BR112019005664B1

BR112019005664B1 - Conjunto de perfuração para perfurar um furo de poço e método para perfurar um furo de poço

Info

Publication number: BR112019005664B1
Application number: BR112019005664-5A
Authority: BR
Inventors: Volker Peters; Andreas Peter; Christian Fulda; Heiko Eggers; Harald Grimmer
Original assignee: Baker Hughes, A Ge Company, Llc
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2023-10-03
Also published as: CN109844261B; US20220178206A1; EP3274542A4; SA517382339B1; US20160281431A1; US11459828B2; RU2019109673A3; US20170067333A1; CA3037696C; EP3516165B1; US11261667B2; BR112017019885A2; CA3037689A1; RU2740390C2; SA519401398B1; CN109844261A; CA3037700A1; CN107466334B; RU2019109733A3; RU2757846C2

Abstract

é descrito um aparelho para perfurar um furo de poço direcional que em uma modalidade não limitante inclui um acionamento para girar uma broca de perfuração, um dispositivo de deflexão que permite que uma seção inferior de um conjunto de perfuração incline sobre um membro do dispositivo de deflexão dentro de um plano selecionado quando o conjunto de perfuração é substancialmente rotativamente estacionário para permitir a perfuração de uma seção curva do furo de poço quando a broca é girada pelo acionamento e em que a inclinação é reduzida quando o conjunto de perfuração é girado para permitir a perfuração de uma seção mais reta do furo de poço e um sensor de inclinação que fornece medições relacionadas à inclinação da seção inferior. um controlador determina um parâmetro de interesse relacionado à inclinação para controlar a perfuração do furo de poço direcional.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

[0001] Este pedido de patente reivindica o benefício do Pedido de patente US 15/274851, depositado em 23 de setembro de 2016, que está aqui incorporado por referência em sua totalidade.

FUNDAMENTOS 1. Campo da divulgação

[0002] Esta divulgação se refere normalmente a perfuração de furos de poço direcionais.

2. Fundamentos da técnica

[0003] Os furos de poço ou poços (também conhecidos como perfurações) são perfurados em formações subsuperficiais para a produção de hidrocarbonetos (petróleo e gás) usando uma coluna de perfuração que inclui um conjunto de perfuração (comumente chamado de “composição de fundo” ou “BHA”) fixado na parte inferior do tubo de perfuração. Uma broca presa à parte inferior do conjunto de perfuração é girada girando a coluna de perfuração da superfície e/ou por meio de um acionamento, tal como um motor de lama, no conjunto de perfuração. Um método comum de seções curvas de perfuração e seções retas de furos de poço (perfuração direcional) utiliza um motor de lama de dobra fixa (também conhecido como de kick-off ajustável ou “AKO”) para fornecer uma curvatura ou inclinação selecionada à broca para formar seções curvas de poços. Para perfurar uma seção curva, a rotação da coluna de perfuração da superfície é interrompida, a curva do AKO é direcionada para a direção de construção desejada e a broca é girada pelo motor de lama. Quando a seção curva estiver completa, o conjunto de perfuração, incluindo a dobra, é girado a partir da superfície para perfurar uma seção reta. Esses métodos produzem perfurações irregulares. A qualidade da perfuração se degrada à medida que a inclinação ou flexão aumenta, causando efeitos como a espiral da perfuração. Outros efeitos negativos de qualidade das perfurações atribuídos à rotação dos conjuntos dobrados incluem a perfuração de furos de calibre excessivo, fugas de furos e transferência de peso. Tais aparelhos e métodos também induzem alta tensão e vibrações nos componentes do motor de lama em comparação aos conjuntos de perfuração sem um AKO e criam alta fricção entre o conjunto de perfuração e o furo de poço devido à curvatura em contato com o interior do furo de poço quando o conjunto de perfuração gira. Consequentemente, a taxa máxima de construção é reduzida reduzindo o ângulo da curva do AKO para reduzir as tensões no motor de lama e outros componentes no conjunto de perfuração. Tais métodos resultam em tempo e despesas adicionais para perfurar esses furos de poço. Portanto, é desejável fornecer conjuntos de perfuração e métodos para perfurar seções de furos de poço curvos e seções retas sem uma dobra fixa no conjunto de perfuração para reduzir as tensões nos componentes do conjunto de perfuração e utilizando vários sensores de fundo de poço controlando a perfuração do furo de poço.

[0004] A presente divulgação fornece aparelhos e métodos para perfurar um furo de poço, em que o conjunto de perfuração inclui um dispositivo de deflexão que permite (ou se autoajusta) que uma seção inferior do conjunto de perfuração conectado a uma broca se incline ou dobre em relação a uma seção superior do conjunto de perfuração quando o conjunto de perfuração está substancialmente estacionário rotativamente para perfurar seções curvas do furo de poço e endireita a seção inferior do conjunto de perfuração quando o conjunto de perfuração é girado para perfurar seções retas ou relativamente retas do furo de poço. Vários sensores fornecem informações sobre os parâmetros relacionados à direção do conjunto de perfuração, dispositivo de deflexão, comportamento do conjunto de perfuração e/ou formação de subsolo que são as brocas do conjunto de perfuração que podem ser usadas para perfurar o furo de poço ao longo da direção desejada e controlar vários parâmetros do dispositivo de deflexão, conjunto de perfuração e operações de perfuração.

SUMÁRIO

[0005] Em um aspecto, um aparelho para perfurar um furo de poço direcional é descrito que em uma modalidade não limitante inclui um acionador para girar uma broca, um dispositivo de deflexão que permite que uma seção inferior de um conjunto de perfuração incline sobre um membro do dispositivo de deflexão dentro de um plano selecionado quando o conjunto de perfuração é substancialmente rotativamente estacionário para permitir a perfuração de uma seção curva do furo de poço quando a broca é girada pelo acionamento e onde a inclinação é reduzida quando o conjunto de perfuração é girado para permitir a perfuração de uma seção mais reta do furo de poço e um sensor de inclinação que fornece medições relacionadas à inclinação da seção inferior. Um controlador determina um parâmetro de interesse relacionado à inclinação para controlar a perfuração do furo de poço direcional.

[0006] Em outro aspecto, um método para a perfuração de um furo de poço direcional é divulgado que em uma modalidade inclui: transportar um conjunto de perfuração no furo de poço que inclui: um acionador para girar uma broca; um dispositivo de deflexão que permite que uma parte inferior de um conjunto de perfuração se incline sobre um membro do dispositivo deflexão dentro de um plano selecionado quando o conjunto de perfuração é substancialmente rotativamente estacionário para permitir a perfuração de uma seção curva do furo de poço quando a broca é girada pelo acionador e em que a inclinação é reduzida quando o conjunto de perfuração é girado para permitir a perfuração de uma seção reta do furo de poço; e um sensor de inclinação que fornece medições relativas à inclinação da seção inferior; perfuração de uma seção reta do furo de poço que fira o conjunto de perfuração de um local de superfície; fazendo com que o conjunto de perfuração se torne pelo menos substancialmente rotativamente estacionário; determinação de um parâmetro de interesse relacionado à inclinação da seção inferior; e uma seção curva de furo de poço por um acionador no conjunto de perfuração em resposta ao parâmetro determinado relacionado à inclinação.

