BRPI0908088B1 - Método de detectar um desmoronamento de fundo de poço - Google Patents
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Abstract
SISTEMA E MÉTODO DE DETECÇÃO DE DESMORONAMENTO DE FUNDO DE POÇO. A presente invenção refere-se a um método para detectar um desmoronamento de fundo de poço. O método inclui posicionar uma pluralidade de sensores ao longo de uma coluna de perfuração de fundo de poço, acoplar comunicativamente e pluralidade de sensores a um processador, e analisa os dados detectados pela pluralidade de sensores com o processador quanto a relações indicativas de um desmoronamento.
Description
Na indústria de recuperação de hidrocarbonetos qualquer perda de eficiência pode ser dispendiosa para um operador de poço. Por exemplo, um desmoronamento de uma coluna de perfuração ou uma formação enquanto perfurando pode permitir que a lama bombeada possa fluir a taxas outras que as taxas de fluxo nas quais um operador acredita que esta está fluindo. Além disso, um desmoronamento pode fazer com que a lama flua para outras localizações do que onde o operador deseja que esta flua. Tais condições podem causar problemas durante a perfuração devido a uma falta de lama fluindo através da broca, por exemplo. Métodos e sistemas para detectar os desmoronamentos logo que estes ocorrem são, portanto valiosos para os operadores de poços.
Aqui descrito está um método para detectar um desmoronamento de fundo de poço. O método inclui posicionar uma pluralidade de sensores ao longo de uma coluna de perfuração de fundo de poço, acoplar comunicativamente a pluralidade de sensores a um processador, e analisar os dados detectados pela pluralidade de sensores com o processador quanto a relações indicativas de um desmoronamento.
Ainda aqui descrito está um sistema de detecção de desmoronamento de coluna de perfuração de fundo de poço. O sistema inclui uma pluralidade de sensores posicionados no fundo de poço ao longo de uma coluna de perfuração para a medição de pelo menos um parâmetro com estes, um meio de comunicação acoplado na pluralidade de sensores, e um processador acoplado no meio de comunicação. O processador configurado para receber os dados de pelo menos a pluralidade de sensores, o processador ainda configurado para determinar as relações de dados detectados indicativos que um desmoronamento ocorreu.
As seguintes descrições não devem ser consideradas limitantes em nenhum modo. Com referência aos desenhos acompanhantes, os elementos iguais são numerados do mesmo modo: figura 1 apresenta um sistema de detecção de desmoronamento aqui descrito aplicado a uma coluna de perfuração dentro de um furo de poço com um desmoronamento de formação; e figura 2 apresenta um sistema de detecção de desmoronamento aqui descrito aplicado a uma coluna de perfuração com um desmoronamento formado na mesma.
Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e método descritos está aqui apresentada por meio de exemplificação e não limitação com referência às figuras.
Referindo à figura 1, uma modalidade de um sistema de detecção de desmoronamento 10 aqui descrito está ilustrada. O sistema de detecção de desmoronamento 10 inclui uma pluralidade de sensores de pressão 14 posicionados ao longo de uma coluna de perfuração 18, um meio de comunicação 22 acoplado na pluralidade de sensores de pressão 14, e um processador 26 que está também acoplado no meio de comunicação 22. O meio de comunicação 22 provê uma comunicação operável entre os sensores de pressão 14 e o processador 26 e pode incluir um tubo com fios 28, por exemplo, o qual permite uma transmissão de dados de alta largura de banda através do mesmo. Como tal, o processador 26 pode estar localizado na superfície, como aqui descrito ou em alguma outra localização ao longo da coluna de perfuração 18, tal como em um conjunto de fundo de poço 30, por exemplo, enquanto monitorando os sensores de pressão 14.
