certificado de adição, aponta para as vantagens significantes deste certificado de adição sobre a técnica anterior.

Tabela 1 [00068] Reduzir o alargamento, portanto aumentará a taxa de penetração, e aperfeiçoar a segurança do alargador quando se corta e quando sendo recuperado através do revestimento, e reduzirá significantemente os custos de perfuração.

[00069] Será entendido por aqueles versados na técnica que a modalidade mostrada é exemplar, e que várias modificações podem ser feitas na prática do certificado de adição. Consequentemente, o escopo do certificado de adição deve ser entendido por incluir tais modificações que estão dentro do espírito do certificado de adição, como definido pelas reivindicações seguintes.

REIVINDICAÇÕES

Claims (10)

1. Método para perfurar um furo de poço, utilizando uma composição de fundo de poço (10) incluindo um dispositivo de direção (110) tendo uma haste rotativa (114) dentro de um alojamento não-rotativo (112), a composição de fundo de poço (10) incluindo ainda uma broca (360) tendo uma broca rotativa (126) e uma face de broca (226) definindo um diâmetro de corte de broca maior que um diâmetro externo de uma coluna de revestimento (144) inserida no poço com a composição de fundo de poço (10), caracterizado por compreender: prender a face de broca (226) abaixo da broca (360), a face de broca (226) tendo uma superfície de diâmetro uniforme na mesma enquanto gira ao longo de um eixo central (124) da porção inferior de uma haste rotativa (122) abaixo de um sistema de mancai esférico (120), o diâmetro de corte da broca sendo 122% ou menos do que o diâmetro externo da coluna de revestimento (144); espaçar axialmente ao longo do eixo central (124) um dobramento (132) e a face de broca (226) de 4 a 12 vezes o diâmetro da broca (360); fornecer a haste rotativa (114) fixada à broca rotativa (126) no fundo do dispositivo de direção (110) para direcionar um acionamento (117) localizado perto da extremidade superior do dispositivo de direção (110) através de um dispositivo de montagem (118); girar a haste rotativa (114) e a broca rotativa (126) para perfurar o furo de poço; e, seletivamente definir a direção do furo de poço usando uma unidade de carne de anel excêntrico duplo (374) para causar uma deflexão radial da haste rotativa (114) dentro do alojamento (112), pivotando a extremidade inferior da haste (122) em tomo de um sistema de mancai esférico (120), ou alinhar o eixo central (124) da haste (122) com o eixo central (130) do alojamento (112) para perfurar reto.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda uma seção de calibração longa tendo um comprimento de calibre de pelo menos 75% do diâmetro de broca.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um motor de deslocamento positivo reto (PDM reto) colocado acima do dispositivo de direção (110), onde o dispositivo de direção (110) é um dispositivo dirigível rotativo e é acionado pelo motor de deslocamento positivo reto.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda fornecer conectores de revestimento (60, 61) ao longo da coluna de revestimento (144) conectados por um torque de composição menor do que torque limite de conector de revestimento, o torque limite de conector de revestimento satisfazendo a relação: CCYT < 5500 + 192 (OD - 4,5)3 em que CCYT é o torque limite do conector de revestimento em metro-kg, e OD é o diâmetro externo das juntas de coluna de revestimento em centímetros.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda limitar a rotação do alojamento usando um dispositivo antirotação (116) montado no alojamento não-rotativo (112).

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ângulo de dobramento do dispositivo de direção (110) é menor que 0,6 grau; e, o espaçamento axial ao longo do eixo central (130) do alojamento não-rotativo (112) entre a extremidade mais superior do dispositivo de direção (110) e o dobramento (132) é 25 vezes o diâmetro da broca.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaçamento axial ao longo do eixo central (124) entre a dobramento (132) e a face de broca (226) é de cinco vezes o diâmetro da broca.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comprimento de calibre total da broca (360) é maior do que 0,75 vezes o diâmetro da broca, e pelo menos 50% do comprimento de calibre total é o calibre completo.

9. Sistema para perfurar um furo de poço, utilizando uma composição de fundo de poço (10) incluindo um motor de furo de poço tendo uma seção de potência superior com um eixo central de seção de potência e um eixo central inferior, a composição de fundo de poço (10) incluindo ainda um dispositivo de direção (110) tendo uma haste rotativa (114) dentro de um alojamento não-rotativo (112), a composição de fundo de poço (10) incluindo ainda uma broca (360) tendo uma broca rotativa (126) e uma face de broca (226) definindo um diâmetro de corte de broca maior que um diâmetro externo de uma coluna de revestimento (144) inserida no poço com a composição de fundo de poço (10), caracterizado por compreender: conectores de revestimento (60, 61) ao longo da coluna de revestimento (144), conectados por um torque de composição menor do que torque limite de conector de revestimento, o torque limite de conector de revestimento satisfazendo a relação CCYT < 5500 + 192 (OD - 4,5)3, em que CCYT é o torque limite do conector de revestimento em metro-kg, e OD é o diâmetro externo das juntas de coluna de revestimento em centímetros; e, uma face de broca (226) presa abaixo da broca (360), a face de broca (226) tendo uma superfície de diâmetro uniforme na mesma enquanto gira ao longo de um eixo central (124) da porção inferior de uma haste rotativa (122) abaixo de um sistema de mancai esférico (120), o diâmetro de corte da broca sendo 122% ou menos do que o diâmetro externo da coluna de revestimento (144); onde a broca rotativa (126) é fixada à haste rotativa (114) e no fundo do dispositivo de direção (110); onde o motor de furo de poço é um motor de deslocamento positivo reto (PDM reto) colocado acima do dispositivo de direção (110), e o dispositivo de direção (110) é um dispositivo dirigível rotativo e é acionado pelo motor de deslocamento positivo reto.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender ainda: uma conexão de pino (42) em uma extremidade inferior do motor de furo de poço; e uma conexão de caixa em uma extremidade superior da broca (360) para interconexão correspondente com a conexão de pino (42).