[0007] Os exemplos das características mais importantes de um aparelho de perfuração foram resumidos de maneira bastante ampla para que a descrição detalhada que se segue possa ser mais bem compreendida e para que as contribuições para a técnica possam ser apreciadas. Existem características adicionais que serão descritas a seguir e que formarão o assunto das reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0008] Para uma compreensão detalhada do aparelho e dos métodos revelados no presente documento, deve ser feita referência aos desenhos em anexo e à descrição detalhada dos mesmos, em que aos elementos semelhantes são normalmente dados os mesmos numerais e em que: FIG. 1 mostra um conjunto de perfuração em uma seção curva de um furo de poço que inclui um dispositivo de deflexão ou mecanismo para perfurar seções curvas e retas do furo do poço, de acordo com uma modalidade não limitante da divulgação; FIG. 2 mostra uma modalidade não limitante do dispositivo de deflexão do conjunto de perfuração da FIG. 1 quando uma seção inferior do conjunto de perfuração está inclinada em relação a uma seção superior; FIG. 3 mostra o dispositivo de deflexão do conjunto de perfuração da FIG. 2 quando a seção inferior do conjunto de perfuração é reta em relação à seção superior; FIG. 4 mostra uma modalidade não limitante de um dispositivo de deflexão que inclui um dispositivo de aplicação de força que inicia a inclinação em um conjunto de perfuração, tal como o conjunto de perfuração mostrado na FIG. 1; FIG. 5 mostra uma modalidade não limitante de um dispositivo hidráulico que inicia a inclinação em um conjunto de perfuração, tal como o conjunto de perfuração mostrado na FIG. 1; As FIGS. 6A e 6B mostram certos detalhes de um amortecedor, tal como o amortecedor mostrado nas FIGS. 2 a 5 para reduzir ou controlar a taxa de inclinação do conjunto de perfuração; FIG. 7 mostra uma modalidade não limitante de um dispositivo de deflexão que inclui uma seção hidráulica vedada e uma inclinação mínima predefinida da seção inferior em relação à seção superior; FIG. 8 mostra o dispositivo de deflexão da FIG. 7 com a inclinação máxima; FIG. 9 é uma vista em rotação de 90 graus do dispositivo de deflexão da FIG. 7 mostrando uma seção hidráulica vedada com um lubrificante no seu interior que provê lubrificação para as vedações do dispositivo de deflexão mostrado na FIG. 7; FIG. 10 mostra uma vista em rotação de 90 graus do dispositivo de deflexão da FIG. 9 que inclui ainda vedantes flexíveis para isolar as vedações mostradas na FIG. 9 do ambiente externo; FIG. 11 mostra o dispositivo de deflexão da FIG. 9 que inclui um dispositivo de travamento que impede que um pino ou membro de articulação do dispositivo de deflexão gire; FIG. 12 mostra o dispositivo de deflexão da FIG 11 que inclui um dispositivo que reduz o atrito entre um pino ou membro de articulação do dispositivo de deflexão e um membro ou superfície da seção inferior que se move em torno do pino; FIG. 13 mostra o dispositivo de deflexão da FIG. 7 que inclui sensores que fornecem medições relativas à inclinação da seção inferior do conjunto de perfuração em relação à seção superior e sensores que fornecem medições relativas à força aplicada pela seção inferior na seção superior durante a perfuração dos furos de poço; FIG. 14 mostra o dispositivo de deflexão da FIG. 7 que mostra uma modalidade não limitante relativa à colocação de sensores relacionados aos parâmetros de perfuração direcionais e parâmetros do conjunto de perfuração; FIG. 15 mostra o dispositivo de deflexão da FIG. 7 que inclui um dispositivo para gerar energia elétrica devido a vibração ou movimento no conjunto de perfuração durante a perfuração do furo de poço; e FIG. 16 mostra um sistema de perfuração exemplar com uma coluna de perfuração transportada em um furo de poço que inclui um conjunto de perfuração com um dispositivo de deflexão feito de acordo com uma modalidade desta divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0009] Em aspectos, a divulgação aqui fornece um conjunto de perfuração ou BHA para uso em uma coluna de perfuração para perfuração direcional (perfuração de seções retas e curvas de um furo de poço) que inclui um dispositivo de deflexão que inicia uma inclinação para permitir a perfuração de seções curvas de furos de poço e endireita-se para permitir a perfuração de seções retas (verticais e tangentes) dos furos de poço. Tal conjunto de perfuração permite a perfuração de seções retas quando o conjunto de perfuração é girado e permite a perfuração de seções curvas quando o conjunto de perfuração está estacionário enquanto a broca é girada com o acionamento no fundo do poço. Em aspectos, a perfuração direcional é obtida usando uma junta de articulação “autoajustável” (também referida aqui como uma “conexão articulada”, “dispositivo articulado” ou dispositivo “articulado”) para permitir uma inclinação no conjunto de perfuração quando a coluna de perfuração e, assim, o conjunto de perfuração é estacionário e, opcionalmente, usando um amortecedor para manter o conjunto de perfuração em linha reta quando o conjunto de perfuração é girado. Em outros aspectos, um dispositivo de aplicação de força, tal como uma mola ou um dispositivo hidráulico, pode ser utilizado para iniciar ou ajudar na inclinação aplicando uma força em uma direção articulada. Em outro aspecto, o dispositivo de articulação ou dispositivo articulado é vedado do ambiente externo (isto é, fluido de perfuração fluindo através da unidade, poço e/ou anular do poço). A articulação, sobre a qual uma seção inferior do conjunto de perfuração tem uma broca na extremidade, se inclina em relação a uma seção superior do conjunto de perfuração, talvez vedada para excluir contaminantes, fluidos abrasivos e erosivos de membros relativamente móveis. O termo “seção superior” do conjunto de perfuração é a parte do conjunto de perfuração que está localizado no alto do dispositivo de articulação e o termo “seção inferior” do conjunto de perfuração é usado para a parte do conjunto de perfuração que está localizado no fundo do poço do dispositivo de dobradiça. Em outro aspecto, o dispositivo de deflexão inclui uma parada que mantém a seção inferior em uma pequena inclinação (por exemplo, cerca de 0,05 grau ou mais) para facilitar o início da inclinação da seção inferior em relação à seção superior quando a coluna de perfuração está estacionária. Em outro aspecto, a parada pode permitir que a seção inferior atinja uma posição reta em relação à seção superior quando a coluna de perfuração é girada. Em outro aspecto, o dispositivo de deflexão inclui uma outra parada que define a inclinação máxima da seção inferior em relação à seção superior. O sistema de perfuração que utiliza o conjunto de perfuração aqui descrito inclui ainda um ou mais sensores que fornecem informações ou medições relativas a um ou mais parâmetros de interesse, tais como parâmetros direcionais incluindo, mas não limitados a, inclinação da face da ferramenta e azimute de pelo menos uma parte do conjunto de perfuração. O termo “face da ferramenta” é um ângulo entre um ponto de interesse, como uma direção para a qual o dispositivo de deflexão aponta e uma referência. O termo “lado alto” é uma referência que significa a direção em um plano perpendicular ao eixo da ferramenta onde a gravitação é a mais baixa (máximo negativo). Outras referências, como “lado baixo” e “norte magnético” também podem ser utilizadas. Outras modalidades podem incluir: sensores que fornecem medições relativas à taxa de inclinação e inclinação no dispositivo de deflexão; sensores que fornecem medidas relativas à força aplicada pela seção inferior na seção superior; sensores que fornecem informações sobre o comportamento do conjunto de perfuração e do dispositivo de deflexão; e dispositivos (também conhecidos como dispositivos de captação de energia) que podem utilizar energia elétrica coletada de movimento (por exemplo, vibração) no dispositivo de deflexão. Um controlador no conjunto de perfuração e/ou na superfície determina um ou mais parâmetros das medições do sensor e pode ser configurado para comunicar essas informações em tempo real através de um mecanismo de telemetria adequado à superfície para permitir que um operador (por exemplo, um controlador de perfuração automatizado ou um operador humano) controle as operações de perfuração incluindo, mas não se limitando a, selecionar a quantidade e direção da inclinação do conjunto de perfuração e, portanto, da broca; ajustar os parâmetros operacionais, tais como o peso aplicado no conjunto de perfuração e a taxa de bombeamento do fluido de perfuração. Um controlador no conjunto de perfuração e/ou na superfície também pode fazer com que a broca aponte ao longo de uma direção desejada com a inclinação desejada em resposta a um ou mais parâmetros determinados de interesse.

