BRPI0616669A2 - métodos e meios passìveis de leitura por computador para determinar parámetros de desenho para prevenção de empenamento de tubulação em furos de poços desviados - Google Patents
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Abstract
MéTODOS E MEIOS PASSìVEIS DE LEITURA POR COMPUTADOR PARA DETERMINAR PARáMETROS DE DESENHO PARA PREVENçãO DE EMPENAMENTO DE TUBULAçãO EM FUROS DE POçOS DESVIADOS. Trata-se de métodos e meios passíveis de leitura por computador para determinar parâmetros de desenho para o revestimento e a tubulação de poços de óleo para prevenção de empenamento em furos de poço desviados. São obtidos dados de parâmetro de poço que incluem o tamanho da tubulação, o peso da tubulação, a profundidade do poço e a geometria do poço, os quais podem ser utilizados para calcular parâmetros para predizer o movimento da tubulação perto de um obturador ou centralizador no furo de poço desviado com base nos dados de parâmetro de poço recebidos, predizer o momento de dobramento total perto do obturador ou centralizador, predizer a tensão de dobramento máximo perto do obturador ou centralizador com base no momento de dobramento total e predizer a força axial mínima necessária para iniciar o empenamento devido ao atrito, e predizer o início do empenamento para a conexão de tubos de diferentes tamanhos. Depois de os parâmetros terem sido calculados, eles podem ser utilizados no desenho do revestimento e da tubulação de poços de óleo para prevenção de empenamento no furo de poço desviado.
Description
"MÉTODOS E MEIOS PASSÍVEIS DE LEITURA PORCOMPUTADOR PARA DETERMINAR PARÂMETROS DE DESENHO PARA PRE-VENÇÃO DE EMPENAMENTO DE TUBULAÇÃO EM FUROS DE POÇOSDESVIADOS"
Este pedido foi depositado a 3 de outubro de 2006,como um pedido de patente internacional PCT no nome da Land-mark Graphics Corporation, uma sociedade anônima nacionalnorte-americana, pedido para a designação de todos os paísescom a exceção dos Estados Unidos, e de Robert F. Mitchell,cidadão norte-americano, requerente para a designação dosEstados Unidos exclusivamente, e reivindica prioridade parao pedido de patente norte-americano provisório No. de Série60/723 513, depositado a 4 de outubro de 2005, e para o pe-dido de patente de utilidade norte-americano No. 11/274 637,depositado a 15 de novembro de 2005. Ambos os pedidos de pa-tente acima mencionados estão cedidos ao mesmo cessionáriodeste pedido e são expressamente aqui incorporados à guisade referência.
Campo Técnico
A presente invenção está relacionada com a análisedo empenamento do revestimento e tubo ou tubulação de poçosde óleo causado por cargas críticas em um furo de poço. Maisespecificamente, a presente invenção está relacionada com adeterminação precisa de parâmetros de carga críticos no de-senho da tubulação de poços de óleo para prevenção de empe-namento em furos de poço desviados.
Antecedentes
Em um poço de óleo, o revestimento é tipicamenteinstalado para suportar diversas pressões que podem estarpresentes em um poço ou furo de poço aberto com a finalidadede estabilizar os tubos ou tubulação utilizada na perfura-ção. Tipicamente, o revestimento é suspenso em poços verti-cais ou fica disposto no lado inferior do furo em poços des-viados. Durante as operações de perfuração, as cargas térmi-cas ou de pressão dentro de um furo de poço podem produzircargas de compressão que, se suficientemente elevadas, farãocom que a configuração inicial do poço se torne instável.Entretanto, uma vez que a tubulação é confinada dentro dorevestimento (ou, alternativamente, dentro de um poço aber-to) , a tubulação pode deformar-se em uma outra configuraçãoestável, que pode ser uma conformação helicoidal ou em espi-ral em um poço vertical, ou em uma configuração lateral emforma de "S" em um poço desviado. Δ alteração nas novas con-figurações causada pela tubulação deformada é conhecida como"empenamento".
No desenho da tubulação e do revestimento, a aná-lise precisa do empenamento é importante por muitas razões.Em primeiro lugar, o empenamento gera tensões de dobramentonão presentes na configuração original. Se as tensões naconfiguração original (isto é, "não empenada") estivessemp.erto de ceder, a tensão adicional poderia produzir falhasna tubulação, inclusive deformação plástica permanente, cha-mada "movimento de saca-rolha". Em segundo lugar, o empena-mento provoca movimento na tubulação do poço de óleo. Ou se-ja, a tubulação empenada (que é espiralada) é mais curta queuma tubulação reta, e esta é uma consideração importante sea tubulação não for fixa. Em terceiro lugar, o empenamentoda tubulação provoca o alivio das cargas axiais de compres-são quando o revestimento que circunda a tubulação é fixo.