O posicionamento dos sensores de pressão 14 dentro de um espaço anular 34 entre uma superfície externa 38 da coluna de perfuração 18 e uma superfície interna 42 de um furo de poço 46, independentemente se o furo de poço 46 tem um revestimento ou não, permite um monitoramento contínuo de pressão em várias profundidades de furo de poço dentro do espaço anular 34. Tal monitoramento pode ser executado enquanto perfurando e enquanto a lama está sendo bombeada para o fundo de poço por uma bomba de lama 50, mostrada localizada na superfície, nesta modalidade. A lama que flui de volta furo acima através do espaço anular 34, após fluir para fora através de uma broca 32, afetará a pressão detectada pelos sensores de pressão 14. Através da utilização do Princípio de Bernoulli, o qual está baseado na conservação de energia, uma relação entre a pressão dentro do espaço anular 34 e a área do espaço anular 34 pode ser formada. Mudanças em área de fluxo do espaço anular 34 podem, portanto, ser determinadas e monitoradas quanto a aumentos indicativos de um desmoro-namento de formação 54 caracterizado por uma área de fluxo aumentada do espaço anular 34. Outros modelos matemáticos da relação de fluxo - pressão poderiam ser utilizados em caso de fluxo turbulento ou misturado de a- cordo com o número de Reynold local.
Para um poço sem perdas de lama ou influxo de fluido da formação, a taxa de fluxo volumétrico de lama, v-i, da bomba de lama 50 será constante se fluindo para baixo através da coluna de perfuração 18 ou retornando para a superfície através do espaço anular 34, v2.
onde:
A é a área de fluxo de seção transversal, e V é a velocidade de fluxo. Ainda, de acordo com a Equação de Bernoulli:
fluxo laminar constante suficiente longo o bastante, onde: p = densidade da lama, g = aceleração gravitacional da terra, h = profundidade vertical, e P = pressão. Além disso, Po pode ser determinado para V = 0 e h = 0, por exemplo.
Como a área de seção transversal do espaço anular 34 é neces sária para determinar quando um desmoronamento 54 ocorreu, as equações são manipuladas e resolvidas para a área do espaço anular 34 a uma profundidade de h.
onde, h, g e p são determinados e conhecidos, Ah = área de seção transversal na profundidade h, Vref = fluxo de referência constante determinado pela bomba de lama 50, e Ph = pressão na profundidade h.
Assim, a área de seção transversal do espaço anular 34 a uma dada profundidade é uma função da taxa de fluxo e da pressão medida naquela profundidade. Estas fórmulas são mais precisas para as condições idealizadas que são assumidas serem verdadeiras durante as medições; o fluxo de lama é constante, a densidade de lama é constante, o fluxo dentro do espaço anular 34 é laminar e a lama é incompressível. Modelos mais sofisticados podem descrever o comportamento físico ainda melhor como abaixo descrito. Como tal, o sistema de detecção de desmoronamento 10 monitora a pressão nos sensores de pressão 14 e calcula uma área anular correspondente nas profundidades de cada um dos sensores de pressão 14. Em resposta ao sistema de detecção 10 calcular uma área maior do que um valor selecionado, os resultados do sistema de detecção de desmoronamento 10 podem soar um alerta indicando que o desmoronamento 54 ocorreu.
Em modalidades alternativas, modelos numéricos dos parâmetros físicos poderiam ser utilizados para derivar uma relação funcional entre a pressão, Ph, e a localização de fundo de poço da área, Ah, do espaço anular 34.
Referindo à figura 2, outra modalidade de um sistema de detecção de desmoronamento de coluna de perfuração de fundo de poço 110 aqui descrito está ilustrada. Enquanto o sistema de detecção 10 era direcionado na detecção de desmoronamentos nas paredes de um furo de poço ou um revestimento de furo de poço, o sistema de detecção 110 está direcionado a detectar um desmoronamento na parede de uma porção da própria coluna de perfuração 18 tal como uma seção de tubo, por exemplo, caracterizado por um furo através do mesmo através do qual o fluxo pode escapar. O sistema de detecção de desmoronamento 110 inclui uma pluralidade de sensores 114 posicionados ao longo de uma coluna de perfuração 18, um meio de comunicação 22 acoplado na pluralidade de sensores 114, e um processador 26 que está também acoplado no meio de comunicação 22. O meio de comunicação 22 provê uma comunicação operável entre os sensores 114 e o processador 26 e pode incluir um tubo com fios 28, por exemplo, o qual permite uma transmissão de dados de alta largura de banda através do mesmo. Como tal, o processador 26 pode estar localizado na superfície, como aqui descrito ou em alguma outra localização ao longo da coluna de perfuração 18, tal como em um conjunto de fundo de poço 30, por exemplo, enquanto monitorando os sensores 114.