[00010] Em outros aspectos, um conjunto de perfuração feito de acordo com uma modalidade da descrição: reduz o espiralamento do furo de poço, reduz o atrito entre o conjunto de perfuração e a parede do furo de poço durante a perfuração de seções retas; reduz a tensão nos componentes do conjunto de perfuração incluindo, mas não limitado a, um acionamento de fundo de poço (como um motor de lama, unidade elétrica, uma turbina etc.) e permite o fácil posicionamento do conjunto de perfuração para perfuração direcional. Para o propósito desta revelação, o termo estacionário significa incluir rotativamente estacionário (que não gira) ou que gira a uma velocidade rotacional relativamente pequena (rpm) ou oscilação angular entre as posições angulares máxima e mínima (também referidas como “flutuações da face da ferramenta”) . Além disso, o termo “reto” usado em relação a um furo de poço ou conjunto de perfuração inclui os termos “reto”, “vertical” e “tangente” e inclui ainda as frases “substancialmente reto”, “substancialmente vertical” ou “substancialmente tangente”. Por exemplo, a frase “seção reta do furo de poço” ou “seção do furo de poço substancialmente reta” deverá incluir qualquer seção do furo de poço que seja “perfeitamente reta” ou uma seção que tenha uma curvatura relativamente pequena, como descrito anteriormente e com mais detalhes posteriormente.

[00011] A FIG. 1 mostra um conjunto de perfuração 100 em uma seção curva de um furo de poço 101. Em uma modalidade não limitante, o conjunto de perfuração 100 inclui um dispositivo de deflexão (também referido aqui como um dispositivo flexível ou um mecanismo de deflexão ) 120 para perfurar seções curvas e retas do furo de poço 101. O conjunto de perfuração 100 inclui ainda um acionamento de fundo de poço ou unidade, tal como um motor de lama 140, tendo um estator 141 e um rotor 142. O rotor 142 está acoplado a uma transmissão, tal como uma haste flexível 143 que está acoplada a outra haste 146 (também referida como a “haste de transmissão”) disposta em um conjunto de rolamentos 145. A haste 146 é acoplada a um dispositivo de desintegração, tal como a broca 147. A broca 147 gira quando o conjunto de perfuração 100 e/ou o rotor 142 do motor de lama 140 gira devido à circulação de um fluido de perfuração, tal como lama, durante as operações de perfuração. Em outras modalidades, a unidade de fundo de poço pode incluir qualquer outro dispositivo que possa girar a broca 147, incluindo, mas não limitado a, um motor elétrico e uma turbina. Em certas outras modalidades, o dispositivo de desintegração pode incluir qualquer outro dispositivo adequado para desintegrar a formação rochosa incluindo, mas não limitado a, um dispositivo de impulso elétrico (também referido como dispositivo de descarga elétrica). O conjunto de perfuração 100 está ligado a um tubo de perfuração 148, o qual é girado a partir da superfície para girar o conjunto de perfuração 100 e assim o conjunto de perfuração 100 e a broca 147. Na configuração particular do conjunto de perfuração mostrada na FIG. 1, a broca 147 pode ser girada girando o tubo de perfuração 148 e assim o conjunto de perfuração 100 e/ou o motor de lama 140. O rotor 142 gira a broca 147 quando um fluido é circulado através do conjunto de perfuração 100. O conjunto de perfuração 100 inclui ainda um dispositivo de deflexão 120 tem um eixo 120a que pode ser perpendicular a um eixo 100a da seção superior do conjunto de perfuração 100. Embora na FIG. 1 o dispositivo de deflexão 120 seja mostrado por baixo do motor de lama 140 e acoplado a uma seção inferior, tal como caixa ou tubular 160 disposta sobre o conjunto de rolamento 145, o dispositivo de deflexão 120 também pode estar localizado acima da unidade 140. Em várias modalidades do dispositivo de deflexão 120 aqui descrito, o alojamento 160 inclina uma quantidade selecionada ou conhecida ao longo de um plano selecionado ou conhecido definido pelo eixo da seção superior do conjunto de perfuração 110a e o eixo da seção inferior do conjunto de perfuração 100b na FIG. 1) para inclinar a broca 147 ao longo do plano selecionado, o que permite a perfuração de seções curvas de perfuração. Como descrito mais tarde em referência às FIGS. 2 a 6, a inclinação é iniciada quando o conjunto de perfuração 100 está estacionário (não está em rotação) ou substancialmente estacionário rotativamente. A seção curva é então perfurada girando a broca 147 pelo motor de lama 140 sem girar o conjunto de perfuração 100. O dispositivo de deflexão 120 endireita quando o conjunto de perfuração é girado, o que permite a perfuração de seções de furo de poço retas. Assim, em aspectos, o dispositivo de deflexão 120 permite uma inclinação selecionada no conjunto de perfuração 100 que permite a perfuração de seções curvas ao longo dos percursos desejados do furo de poço quando o tubo de perfuração 148 e assim o conjunto de perfuração 100 está rotativamente estacionário ou substancialmente rotativo estacionário e a broca 147 é girada pelo acionamento 140. No entanto, quando o conjunto de perfuração 100 é girado, tal como girando o tubo de perfuração 148 a partir da superfície, a inclinação endireita-se e permite a perfuração de seções de perfuração retas, como descrito em mais detalhe em referência às FIGS. 2 a 9. Em uma modalidade, um estabilizador 150 é provido abaixo do dispositivo de deflexão 120 (entre o dispositivo de deflexão 120 e a broca 147) que inicia um momento de flexão no dispositivo de deflexão 120 e também mantém a inclinação quando o conjunto de perfuração 100 não é girado e é aplicado um peso na broca é durante a perfuração das seções curvas da perfuração. Em outra modalidade, um estabilizador 152 pode ser fornecido acima do dispositivo de deflexão 120 em adição ou sem do estabilizador 150 para iniciar o momento de flexão no dispositivo de deflexão 120 e manter a inclinação durante a perfuração de seções de furo de poço curvas. Em outras modalidades, mais do que um estabilizador pode ser fornecido acima e/ou abaixo do dispositivo de deflexão 120. A modelagem pode ser realizada para determinar a localização e o número de estabilizadores para a operação ideal. Em outras modalidades, pode ser fornecida uma curva adicional em uma localização acima do dispositivo de deflexão 120, o qual pode incluir, mas não está limitado a, uma dobra fixa, uma dobra flexível, um dispositivo de deflexão e um dispositivo de pino ou articulação.