Anteriormente, modelos foram desenvolvidos para aanálise do empenamento em poços, mas estes modelos sofrem devários inconvenientes quando aplicados a poços desviados.Uma desvantagem dos modelos anteriores é que a tensão de do-bramento da tubulação devida ao empenamento será superesti-mada para poços desviados. Outra desvantagem dos modelos an-teriores aplicados a poços desviados é que eles predizem ex-cessivamente o movimento da tubulação. Ainda outra desvanta-gem dos modelos anteriores é que a deformação da tubulação ésuperestimada, o que pode levar à subestimação consideráveldas cargas axiais que podem ser suportadas pelo revestimentocircundante. É com relação a estas considerações e outrasque as diversas modalidades da presente invenção foram con-cebidas.
Sumário
As modalidades ilustrativas da presente invençãotratam destes problemas e de outros pela apresentação de ummétodo para determinar parâmetros de desenho para revesti-mento e tubulação de poços de óleo para prevenção de empena-mento em um furo de poço desviado. De acordo com o método,são recebidos dados de parâmetros de poço que podem incluiro tamanho da tubulação, o peso da tubulação, a profundidadedo poço e a geometria do poço. 0 método inclui também calcu-lar um primeiro parâmetro para predizer o movimento da tubu-lação perto de uma condição-limite no furo de poço desviadocom base nos dados de parâmetro recebidos. A condição-limitepode ser um obturador instalado no furo de poço desviado, umcentralizador instalado no furo de poço desviado, ou ambos.
0 método inclui também calcular um segundo parâme-tro para predizer um momento de dobramento total próximo dapelo menos uma condição-limite, calcular um terceiro parâme-tro para predizer a tensão de dobramento máxima próxima dapelo menos uma condição-limite no furo de poço desviado combase no momento de dobramento total e calcular um quarto pa-râmetro para predizer a força axial mínima necessária parainiciar o empenamento devido ao atrito, com base nos dadosde parâmetro de poço recebidos. O método pode incluir tambémcalcular um quinto parâmetro para predizer o início do empe-namento para a conexão de tubos de diferentes tamanhos (istoé, colunas afiladas) com base nos dados de parâmetro de poçorecebidos. Depois de os primeiro, segundo, terceiro, quartoe quinto parâmetros terem sido calculados, eles podem serutilizados no desenho do revestimento e da tubulação do poçode óleo para prevenção de empenamento no furo de poço desvi-ado.
Outras modalidades ilustrativas da invenção podemser também implementadas em um sistema de computador ou comoum produto industrial, tal como um produto de programa decomputador ou meios passíveis de leitura por computador. Oproduto de programa de computador pode ser um meio de arma-zenamento em computador que pode ser lido por um sistema decomputador e que codifica um programa de instruções de com-putador para executar um processo de computador. O produtode programa de computador pode ser também um sinal propagadoem uma portadora que pode ser lido por um sistema de compu-tação e que codifica um programa de instruções de computadorpara executar um processo de computador.
Estes e diversos outros aspectos, assim como van-tagens, que caracterizam a presente invenção, serão eviden-tes com a leitura da descrição detalhada seguinte e o examedos desenhos anexos.
Descrição dos Desenhos
A Figura 1 mostra um ambiente operacional de sis-tema de computador típico para as modalidades ilustrativasda presente invenção.
A Figura 2 mostra as operações lógicas executadaspor uma modalidade ilustrativa para calcular um parâmetropara predizer o movimento de uma tubulação perto de pelo me-nos uma condição-limite em um furo de poço desviado.
A Figura 3 mostra as operações lógicas executadaspor uma modalidade ilustrativa para calcular parâmetros parapredizer momentos de dobramento total e tensões de dobramen-to máximo perto de pelo menos uma condição-limite em um furode poço desviado.
A Figura 4 mostra as operações lógicas executadaspor uma modalidade ilustrativa para calcular parâmetros parapredizer as forças axiais mínimas necessárias para iniciar oempenamento devido ao atrito em um furo de poço desviado.
A Figura 5 mostra as operações lógicas executadaspor uma modalidade ilustrativa para calcular um parâmetropara predizer o início do empenamento para a conexão de tu-bos de diferentes tamanhos em um furo de poço desviado.
Descrição Detalhada
As modalidades ilustrativas da presente invençãoproporcionam a determinação dos parâmetros de desenho pararevestimento e tubulação de poços de óleo para prevenção deempenamento em um furo de poço desviado. Com referência ago-ra aos desenhos, nos quais os mesmos números representam osmesmos elementos, serão descritos diversos aspectos da pre-sente invenção. Em particular, a Figura Iea discussão cor-respondente se destinam a fornecer uma descrição geral, bre-ve, de um ambiente de computação adequado no qual as modali-dades da invenção podem ser implementadas. Embora a invençãoseja descrita no contexto geral de módulos de programa quesão executados em conjunto com módulos de programa que rodamno sistema operacional de um computador pessoal, os versadosna técnica reconhecerão que a invenção pode ser também im-plementada em combinação com outros tipos de sistema de com-putador e módulo de programa.