Nesta modalidade, quatro dos sensores 114 estão localizados A, B, C e D. O ponto A está dentro da coluna de perfuração 18 a uma profundidade hA1 a qual pode ser no nível de superfície, o ponto B está fora da coluna de perfuração 18 a uma profundidade hB, a qual pode ser no nível de superfície, o ponto C está dentro da coluna de perfuração 18 a uma profundidade hc, enquanto que o ponto D está fora da coluna de perfuração 18 a uma profundidade hD. Note que, apesar de aqui ilustrado os pontos C e D estão na mesma profundidade, uma modalidade alternativa pode ter os pontos C e D em diferentes profundidades. Os sensores 114 podem ser senso- res de pressão ou sensores de fluxo. Uma modalidade em que os sensores 114 são sensores de pressão será primeiramente discutida.
Em operação normal de um poço o fluxo de lama da bomba de lama 50 desce através do interior da coluna de perfuração 18 através da broca 32 e sobe através do espaço anular 34 e de volta para a superfície. Para um poço sem perdas de lama ou influxo de fluido ou de gás, a taxa de fluxo volumétrico, vin, para dentro do poço é igual à taxa de fluxo volumétrico, Vout, para fora do poço. As áreas de fluxo conhecidas podem ser assumidas conhecidas bem o bastante e localmente constantes de acordo com a Equação de Bernoulli:
A pressão, portanto, com v = constante (longa o suficiente), A = constante, Rho = localmente constante e g = constante para a localização de poço, variará somente com a profundidade h. Como a profundidade é conhecida, a mudança em pressão que resulta da profundidade é conhecida também.
Monitorando as pressões a diferentes profundidades, um desmo-ronamento 118 dentro da coluna de perfuração 18 pode ser detectado. Por exemplo, o desmoronamento 118 na figura 2 permite que a lama flua do interior da coluna de perfuração 18 para o exterior da coluna de perfuração 18 a uma profundidade abaixo dos pontos A e B, mas acima dos pontos C e D. Como tal, a pressão nestes quatro pontos variará das pressões iniciais, Po, como segue:
com PA mantido constante pelas bombas de lama.
O processador 26 pode, portanto, através da observação de uma mudança na pressão detectada por um dos sensores 114, detectar que um desmoronamento 118 ocorreu. O processador 26 pode emitir um alerta em resposta à detecção do desmoronamento 118 de modo que um operador possa iniciar uma resposta. Além disso, uma magnitude do desmoronamento 118 estará relacionada com a mudança em pressão encontrada e, como tal, uma magnitude do desmoronamento 118 pode ser aproximada da mesma. A profundidade na qual o desmoronamento 118 ocorreu pode ser determinada pela localização dos um ou mais sensores 14 para os quais as leituras de pressão mudaram. Tendo mais sensores 14 com um espaçamento mais próximo entre os mesmos aumentará a resolução através da qual o desmoronamento 118 é localizado.
Em uma modalidade alternativa, o sistema de detecção de des-moronamento 110 pode empregar sensores 114 que são sensores de fluxo ao invés de sensores de pressão. Os sensores de fluxo 114 nesta modalidade medem o fluxo de lama volumétrico diretamente, V. Como tal, um redire-cionamento de fluxo, por exemplo, através do desmoronamento 118 em uma parede da coluna de perfuração 18, será detectável pelos sensores de fluxo 114 posicionados abaixo do desmoronamento 118 devido a mudanças em fluxos detectadas por estes. Em contraste, os sensores de fluxo 114 acima do desmoronamento não detectarão uma mudança em fluxo. Assim:
Com tais informações o processador 26, conhecendo as locali-zações dos sensores de fluxo 114 ao longo da coluna de perfuração 18, pode determinar a localização do desmoronamento 118 ao longo da coluna de perfuração 18. Além disso, calculando uma mudança na taxa de fluxo detectada o processador 26 pode determinar a taxa de fluxo através do desmoronamento 118 e assim a severidade do desmoronamento 118.