[00012] A FIG. 2 mostra uma modalidade não limitante de um dispositivo de deflexão 120 para utilização em um conjunto de perfuração, tal como o conjunto de perfuração 100 mostrado na FIG.1. Referindo-se às FIGS. 1 e 2, em uma modalidade não limitante, o dispositivo de deflexão 120 inclui um membro de articulação, tal como um pino ou articulação 210 tendo um eixo 212 que pode ser perpendicular ao eixo longitudinal 214 do conjunto de perfuração 100, em torno do qual o alojamento 270 de uma seção inferior 290 do conjunto de perfuração 100 inclina ou inclina uma quantidade selecionada relativamente à seção superior 220 (parte de uma seção superior) em torno do plano definido pelo eixo 212. O alojamento 270 inclina-se entre um batente de extremidade substancialmente reto 282 e um batente de extremidade inclinado 280 que define a inclinação máxima. Quando o alojamento 270 da seção inferior 290 se inclina na direção oposta, o batente de extremidade reto 282 define a posição reta do conjunto de perfuração 100, em que a inclinação zero ou alternativamente uma posição substancialmente reta quando a inclinação relativamente pequena mas maior que zero, como cerca de 0,2 grau ou mais. Uma inclinação como esta pode ajudar a iniciar a inclinação da seção inferior 290 do conjunto de perfuração 100 para perfurar seções curvas quando o conjunto de perfuração está rotativamente estacionário. Em tais modalidades, o alojamento 270 se inclina ao longo de um plano particular ou direção radial, conforme definido pelo eixo do pino 212. Uma ou mais vedações, tais como a vedação 284, provida entre o interior do alojamento 270 e outro membro do conjunto de perfuração 100 vedam a seção interna do alojamento 270 abaixo do vedante 284 do meio exterior, tal como o fluido de perfuração.

[00013] Ainda referindo-se às FIGS. 1 e 2, quando um peso na ponta 147 é aplicado e a perfuração progride enquanto o tubo de perfuração 148 está substancialmente estacionário rotativamente, iniciará uma inclinação do alojamento 270 em torno do eixo do pino 212 do pino 210. A broca 147 e/ou o estabilizador 150 abaixo do dispositivo de deflexão 120 inicia um momento de flexão no dispositivo de deflexão 120 e também mantém a inclinação quando o tubo de perfuração 148 e assim o conjunto de perfuração 100 é substancialmente rotativo estacionário e um peso na broca 147 é aplicado durante a perfuração das seções curvas do furo de poço. De um modo semelhante, o estabilizador 152, em adição sem o estabilizador 150 e a broca, pode também determinar o momento de flexão no dispositivo de deflexão 120 e mantém a inclinação durante a perfuração de seções curvas do furo de poço. Os estabilizadores 150 e 152 podem ser dispositivos giratórios ou não giratórios. Em uma modalidade não limitante, um dispositivo amortecedor ou amortecedor 240 pode ser provido para reduzir ou controlar a taxa da variação de inclinação quando o conjunto de perfuração 100 é girado. Em uma modalidade não limitante, o amortecedor 240 pode incluir um pistão 260 e um compensador 250 em comunicação fluida com o pistão 260 através de uma linha 260a para reduzir, restringir ou controlar a taxa da variação de inclinação. A aplicação de uma força F1 no alojamento 270 fará com que o alojamento 270 e, assim, a seção inferior 290 se inclinem em torno do eixo do pino 212. A aplicação de uma força F1' oposta à direção da forçaF1 no alojamento 270 faz com que o alojamento 270 e, assim, o conjunto de perfuração 100 se endireite ou incline para o sentido oposto da foça F1'. O amortecedor também pode ser utilizado para estabilizar a posição endireitada do alojamento 270 durante a rotação do conjunto de perfuração 100 a partir da superfície. O funcionamento do dispositivo de amortecimento 240 é descrito em mais detalhes em referência às FIGS. 6A e 6B. Qualquer outro dispositivo adequado, entretanto, pode ser utilizado para reduzir ou controlar a taxa da variação de inclinação do conjunto de perfuração 100 em torno do pino 210.