Geralmente, os módulos de programa incluem roti-nas, programas, componentes, estruturas de dados e outrostipos de estrutura que desempenham tarefas especificas ouimplementam tipos de dados abstratos específicos. Além domais, os versados na técnica entenderão que a invenção podeser praticada com outras configurações de sistema de compu-tador, inclusive dispositivos de mão, sistemas de multipro-cessador, eletrônicos para consumo baseados em microproces-sador ou programáveis, minicomputadores, computadores degrande porte e semelhantes. A invenção pode ser também postaem prática em ambientes de computação distribuídos onde ta-refas são executadas por dispositivos de processamento remo-tos que são conectados através de uma rede de comunicação.Em um ambiente de computação distribuído, os módulos de pro-grama podem ser localizados em dispositivos de armazenamentoem memória tanto locais quanto remotos.
Com referência agora à Figura 1, será descrito umaarquitetura de computador ilustrativa para um computador 2utilizado nas diversas modalidades da invenção. A arquitetu-ra de computador mostrada na Figura 1 mostra um computadorde mesa ou portátil convencional, que inclui uma unidadecentral de processamento 5 ("CPU"), uma memória de sistema7, que inclui uma memória de acesso aleatório 9 ("RAM") euma memória só de leitura ("ROM") 11 e um barramento de sis-tema 12, que acopla a memória à CPU 5. Um sistema de entra-da/saída básico, que contém as rotinas básicas que ajudam atransferir informações entre os elementos dentro do computa-dor, como durante a partida, é armazenado na ROM 11. 0 com-putador 2 inclui também um dispositivo de armazenamento emmassa 14 para armazenar um sistema operacional 16, programasde aplicativo 26 e dados sísmicos 28, que serão descritosmais detalhadamente a seguir.
0 dispositivo de armazenamento em massa 14 é co-nectado ao CPU 5 através de um controlador de armazenamentoem massa (não mostrado) conectado ao barramento 12. 0 dispo-sitivo de armazenamento em massa 14 e seus meios passíveisde leitura por computador afins proporcionam armazenamentonão volátil para o computador 2. Embora a descrição dos mei-os passíveis de leitura por computador aqui apresentados serefira a um dispositivo de armazenamento em massa, como, porexemplo, uma unidade de disco rígido ou de CD-Rom, deve fi-car entendido pelos versados na técnica que os meios passí-veis de leitura por computador podem ser quaisquer meiosdisponíveis que possam ser acessados pelo computador 2.
A título de exemplo, e não de limitação, os meiospassíveis de leitura por computador podem compreender meiosde armazenamento em computador e meios de comunicação. Osmeios de armazenamento em computador incluem meios voláteise não voláteis, removíveis e não removíveis implementados emqualquer método ou tecnologia para armazenamento de informa-ções, tais como instruções passíveis de leitura por computa-dor, estruturas de dados, módulos de programa ou outros da-dos. Os meios de armazenamento em computador incluem, masnão se limitam a, RAM, ROM, EPROM, EEPROM, memória flash ououtra tecnologia de memória de estado sólido, CD-ROM, discosversáteis digitais ("DVD") ou outro armazenamento óptico,cassetes magnéticos, fita magnética, armazenamento em discomagnético ou outros dispositivos de armazenamento magnéticosou qualquer outro meio que possa ser utilizado para armaze-nar as informações desejadas e que possa ser acessado pelocomputador 2.
O computador 2 pode incluir também um controladorde entrada/saída 22 para receber e processar entrada de vá-rios outros dispositivos, que incluem um teclado, um mouseou caneta eletrônica (não mostrados na Figura 1). De maneirasemelhante, um controlador de entrada/saída 22 pode dar saí-da à tela de exibição 24, a uma impressora ou a outro tipode dispositivo de saida.
Conforme mencionado brevemente acima, vários módu-los de programa e arquivos de dados podem ser armazenados nodispositivo de armazenamento em massa 14 e na RAM 9 do com-putador 2, inclusive um sistema operacional 16 adequado paracontrolar o funcionamento de um computador pessoal. 0 compu-tador 2 é também capaz de executar um ou mais programas deaplicativo. Em particular, o computador 2 é operante paraexecutar um programa de aplicativo de desenho de revestimen-to e tubulação 26. De acordo com as diversas modalidades i-lustrativas da invenção, o programa de aplicativo de desenhode revestimento e tubulação 26 (daqui por diante referidocomo "programa de aplicativo 26") compreende módulos de pro-grama para efetuar diversos cálculos de "empenamento" utili-zados no desenho de revestimento e tubulação de poços de pe-tróleo. Os arquivos de dados armazenados no dispositivo dearmazenamento em massa 14 podem incluir dados de parâmetrode poço 28. Os dados de parâmetro de poço 28 podem incluir,mas não se limitam a, o tamanho da tubulação do poço (as di-mensões interna e externa da tubulação do poço, por exem-plo), o peso da tubulação, a profundidade do poço, a geome-tria do poço (se o poço é vertical, horizontal ou desviado,por exemplo), a folga radial (isto é, a tubulação de distân-cia máxima pode mover-se do centro do furo de poço ou reves-timento até tocar a parede do furo de poço ou revestimentoque o confina), o momento de inércia para a tubulação, atemperatura da tubulação em um furo de poço, a pressão atualno furo de poço e se o furo de poço contém um obturador oucentralizador. Conforme é conhecido dos versados na técnica,obturadores são dispositivos para manter a tubulação em umfuro de poço quando a tubulação é assentada da superfície.