Apesar da invenção ter sido descrita com referência a uma mo-dalidade ou modalidades exemplares, será compreendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por seus elementos sem afastar do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material específico aos ensinamentos da invenção sem afastar do seu escopo essencial. Portanto, é pretendido que a invenção não esteja limitada à modalidade específica descrita como o melhor modo contemplado para executar esta invenção, mas que a invenção incluirá todas as modali- dades que caiam dentro do escopo das reivindicações
Claims (21)
1. Método para detectar um desmoronamento no fundo do poço, caracterizado por compreender: posicionar uma pluralidade de sensores (14) ao longo de uma coluna de perfuração (18) no fundo do poço; acoplar comunicativamente a pluralidade de sensores (14) a um processador (26); e analisar dados detectados pela pluralidade de sensores (14) com o processador (26) para detectar o desmoronamento no fundo do poço por meio do cálculo de uma área de fluxo usando uma relação entre a pressão e a área de fluxo e os dados detectados, em que os dados incluem uma medição de pressão.
2. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acopla-mento comunicativo inclui a conexão da pluralidade de sensores (14) com tubo com fios.
3. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui ain-da a suposição de que a densidade do fluido detectada com a pluralidade de sensores (14) é constante.
4. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compre-ende adicionalmente assumir que caudais volumétricos de fluido detectados com a pluralidade de sensores (14) são constantes.
5. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compre-ende adicionalmente assumir que o fluido detectado com a pluralidade de sensores (14) é incompressível.
6. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compre-ende adicionalmente assumir que o fluido detectado pela pluralidade de sensores (14) é lama.
7. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compre-ende ainda a emissão de um alerta de que a desmoronamento ocorreu.
8. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o posicio-namento de uma pluralidade de sensores (14) inclui o posicionamento de uma pluralidade de sensores (14) de pressão.
9. Método de detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente assumir que o fluxo através da área de fluxo é uma combinação de laminar e turbulento.
10. Método de detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cálculo inclui o cálculo de uma área de fluxo anular entre a coluna de perfuração (18) e um furo de poço.
11. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente assumir que o fluxo através da área de fluxo anular é laminar.
12. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente assumir que o fluxo através da área de fluxo anular é turbulento.
13. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o posicionamento da pluralidade de sensores (14) inclui o posicionamento de uma pluralidade de sensores (14) de fluxo.
14. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a determinação de que o desmoronamento é um furo através da coluna de perfuração (18).
15. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda o cálculo de uma taxa de fluxo através do desmoronamento.
16. Método para detectar um desmoronamento no fundo do po-ço, caracterizado por compreender: posicionar uma pluralidade de sensores de pressão (14) ao lon-go de uma coluna de perfuração (18) no fundo do poço; acoplar comunicativamente a pluralidade de sensores de pres-são (14) a um processador (26); e analisar dados detectados pela pluralidade de sensores de pres-são (14) para detectar o desmoronamento no fundo do poço por meio do cálculo das mudanças na área de fluxo com base nas alterações na pressão medidas com a pluralidade de sensores (14) de pressão e uma relação entre a pressão e a área de fluxo.
17. Método para detectar um desmoronamento do fundo do po-ço, caracterizado por compreender: posicionar uma pluralidade de sensores (14) ao longo de uma coluna de perfuração (18) no fundo do poço; acoplar comunicativamente a pluralidade de sensores (14) a um processador (26); analisar dados detectados pela pluralidade de sensores (14) com o processador (26) para localizar o desmoronamento pelo cálculo de uma área de fluxo com base nos dados detectados pela pluralidade de sensores (14) e a relação entre a pressão e a área de fluxo.
18. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a plurali-dade de sensores (14) é configurada para detectar um parâmetro dentro da coluna de perfuração (18).
19. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o aco-plamento comunicativo inclui a conexão da pluralidade de sensores (14) com tubo com fio.
20. Método para detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a emissão de um alerta de que ocorreu um desmoronamento.
21. Método de detectar um desmoronamento de fundo de poço de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que posicio- nar uma pluralidade de sensores (14) inclui o posicionamento de uma plura-lidade de sensores (14) de pressão.
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