[00014] Referindo-se agora às FIGS. 1 a 3, quando o tubo de perfuração 148 está substancialmente estacionário rotativamente (não girando) e um peso é aplicado na broca 147 enquanto a perfuração está progredindo, o dispositivo de deflexão iniciará uma inclinação do conjunto de perfuração 100 na articulação 210 sobre o eixo giratório 212. A rotação da broca 147 pelo acionamento de fundo de poço 140 fará com que a broca 147 inicie a perfuração de uma seção curva. À medida que a perfuração continua, o peso contínuo aplicado na broca 147 continuará a aumentar a inclinação até a inclinação atingir o valor máximo definido pelo batente de extremidade inclinada 280. Assim, em um aspecto, uma seção curva pode ser perfurada incluindo a articulação 210 no conjunto de perfuração 100 com uma inclinação definida pelo batente de extremidade inclinada 280. Se o dispositivo de amortecimento 240 estiver incluído no conjunto de perfuração 100, como mostrado na FIG. 2, a inclinação do conjunto de perfuração 100 em torno da articulação 210 fará com que o alojamento 270 na seção 290 aplique uma força F1 no pistão 260, fazendo com que um fluido 261, tal como óleo, seja transferido do pistão 260 para o compensador 250 através de um conduíte ou caminho, tal como a linha 260a. O fluxo do fluido 261 do pistão 260 para o compensador 250 pode ser restringido para reduzir ou controlar a taxa da variação de inclinação e evitar a inclinação súbita da seção inferior 290, como descrito em mais detalhes em referência às FIGS. 6A e 6B. Nas ilustrações particulares das FIGS. 1 e 2, a broca 147 irá perfurar uma seção curva para cima. Para perfurar uma seção reta após a perfuração da seção curva, o conjunto de perfuração 100 pode ser girado 180 graus para remover a inclinação e depois girado a partir da superfície para perfurar a seção reta. Contudo, quando o conjunto de perfuração 100 é girado, com base nas posições dos estabilizadores 150 e/ou 152 ou outro equipamento de furo de poço entre o dispositivo de deflexão 120 e a broca 147 e em contato com a parede do furo de poço, as forças de flexão no furo de poço agem no alojamento 270 e exercem as forças no sentido oposto ao sentido da força F1, endireitando assim o alojamento 270 e assim o conjunto de perfuração 100, que permite que o fluido 261 flua do compensador 250 para o pistão 260 fazendo com que o pistão se mova para fora. Tal fluxo de fluido pode ou não ser restringido, o que permite que o alojamento 270 e, assim, a seção inferior 290 se endireite rapidamente (sem atraso substancial). O movimento para fora do pistão 260 pode ser suportado por uma mola, posicionada em comunicação de força com o pistão 260, o compensador 250, ou ambos. Os batentes de extremidade reta 282 restringem o movimento do membro 270, fazendo com que a seção inferior 290 permaneça reta enquanto o conjunto de perfuração 100 estiver sendo girado. Assim, a modalidade do conjunto de perfuração 100 mostrado nas FIGS. 1 e 2 fornece uma inclinação autoiniciada quando o conjunto de perfuração 120 é estacionário (não girado) ou substancialmente estacionário e endireita-se quando o conjunto de perfuração 100 é girado. Embora a unidade de fundo de poço 140 mostrada na FIG. 1 seja mostrada para ser um motor de lama, qualquer outra unidade adequada pode ser utilizada para girar a broca 147. A FIG. 3 mostra o conjunto de perfuração 100 na posição reta, em que o alojamento 270 repousa contra o batente de extremidade reta 282.

[00015] A FIG. 4 mostra uma outra modalidade não limitante de um dispositivo de deflexão 420 que inclui um dispositivo de aplicação de força, tal como uma mola 450, que continuamente exerce uma força radialmente para fora F2 no alojamento 270 da seção inferior 290 para fornecer ou iniciar uma inclinação parte inferior 290. Em uma modalidade, a mola 450 pode ser colocada entre o interior do alojamento 270 e um alojamento 470 fora da transmissão 143 (FIG. 1). Nesta modalidade, a mola 450 faz com que o alojamento 270 se incline radialmente para fora em torno da articulação 210 até a curva máxima definida pelo batente de extremidade inclinado 280. Quando o conjunto de perfuração 100 é estacionário (não está girando) ou substancialmente rotativo estacionário, é aplicado um peso na broca 147 e a broca é girada pelo acionamento de fundo de poço 140, a broca 147 iniciará a perfuração de uma seção curva. À medida que a perfuração continua, a inclinação aumenta até o seu nível máximo definido pelo batente final inclinado 280. Para perfurar uma seção reta, o conjunto de perfuração 100 é girado a partir da superfície, o que faz com que a perfuração aplique força F3 no alojamento 270, comprimindo a mola 450 para endireitar o conjunto de perfuração 100. Quando a mola 450 é comprimida pela aplicação da força F3, o alojamento 270 alivia a pressão no pistão 260, que permite que o fluido 261 do compensador 250 flua através da linha 262 de volta ao pistão 260 sem um atraso substancial, como descrito em mais detalhes em referência às FIGS. 6A e 6B.

[00016] FIG. 5 mostra uma modalidade não limitante de um dispositivo de aplicação de força hidráulica 540 para iniciar uma inclinação selecionada no conjunto de perfuração 100. Em uma modalidade não limitante, o dispositivo de aplicação de força hidráulica 540 inclui um pistão 560 e um dispositivo de compensação ou compensador 550. O conjunto de perfuração 100 também pode incluir um dispositivo de amortecimento ou amortecedor, tal como o amortecedor 240 mostrado na FIG. 2. O dispositivo de amortecimento 240 inclui um pistão 260 e um compensador 250 mostrado e descrito em referência à FIG. 2. O dispositivo de aplicação de força hidráulica 540 pode ser colocado a 180 graus do dispositivo 240. O pistão 560 e o compensador 550 estão em comunicação hidráulica um com o outro. Durante a perfuração, um fluido 512a, tal como lama de perfuração, flui sob pressão através do conjunto de perfuração 100 e retorna à superfície através de um anular entre o conjunto de perfuração 100 e o furo de poço, como mostrado pelo fluido 512b. A pressão P1 do fluido 512a no conjunto de perfuração 100 é maior (tipicamente 20 a 50 bar) que a pressão P2 do fluido 512b no anular. Quando o fluido 512a flui através do conjunto de perfuração 100, a pressão P1 age no compensador 550 e correspondentemente no pistão560 enquanto a pressão P2 age no compensador 250 e correspondentemente no pistão 260. A pressão P1 sendo maior que a pressão P2 cria uma pressão diferencial (P1 - P2) através do pistão 560, cujo diferencial de pressão que é suficiente para fazer com que o pistão 560 se mova radialmente para fora, o que empurra o alojamento 270 para iniciar uma inclinação. Um restritor 562 pode ser fornecido no compensador 550 para reduzir ou controlar a taxa da variação de inclinação conforme descrito em mais detalhes em referência às FIGS. 6A e 6B. Assim, quando o tubo de perfuração 148 estiver substancialmente estacionário rotativamente (não girando), o pistão 560 sangra lentamente o fluido hidráulico 561 através do restritor 562 até que o ângulo de inclinação total seja alcançado. O restritor 562 pode ser selecionado para criar uma alta resistência ao fluxo para impedir o movimento rápido do pistão que pode estar presente durante as flutuações da face da ferramenta do conjunto de perfuração para estabilizar a inclinação. A força do pistão de pressão diferencial está sempre presente durante a circulação da lama e o restritor 562 limita a taxa da inclinação. Quando o conjunto de perfuração 100 é girado, os momentos de flexão no alojamento 270 forçam o pistão 560 a retrair, o que endireita o conjunto de perfuração 100 e, em seguida, mantém o mesmo desde que o conjunto de perfuração 100 seja girado. A taxa de amortecimento do dispositivo de amortecimento 240 pode ser ajustada a um valor mais alto que a taxa do dispositivo 540 , a fim de estabilizar a posição endireitada durante a rotação do conjunto de perfuração 100.