Os obturadores apresentam uma vedação de pressão para o furode poço e impedem que os fluidos se misturem no fundo do po-ço. Centralizadores são dispositivos mecânicos (isto é, lu-vas) que são utilizados para posicionar o revestimento con-centricamente em um furo de poço e impedem que o revestimen- to fique disposto excentricamente de encontro à parede dofuro de poço.
Conforme será descrito mais detalhadamente a se-guir, os dados de parâmetro de poço são utilizados pelo pro-grama de aplicativo 26 de modo a se efetuarem cálculos deempenamento para desenhar revestimento e tubulação de poçosde óleo. De acordo com uma modalidade da invenção, o progra-ma de aplicativo 26 pode compreender o programa de aplicati-vo WELLCAT comercializado pela LANDMARK GRAPHICSCORPORATION, de Houston, Texas. Deve ficar entendido, contu- do, que os diversos aspectos da invenção aqui descrita podemser utilizados com outros programas de aplicativo de outrosfabricantes. Detalhes adicionais referentes aos diversoscálculos efetuados pelo programa de aplicativo 26 serão a-presentados a seguir com relação às Figuras 2-5.
Com referência agora às Figuras 2-5, serão descri-tas operações lógicas ou rotinas que ilustram um processopara determinar parâmetros de desenho para revestimento etubulação de poços de óleo para prevenção de empenamento emum furo de poço desviado. Mediante a leitura da discussãodas rotinas ilustrativas aqui apresentadas, deve ficar en-tendido que as operações lógicas de diversas modalidades dapresente invenção são implementadas (1) como uma seqüênciade atos implementados por computador ou módulos de programaque rodam em um sistema de computação e/ou (2) como circui-tos lógicos mecânicos interconectados ou módulos de circuitodentro do sistema de computação. A implementação é uma ques-tão de escolha que depende dos requisitos de desempenho dosistema de computação que implementa a invenção. Por conse-guinte, as operações lógicas mostradas nas Figuras 2-5, eque constituem as modalidades ilustrativas da presente in-venção aqui descrita, são referidas diversamente como opera-ções, dispositivos estruturais, atos ou módulos. Os versadosna técnica reconhecerão que estas operações, dispositivosestruturais, atos e módulos podem ser implementados em soft-ware, em firmware, em lógica digital para fins especiais equalquer combinação deles sem que se abandonem o espirito eo alcance da presente invenção mencionados nas reivindica-ções anexas.
Na discussão seguinte das Figuras 2-5, serão des-critas várias fórmulas utilizadas pelo programa de aplicati-vo 26 para calcular parâmetros para predizer diversas condi-ções de empenamento. Para isso, é utilizada a seguinte no-menclatura:
E = módulo de Young, psiF = força de empenamento axialP = força de empenamento, IbfG = módulo de cisalhamento de tubop=o passo de uma hélice, L, pésI = momento de inércia da tubulação, L4, pol4J = momento polar de inércia da tubulação, L4, pol4EI = a rigidez de dobramento da tubulação
M = momento de dobramento total, pés-lbfMi = momento de dobramento na direção i, pés-lbfrc = folga radial da tubulação-revestimento, L,pol
rp = raio da tubulação-revestimento, L, pol
d0 = diâmetro externo da tubulação, L, pols = profundidade medida, L, pés
wc = carga de contato entre um furo de poço e atubulação
wbp = o peso flutuante da tubulação
nz = o componente vertical da trajetória normalaté o furo de poço
bz = o componente vertical para a trajetória bi-normal até o furo depoço
κ = curvatura do furo de poçoT = termo na equação de força de contato, sem di-mensão
ui, U2 = deslocamentos da tubulação, L, inwn = a carga de contato entre a tubulação e o re-
vestimento, lbf/pé
α = coeficiente nas soluções, L"1, pé"1β = coeficiente nas soluções, L-1, pé-1δ, μ = parâmetros em equações feixe-coluna (μ étambém o
coeficiente dinâmico de atrito no critério de em-penamento com
equações de atrito)
Aso, Asi - comprimentos das soluções feixe-coluna,L, pés
ε, So» 8i _ inclinações nas soluções feixe-coluna,sem dimensão
θ = ângulo entre a localização central dos tubos euma coordenada χ
θχ = ângulo na solução feixe-coluna, radianosξ = comprimento sem dimensão =aso subscrito o indica as condições iniciais
Com referência agora à Figura 2, será descrita umarotina ilustrativa 200 executada por um dispositivo de pro-cessamento, tal como a CPU 5 do computador da Figura 1, paracalcular um parâmetro para predizer o movimento da tubulaçãonas proximidades de pelo menos uma condição-limite em um fu-ro de poço desviado, de acordo com uma modalidade da inven-ção. Conforme definida aqui e nas reivindicações anexas, uma"condição-limite" pode compreender ou um obturador ou umcentralizador instalado em um furo de poço desviado. A roti- na 200 começa na operação 210, onde o programa de aplicativo26 recebe os dados de parâmetro 28 recuperando-os do dispo-sitivo de armazenamento em massa 14. Conforme discutido aci-ma com relação à Figura 1, os dados de parâmetro de poço 28podem incluir várias medições, que incluem o tamanho da tu-bulação do poço (as dimensões interna e externa da tubulaçãodo poço, por exemplo), o peso da tubulação, a profundidadedo poço, a geometria do poço (se o poço é vertical, horizon-tal ou senão desviado, por exemplo), a folga radial (isto é,a tubulação de distância máxima pode mover-se do centro dofuro ou revestimento de poço até tocar a parede do furo ourevestimento confinado por ela), o momento de inércia para atubulação, a temperatura da tubulação em um furo de poço, apressão atual no furo de poço, e se o furo de poço contém umobturador ou centralizador. Deve ficar entendido que os da-dos de parâmetro de poço 28 podem ser manualmente introduzi-dos diretamente no programa de aplicativo 26 pelo usuário.
A rotina 200 continua em seguida da operação 210até a operação 220, onde o programa de aplicativo 26 calculaum parâmetro para predizer o movimento (isto é, deslocamen-to) da tubulação nas proximidades de um obturador no furo depoço desviado quando a tubulação começa a empenar. Em parti-cular, o programa de aplicativo 26 calcula uma solução "fei-xe-coluna". Conforme é sabido pelos versados na técnica, umfeixe-coluna é um elemento estrutural que é submetido a car-gas axiais e transversais (isto é, compressão e dobramento).Para a condição-limite do obturador, o programa de aplicati-vo 26 realiza uma análise para calcular uma solução feixe-coluna para equações de empenamento, a qual leva a tubulaçãode uma posição centralizada, tangente ao furo de poço, atéum ponto tangente à parede do furo de poço. 0 programa deaplicativo 26, para satisfazer estas condições, utiliza asseguintes equações
<formula>formula see original document page 16</formula>
onde ε é dado por
<formula>formula see original document page 16</formula>
e ξ0 é aproximadamente 3,84333.
0 programa de aplicativo 26 calcula em seguida umasolução dθ/dξ para as equações acima, que é:
<formula>formula see original document page 16</formula>
onde: φ3 ~ 1,01108. Deve ficar entendido que a e-quação de solução acima pode ser integrada de modo a se ob-ter teta:
<formula>formula see original document page 16</formula>
A rotina 200 em seguida passa da operação 220 paraa operação 230, onde o programa de aplicativo 26 calcula umparâmetro para predizer o movimento (isto é, o deslocamento)da tubulação nas proximidades de um centralizador no furo depoço desviado quando a tubulação começa a empenar. Para acondição-limite do centralizador, o programa de aplicativo26 realiza uma análise para calcular uma solução feixe-columa para equações de empenamento, a qual leva a tubulaçãode uma posição centralizada, livre para girar, até um pontotangente à parede do furo de poço. 0 programa de aplicativo26 utiliza, para satisfazer estas condições, as seguintesequações:
<formula>formula see original document page 17</formula>onde ε é dado por:
<formula>formula see original document page 17</formula>
e ξ0 é aproximadamente 2,505309.0 programa de aplicativo 26 calcula uma soluçãodθ/dξ para as equações acima que é:
<formula>formula see original document page 17</formula>
onde φ0 ~ 0,81965. Deve ficar entendido que aequação de solução acima pode ser integrada de modo a se ob-ter teta:
<formula>formula see original document page 18</formula>
Os versados na técnica entenderão que os cálculosde empenamento discutidos acima se aplicam a "perto" dascondições-limite em um furo de poço, ao contrário dos mode-los de empenamento anteriores, que se aplicavam apenas a"longe" das condições-limite.
A rotina 200 passa então da operação 230 para aoperação 240, onde o programa de aplicativo 26 gera uma ta-bela de saida dos resultados dos cálculos efetuados nas ope-rações 220 e 230. Em particular, os resultados podem compre-ender uma tabela de soluções que correspondem a diversos ta-manhos e pesos de tubulação, profundidades de poço e forçasaxiais a diversas profundidades de poço. A rotina 200 termi-na então.