[00017] As FIGS. 6A e 6B mostram certos detalhes do dispositivo de amortecimento 600, que é o mesmo que o dispositivo 240 nas FIGS. 2, 4 e 5. Referindo-se à FIG. 2 e FIGS. 6A e 6B, quando o alojamento 270 aplica força F1 no pistão 660, ele move um fluido hidráulico (tal como óleo) de uma câmara 662 associada ao pistão 660 para uma câmara 652 associada a um compensador 620, como mostrado pela seta 610 . Um restritor 611 restringe o fluxo do fluido da câmara 662 para a câmara 652, o que aumenta a pressão entre o pistão 660 e o restritor 611, restringindo ou controlando desse modo a taxa da inclinação. À medida que o fluxo de fluido hidráulico continua através do limitador 611, a inclinação continua a aumentar até ao nível máximo definido pelo batente de inclinação final 280 mostrado e descrito em referência à FIG. 2. Assim, o restritor 611 define a taxa da variação de inclinação. Referindo-se à FIG. 6B, quando a força F1 é liberada do alojamento 270, como mostrado pela seta F4, a força F5 no compensador 620 move o fluido da câmara 652 volta para a câmara 662 do êmbolo 660 através de uma válvula de retenção 612, desviando do restritor 611, o que permite que o alojamento 270 se desloque para a sua posição direita sem atraso substancial. Uma válvula de alívio de pressão 613 pode ser fornecida como um recurso de segurança para evitar pressão excessiva além da especificação do projeto dos elementos hidráulicos.

[00018] FIG. 7 mostra uma modalidade alternativa de um dispositivo de deflexão 700 que pode ser utilizado em um conjunto de perfuração, tal como o conjunto de perfuração 100 mostrado na FIG.1. O dispositivo de deflexão 700 inclui um pino 710 com um eixo de pino 714 perpendicular ao eixo da ferramenta 712. O pino 710 é suportado por um membro de suporte 750. O dispositivo de deflexão 700 está ligado a uma seção inferior 790 de um conjunto de perfuração e inclui um alojamento 770. O alojamento 770 inclui uma superfície 771 curva ou esférica interna que se move sobre uma superfície 751 curva ou esférica coincidente externa do elemento de suporte 750. O dispositivo de deflexão 700 inclui ainda um mecanismo de vedação 740 para separar ou isolar um fluido de lubrificação (fluido interno) 732 da pressão externa e fluidos (fluido 722a no interior do conjunto de perfuração e fluido 722b fora do conjunto de perfuração). Em uma modalidade, o dispositivo de deflexão 700 inclui uma ranhura ou câmara 730 que está aberta e comunica a pressão do fluido 722a ou 722b a um fluido de lubrificação 732 através de uma vedação móvel a uma câmara de fluido interna 734 que está em comunicação fluida com as superfícies 751 e 771. Uma vedação flutuante 735 fornece compensação de pressão à câmara 734. Uma vedação 772 colocada em uma ranhura 774 em torno da superfície interna 771 do alojamento 770 veda ou isola o fluido 732 do ambiente exterior. Em alternativa, o membro de vedação 772 pode ser colocado dentro de uma ranhura em torno da superfície externa 751 do membro de suporte 750. Nestas configurações, o centro 770c da superfície 771 é o mesmo ou aproximadamente o mesmo que o centro 710c do pino 710. Na modalidade da FIG. 7, quando a seção inferior 790 inclina-se em torno do pino 710, a superfície 771 juntamente com o membro de vedação 772 move-se sobre a superfície 751. Se a vedação 772 estiver disposta dentro da superfície 751, então o membro de vedação 772 permanecerá estacionário juntamente com o membro de suporte 750. O mecanismo de vedação 740 inclui ainda uma vedação que isola o fluido de lubrificação 732 da pressão externa e do fluido externo 722b. Na modalidade mostrada na FIG. 7, esta vedação inclui uma superfície curvada ou circular externa 791 associada à seção inferior 790 que se move sob uma superfície fixa curvada ou circular 721 da seção superior 720. Um membro de vedação, tal como um anel-O 724, colocado em uma ranhura 726 em torno do interior da superfície 721 veda o fluido de lubrificação 732 da pressão exterior e do fluido 722b. Quando a seção inferior se inclina em torno do pino 710, a superfície 791 move-se sob a superfície 721, em que o vedante 724 permanece estacionário. Alternativamente, a vedação 724 pode ser colocada dentro da superfície exterior 791 e, nesse caso, essa vedação se deslocará juntamente com a superfície 791. Assim, em aspectos, a divulgação provê um dispositivo de deflexão vedado, em que a seção inferior de um conjunto de perfuração, tal como a seção 790, inclina-se sobre superfícies lubrificadas vedadas em relação à seção superior, tal como a seção 720. Em uma modalidade, a seção inferior 790 pode ser configurada de modo a permitir que a seção inferior 790 atinja uma posição perfeitamente reta em relação à seção superior 220. Nesta configuração, o eixo da ferramenta 712 e o eixo 717 da seção inferior 790 se alinharão um com o outro. Em outra modalidade, a seção inferior 790 pode ser configurada para prover uma inclinação mínima permanente da seção inferior 290 em relação à seção superior, tal como a inclinação Amin mostrada na FIG. 7. Tal inclinação pode ajudar a seção inferior a inclinar-se da posição inicial de inclinação Amin para uma inclinação desejada em comparação com nenhuma inclinação inicial da seção inferior. Por exemplo, a inclinação mínima pode ser de 0,2 grau ou maior pode ser suficiente para a maioria das operações de perfuração.