Com referência agora á Figura 3, será descrita umarotina ilustrativa 300 executada por um dispositivo de pro-cessamento, tal como a CPU 5 do computador da Figura 1, paracalcular um parâmetro para predizer momentos de dobramentototal e tensões de dobramento máximo perto de uma condição-limite em um furo de poço desviado, de acordo com uma moda-lidade da invenção. A rotina 300 começa na operação 310, on-de o programa de aplicativo 26 recebe os dados de parâmetrode poço 28.
A rotina 300 continua então da operação 310 na o-peração 320, onde o programa de aplicativo 26 calcula um pa-râmetro para predizer o momento de dobramento total da tubu-lação perto de um obturador e/ou centralizador para soluçãofeixe-coluna com a utilização das seguintes equações:
As tensões de dobramento na tubulação são dadaspor:
<formula>formula see original document page 19</formula>
O momento de dobramento total é, portanto, calcu-lado como:
<formula>formula see original document page 19</formula>
Deve ficar entendido que, nas equações acima, r éfolga radial da tubulação no obturador ou centralizador e Uie u2 são medidas do deslocamento lateral da tubulação no fu-ro de poço desviado.
A rotina 300 em seguida passa da operação 320 paraa operação 330, onde o programa de aplicativo 26 calcula umparâmetro para predizer o momento de dobramento total da tu-bulação perto de um obturador e/ou centralizador para umasolução de contato total (isto é, a tubulação em contato coma parede do furo de poço) com a utilização das seguintes e-quações:
<formula>formula see original document page 19</formula>A rotina 300 continua então, da operação 330, naoperação 340, onde o programa de aplicativo 26 calcula umparâmetro para predizer a tensão de dobramento máximo para atubulação perto de um obturador e/ou centralizador com a u-tilização da equação seguinte:
<formula>formula see original document page 20</formula>
Os versados na técnica entenderão que, ao contrá-rio dos modelos de empenamento anteriores, o momento de do-bramento feixe-coluna pode ultrapassar o momento de dobra-mento de contato total tanto no obturador quanto no centra-lizador.
A rotina 300 continua em seguida da operação 340até a operação 350, onde o programa de aplicativo 26 gerauma tabela de saida dos resultados dos cálculos efetuadosnas operações de 320 a 340. Em particular, os resultados po-dem compreender uma tabela de soluções que correspondem adiversos tamanhos e pesos de tubulação, profundidades de po-ço e forças axiais a diversas profundidades de poço. A roti-na 300 termina então.
Com referência agora à Figura 4, será descrita umarotina ilustrativa 400 executada por um dispositivo de pro-cessamento, tal como a CPU 5 do computador da Figura 1, paramostrar as operações lógicas executadas por uma modalidadeilustrativa para cálculo dos parâmetros para predizer asforças axiais mínimas necessárias para iniciar o empenamentodevido ao atrito em um furo de poço desviado. A rotina 400começa na operação 410, onde o programa de aplicativo 26 re-cebe os dados de parâmetro de poço 28.
A rotina 400 continua em seguida, da operação 410,na operação 420, onde o programa de aplicativo 26 calcula umparâmetro para predizer a força axial mínima para iniciar oempenamento quando a tubulação está rolando em um poço des-viado. Em particular, a tubulação cilíndrica disposta nofundo de um poço desviado pode estar sujeito ao atrito ro-lante. 0 atrito produz gradualmente uma força lateral e ummomento que é proporcional ao deslocamento lateral da tubu-lação. De modo a dar conta do atrito rolante, o programa deaplicativo 26 calcula um parâmetro de empenamento crítico Fque representa a força axial mínima necessária para permitiro empenamento, utilizando a equação:.
<formula>formula see original document page 21</formula>
onde Wc é dado pela equação:
<formula>formula see original document page 21</formula>
Deve ficar entendido que nos casos em que a tubu-lação fica disposta em um plano plano, como o leito marinho,a equação das forças axiais mínimas se reduz a:A rotina 400, da operação 420, continua então naoperação 430, onde o programa de aplicativo 26 calcula umparâmetro para predizer a força axial mínima para iniciar oempenamento quando a tubulação está girando em um poço des-viado. Em particular, quando a tubulação está girando, aforça de atrito é constante na direção lateral com relação àtubulação. De modo a dar a razão do atrito causado pela ro-tação, o programa de aplicativo calcula a força axial mínimautilizando a equação:
<formula>formula see original document page 22</formula>
onde a carga de contato wc é dada pela equação:
<formula>formula see original document page 22</formula>
A rotina 400, da operação 430, continua então naoperação 440, onde o programa de aplicativo 26 gera uma ta-bela de saída dos resultados dos cálculos efetuados nas ope-rações 420 e 430. Em particular, os resultados podem compre-ender uma tabela de soluções que correspondem a diversos ta-manhos e pesos de tubulação. A rotina termina então.