[00019] A FIG. 8 mostra o dispositivo de deflexão 700 da FIG. 7 quando a seção inferior 790 atingiu um ângulo máximo ou máximo de inclinação ou inclinação Amax. Em uma modalidade, quando a seção inferior 790 continua a inclinar-se em torno do pino 210, uma superfície 890 da seção inferior 790 é parada por uma superfície 820 da seção superior 720. A abertura 850 entre as superfícies 890 e 820 define o ângulo máximo de inclinação Amax. Uma porta 830 é fornecida para encher a câmara 733 com o fluido de lubrificação 732. Em uma modalidade, é provida uma porta de comunicação de pressão 831 para permitir a comunicação de pressão do fluido 722b fora do conjunto de perfuração com a câmara 730 e a pressão da câmara de fluido interna 734 através do vedante flutuante 735. Na FIG. 8, o ombro t820 age como o batente final de inclinação. A câmara de fluido interna 734 também pode ser usada como um dispositivo de amortecimento. O dispositivo amortecedor utiliza fluido presente na abertura 850 , como mostrado na FIG. 8 em uma posição de inclinação máxima definida pelo ângulo máximo de inclinação Amax sendo forçado ou comprimido a partir da abertura 850 quando a inclinação é reduzida para Amin. Passagens de fluido adequadas são concebidas para permitir e restringir o fluxo entre os dois lados da abertura 850 e outras áreas da câmara de fluido 734 que trocam o volume de fluido pelo movimento do dispositivo de deflexão. Para suportar o amortecimento, podem ser adicionadas vedações adequadas, dimensões da abertura ou vedações de labirinto. As propriedades do fluido lubrificante 732 , em termos de densidade e viscosidade, podem ser selecionadas para ajustar os parâmetros de amortecimento.

[00020] A FIG. 9 é uma vista em rotação de 90 graus do dispositivo de deflexão 700 da FIG. 7 que mostra uma seção hidráulica vedada 900 do dispositivo de deflexão 700. Em uma modalidade não limitante, a seção hidráulica vedada 900 inclui um reservatório ou câmara 910 cheia com um lubrificante 920 que está em comunicação fluida com cada um dos vedantes no dispositivo de deflexão 700 através de certos percursos de fluxo de fluido. Na FIG. 9, um percurso de fluido 932a fornece lubrificante 920 para o vedante externo 724, o percurso de fluido 932b fornece lubrificante 720 para um vedante estacionário 940 em torno do pino 710 e um percurso de fluxo de fluido 932c fornece lubrificante 920para o vedante interno 772. Na configuração da FIG. 9, o vedante 772 isola o lubrificante da contaminação do fluido de perfuração 722a que flui através do conjunto de perfuração e da pressão P1 do fluido de perfuração 722a no interior do conjunto de perfuração maior do que a pressão P2 na parte externa do conjunto de perfuração durante as operações de perfuração. A vedação 724 isola o lubrificante 920 da contaminação pelo fluido externo 722b. Em uma modalidade, o vedante 724 pode ser um vedante de fole. A vedação de fole flexível pode ser usada como um dispositivo de compensação de pressão (em vez de usar um dispositivo dedicado, tal como uma vedação flutuante 735 como descrito em referência às FIGS. 7 e 8) para comunicar a pressão do fluido 722b ao lubrificante 920. A vedação 725 isola o lubrificante 920 da contaminação pelo fluido externo 722b e ao redor do pino 710. A vedação 725 permite o movimento diferencial entre o pino 710 e o membro de seção inferior 790. A vedação 725 também está em comunicação fluida com o lubrificante 920 através do caminho de fluxo de fluido 932c. Como a pressão entre o fluido 722b e o lubrificante 920 é equalizada através do vedante 724, o vedante do pino 725 não isola dois níveis de pressão, permitindo uma vida útil mais longa para uma função de vedação dinâmica, como para o vedante 725.

[00021] A FIG. 10 mostra o dispositivo de deflexão 700 da FIG. 7 que pode ser configurado para incluir um ou mais vedantes flexíveis para isolar as vedações dinâmicas 724 e 772 do fluido de perfuração. Uma vedação flexível é qualquer vedação que se expande e contrai à medida que o volume de lubrificante dentro de tal vedação aumenta e diminui, respectivamente, e uma que permite o movimento entre as peças que se deseja vedar. Qualquer flexível adequado pode ser utilizado, incluindo, mas não limitado a, uma vedação de fole e uma vedação de borracha flexível. Na configuração da FIG. 10, uma vedação flexível 1020 é fornecida em torno da vedação dinâmica 724 que isola a vedação 724 do fluido 722b na parte externa do conjunto de perfuração. Uma vedação flexível 1030 é fornecida em torno da vedação dinâmica 772 que protege a vedação 772 do fluido 722a dentro do conjunto de perfuração. Um dispositivo de deflexão feito de acordo com a presente divulgação pode ser configurado:; uma única vedação, tal como a vedação 772, que isola o fluido que flui através do conjunto de perfuração no interior e a sua pressão do fluido no exterior do conjunto de perfuração; uma segunda vedação, tal como a vedação 724, que isola o fluido externo do fluido interno ou componentes do dispositivo de deflexão 700; um ou mais vedantes flexíveis para isolar um ou mais outros vedantes, tais como os vedantes dinâmicos 724 e 772; e um reservatório de lubrificante, tal como o reservatório 920 (FIG. 9) envolvido por pelo menos dois vedantes para lubrificar as várias vedações do dispositivo de deflexão 700.

[00022] FIG. 11 mostra o dispositivo de deflexão da FIG. 9 que inclui um dispositivo de bloqueio para impedir que o pino ou membro de articulação 710 do dispositivo de deflexão gire. Na configuração da FIG. 11, um membro de travamento 1120 pode ser colocado entre o pino 710 e um membro ou elemento do membro não móvel 720 do conjunto de perfuração. O elemento de travamento 1120 pode ser um elemento ou membro chaveado, tal como um pino, que impede a rotação do pino 710 quando a seção inferior 790 se inclina ou gira em torno do pino 710. Qualquer outro dispositivo ou mecanismo adequado também pode ser utilizado como o dispositivo de bloqueio incluindo, mas não limitado a, dispositivos de atrito e de adesão.

[00023] A FIG. 12 mostra o dispositivo de deflexão 700 da FIG 10 que inclui um dispositivo de redução de atrito 1220 entre o pino ou membro de articulação 710 do dispositivo de deflexão 700 e um membro ou superfície 1240 da seção inferior 790 que se move em torno do pino 710. O dispositivo de redução de atrito 1220 pode ser qualquer dispositivo que reduz o atrito entre membros móveis incluindo, mas não se limitando a rolamentos.