Com referência agora à Figura 5, será descrita umarotina ilustrativa 500 executada por um dispositivo de pro-cessamento, tal como a CPU 5 do computador da Figura 1 paramostrar as operações lógicas executadas por uma modalidadeilustrativas para o cálculo de um parâmetro para predizer oinicio do empenamento para a conexão de tubos de diferentes(isto é, colunas afiladas) em um furo de poço desviado. Arotina 500 começa na operação 410, onde o programa de apli-cação 26 recebe os dados de parâmetro de poço 28.
A rotina 500, da operação 510, continua então naoperação 520, onde o programa de aplicativo 26 calcula umparâmetro para predizer o inicio do empenamento para colunasafiladas utilizando as seguintes equações:
<formula>formula see original document page 23</formula>
onde o subscrito b se refere às propriedades dofeixe-coluna. O termo "±" significa que a solução feixe-coluna pode mover-se ou até θ = 0 ( + solução) ou até θ = π(- solução). Isto significa que a solução feixe-coluna podecriar uma hélice ou direita ou esquerda, dependendo de qualmaneira pela qual a solução se move. Presumindo-se que a 1-solução satisfaz as equações acima, o programa de aplicativo26 também utiliza as seguintes equações:
<formula>formula see original document page 23</formula>Finalmente, o programa de aplicativo calcula umasolução para a equação diferencial seguinte para tubulaçãoem contato com a parede do fundo de poço, desde que ri sejamenor do que rj:
<formula>formula see original document page 24</formula>
onde sd(*,k) é uma função eliptica de Jacobi comparâmetro k.
Os versados na técnica entenderão que os cálculosde empenamento acima dão a razão da tubulação com diferentesfolgas radiais e rigidez de dobramento, ao contrário dos mo-delos de empenamento anteriores, que se aplicavam apenas aseções de tubulação do mesmo tamanho (isto é, eles não seaplicavam a colunas afiladas).
A rotina 500, da operação 520, continua na opera-ção 530, onde o programa de aplicativo 26 gera uma tabela desaida dos resultados dos cálculos efetuados na operação 520.
Em particular, os resultados podem compreender uma tabela desoluções que correspondem a diversos tamanhos e pesos de tu-bulação, profundidades de poço e forças axiais a diversasprofundidades de poço. A rotina 500 se encerra então.
Com base no exposto acima, deve ficar entendidoque as diversas modalidades da invenção incluem métodos emeios passíveis de leitura por computador para determinarparâmetros de desenho para revestimento e tubulação de poçosde óleo para prevenção de empenamento em furos de poço des-viados. Embora a presente invenção tenha sido descrita emconexão com diversas modalidades ilustrativas, os versadosna técnica entenderão que podem ser feitas muitas modifica-ções nela dentro do alcance das reivindicações que se se-guem. Por conseguinte, não se pretende que o alcance da in-venção seja limitado de maneira nenhuma pela descrição aci- ma, mas em vez disso seja determinado inteiramente pela re-ferência às reivindicações seguintes.
Claims (9)
1. Método para determinar parâmetros de desenhopara revestimento e tubulação de poços de petróleo para pre-venção de empenamento em um furo de poço desviado,CARACATERIZADO pelo fato de que compreende:receber dados de parâmetro de poço que compreendempelo menos um de tamanho da tubulação, peso da tubulação,profundidade do poço e geometria do poço;calcular um primeiro parâmetro para predizer o mo-vimento da tubulação perto de pelo menos uma condição-limiteno furo de poço desviado com base nos dados de parâmetro depoço recebidos;calcular um segundo parâmetro para predizer um mo-mento de dobramento total perto da pelo menos uma condição-limite com base nos dados de parâmetro de poço recebidos;calcular um terceiro parâmetro para predizer umatensão de dobramento máximo perto da pelo menos uma condi-ção-limite no furo de poço desviado com base no momento dedobramento total; ecalcular um quarto parâmetro para predizer a forçaaxial mínima necessária para iniciar o empenamento com basenos dados de parâmetro de poço recebidos, onde os primeiro,segundo, terceiro e quarto parâmetros são utilizados no de-senho do revestimento e da tubulação de poços de óleo paraprevenção de empenamento no furo de poço desviado.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1,GARACATERIZADO pelo fato de que compreende também:calcular um quinto parâmetro para predizer o iní-cio do empenamento para a conexão de uma tubulação de dife-rentes tamanhos com base nos dados de parâmetro de poço re-cebidos, onde o quinto parâmetro é utilizado no desenho dorevestimento e da tubulação de poços de óleo para prevençãode empenamento no furo de poço desviado.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que calcular um primeiro parâme-tro para predizer o movimento da tubulação perto da pelo me-nos uma condição-limite no furo de poço desviado com basenos dados de parâmetro de poço recebidos compreende calcularum parâmetro para predizer o movimento da tubulação perto deum obturador no furo de poço desviado com a utilização dafórmula:<formula>formula see original document page 27</formula>onde #(ξ) é um parâmetro de empenamento para umasolução feixe-coluna para a tubulação localizada perto doobturador no furo de poço desviado;é a alteração no comprimento sem di-mensões associado à tubulação, onde ξ é dado pela relação:onde s é a profundidade medida da tubulação;P é a força de empenamento axial da tubu-lação; eEI é a rigidez de dobramento da tubulação;eφ3 é uma constante numérica.<formula>formula see original document page 28</formula>
4. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que calcular um primeiro parâme-tro para predizer o movimento da tubulação perto de pelo me-nos uma condição-limite no furo de poço desviado com basenos dados de parâmetro de poço recebidos compreende calcularum parâmetro para predizer o movimento da tubulação perto deum centralizador no furo de poço desviado com a utilizaçãoda fórmula:<formula>formula see original document page 28</formula>onde #(ξ) é um parâmetro de empenamento para umasolução feixe-coluna para a tubulação localizada perto docentralizador no furo de poço desviado;Δξ é a alteração no comprimento sem di-mensões associado à tubulação, onde ξ é dado pela relação:onde s é a profundidade medida da tubulação;P é a força de empenamento axial da tubu-lação; eEI é a rigidez de dobramento da tubulação; eφ3 é uma constante numérica.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1CARACTERIZADO pelo fato de que calcular um segundo parâmetropara predizer um momento de dobramento total perto de pelomenos uma condição-limite no furo de poço desviado com basenos dados de parâmetro de poço recebidos compreende calcularum parâmetro para predizer um momento de dobramento total datubulação perto de pelo menos um de um obturador e um cen-tralizador no furo de poço desviado com a utilização da fórmula:<formula>formula see original document page 29</formula>onde M é o momento de dobramento total em uma so-lução feixe-coluna para o obturador ou centralizador no furode poço desviado;F é a rigidez de dobramento da tubulação;r é a folga radial da tubulação no obtu-rador ou centralizador; eU1 e u2 são medidas do deslocamento lateral da tu-bulação no furo de poço desviado.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1CARACTERIZADO pelo fato de que calcular um segundo parâmetropara predizer um momento de dobramento total perto de pelomenos uma condição-limite no furo de poço desviado com basenos dados de parâmetro de poço recebidos compreende calcularum parâmetro para predizer um momento de dobramento totalperto de pelo menos um de um obturador e um centralizador nofuro de poço desviado com a utilização da fórmula:<formula>formula see original document page 30</formula>onde M é o momento de dobramento total em uma so-lução de contato total para o obturador ou centralizador nofuro de poço desviado;F é a força de empenamento axial da tubu-lação;r é a folga radial da tubulação no obtura-dor ou centralizador; eé o ângulo entre a localização centralda tubulação e uma coordenada χ sobre um eixo de coordenadasda localização central da tubulação até um ponto tangente àparede do furo de poço desviado, onde χ = dθ/dξ.
7. Método, de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADO pelo fato de que calcular um terceiro parâme-tro para predizer uma tensão de dobramento máximo perto dapelo menos uma condição-limite com base no momento de dobra-mento total compreende calcular um parâmetro para predizer atensão de dobramento máximo perto do pelo menos um de um ob-turador e um centralizador no furo de poço desviado com autilização da fórmula:<formula>formula see original document page 31</formula>onde ab é a tensão de dobramento máximo; ed0 é o diâmetro externo da tubulação.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que calcular um quarto parâmetropara predizer a força axial mínima necessária para iniciarempenamento quando a tubulação é limitada por forças de a-trito com base nos dados de parâmetro de poço recebidos com-preende utilizar a fórmula:<formula>formula see original document page 31</formula>onde F é a força axial mínima necessária para ini-ciar empenamento na tubulação quando a tubulação está rolan-do no furo de poço desviado;G é o módulo de cisalhamento da tubula-ção;J é o momento polar de inércia da tubula-ção;rp é o raio da tubulação;EI é a rigidez de dobramento da tubula-ção;wc é a carga de contato entre o furo depoço desviado e a tubulação; erc é a folga radial da tubulação.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que calcular um quarto parâmetropara predizer a força axial mínima necessária para iniciar oempenamento quando a tubulação é limitada por forças de a-trito com base nos dados de parâmetro de poço recebidos com-preende utilizar a fórmula:<formula>formula see original document page 32</formula>onde F é a força axial mínima necessária para ini-ciar o empenamento na tubulação quando a tubulação está gi-rando no furo de poço desviado;EI é a rigidez de dobramento da tubulação;rp é o raio da tubulação;rc é a folga radial da tubulação; ewc é a carga de contato entre o furo de poço des-viado e a tubulação, onde wc é dado pela relação:onde wbp é o peso flutuante da tubulação;nz é o componente vertical do normal paraa trajetória do furo de poço desviado;
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