[00024] A FIG. 13 mostra o dispositivo de deflexão 700 da FIG. 7 que em um aspecto inclui um sensor 1310 que provê medições relativas ao ângulo de inclinação ou inclinação da seção inferior 790 em relação à seção superior 710. Em uma modalidade não limitante, o sensor 1310 (também aqui referido como o sensor de inclinação) pode ser colocado ao longo, em torno ou pelo menos parcialmente embutido no pino 710. Qualquer sensor adequado pode ser usado como sensor 1310 para determinar o ângulo de inclinação ou inclinação incluindo, mas não limitado a, um sensor angular, um sensor de efeito de hall, um sensor magnético e um sensor de contato ou tátil. Tais sensores também podem ser usados para determinar a taxa da variação de inclinação. Se um sensor como este incluir dois componentes que se enfrentam ou se movem um em relação ao outro, então um desses componentes pode ser colocado, ao longo ou embutido em uma superfície exterior 710a do pino 710 e o outro componente pode ser colocado, ao longo ou embutido em um interior 790a da seção inferior 790 que se move ou gira em torno do pino 710. Em outro aspecto, um sensor de distância 1320 pode ser colocado, por exemplo, na abertura 1340 que provê medições sobre a distância ou comprimento da abertura 1340. A medida do comprimento da abertura pode ser usada para determinar a inclinação ou o ângulo de inclinação ou a taxa da variação de inclinação. Adicionalmente, um ou mais sensores 1350 podem ser colocados na abertura 1340 para fornecer um sinal relativo à presença de contato entre e a quantidade de força aplicada pela seção inferior 790 na seção superior 720.

[00025] FIG. 14 mostra o dispositivo de deflexão 700 da FIG. 7, que inclui sensores 1410 uma seção 1440 da seção superior 720 que fornece informação sobre os parâmetros do conjunto de perfuração e os parâmetros do furo de poço que são úteis para perfurar o furo de poço ao longo de um percurso de poço desejado, algumas vezes referido na técnica como “geo-orientação”. Alguns desses sensores podem incluir sensores que fornecem medições relacionadas a parâmetros como face da ferramenta, inclinação (gravidade) e direção (magnética). Acelerômetros, magnetômetros e giroscópios podem ser utilizados para tais parâmetros. Além disso, um sensor de vibração pode estar localizado no local 1440. Em uma modalidade não limitante, a seção 1440 pode estar na seção superior 720 , próxima ao batente final 1445. Os sensores 1410, no entanto, podem estar localizados em qualquer outra localização adequada no conjunto de perfuração acima ou abaixo do dispositivo de deflexão 700 ou na broca. Além disso, os sensores 1450 podem ser colocados no pino 710 para fornecer informações sobre certas condições físicas do dispositivo de deflexão 700 incluindo, mas não se limitando a torque, flexão e peso. Tais sensores podem ser colocados dentro e/ou em torno do pino 710, quando forças relevantes relacionadas a esses parâmetros são transferidas através do pino 710.

[00026] A FIG. 15 mostra o dispositivo de deflexão 700 da FIG. 7 que inclui um dispositivo1510 para gerar energia elétrica devido às dinâmicas de deflexão, tal como energia de vibração, movimento e deformação no dispositivo de deflexão 700 e o conjunto de perfuração. O dispositivo 1510 pode incluir, mas não está limitado a, cristais piezelétricos, gerador eletromagnético, dispositivo MEMS. A energia gerada pode ser armazenada em um dispositivo de armazenamento, tal como bateria ou um condensador 1520, no conjunto de perfuração e pode ser utilizada para alimentar vários sensores, circuitos elétricos e outros dispositivos no conjunto de perfuração.

[00027] Com referência às FIGS. 13 a 14, os sinais dos sensores 1310, 1320, 1350, 1410 e 1450 podem ser transmitidos ou comunicados a um controlador ou outro circuito adequado no conjunto de perfuração por fio rígido, dispositivo óptico ou método de transmissão sem fio incluindo, mas limitado a métodos acústicos, de radiofrequência e eletromagnéticos. O controlador no conjunto de perfuração pode processar os sinais do sensor, armazenar tal informação em uma memória no conjunto de perfuração e/ou comunicar ou transmitir informação relevante em tempo real a um controlador de superfície através de qualquer método de telemetria adequado incluindo, mas não limitado a, tubo, telemetria de pulso de lama, transmissão acústica e telemetria eletromagnética. A informação de inclinação do sensor 1310 pode ser utilizada por um operador para controlar a direção de perfuração ao longo de um percurso de poço desejado ou predeterminado, isto é, geo-orientação e para controlar os parâmetros operacionais, tal como peso na ponta. Informações sobre a força aplicada pela seção inferior 790 na seção superior 720 pelo sensor 1320 podem ser usadas para controlar o peso na broca para mitigar os danos ao dispositivo de deflexão 700. As informações de torque, flexão e peso dos sensores 1450 são relevantes para a integridade do dispositivo de deflexão e do processo de perfuração e podem ser utilizadas para controlar os parâmetros de perfuração, como o peso aplicado e transferido na broca. Informações sobre a pressão no interior do conjunto de perfuração e nos anéis podem ser utilizadas para controlar a pressão diferencial em torno das vedações e, portanto, do lubrificante.

[00028] A FIG. 16 é um diagrama esquemático de um sistema de perfuração exemplar 1600 que pode utilizar um conjunto de perfuração 1630 que inclui um dispositivo de deflexão 1650 descrito em referência às FIGS 2 a 12 para perfurar furos de poço retos e desviados. O sistema de perfuração 1600 é mostrado para incluir um furo de poço 1610 sendo formado em uma formação 1619 que inclui uma seção superior do poço 1611 com um alojamento 1612 instalado no mesmo e uma seção inferior do furo de poço 1614 sendo perfurada com uma coluna de perfuração 1620. A coluna de perfuração 1620 inclui um membro tubular 1616 que transporta um conjunto de perfuração 1630 na sua extremidade inferior. O membro tubular 1616 pode ser um tubo de perfuração feito unindo seções de tubo, um fio de tubo enrolado ou uma combinação dos mesmos. O conjunto de perfuração 1630 é mostrado conectado a um dispositivo de desintegração, tal como uma broca 1655, preso à sua extremidade inferior. O conjunto de perfuração 1630 inclui inúmeros dispositivos, ferramentas e sensores para fornecer informação relativa a diversos parâmetros da formação 1619 do conjunto de perfuração 1630 e das operações de perfuração. O conjunto de perfuração 1630 inclui um dispositivo de deflexão 1650 feito de acordo com uma modalidade descrita em referência às FIGS. 2 a 15 Na FIG. 16, a coluna de perfuração 1630 é mostrada transportada no interior do furo de poço 1610 de uma plataforma exemplar1680 na superfície 1667. A plataforma exemplar 1680 é mostrada como uma plataforma terrestre para facilidade de explicação. O aparelho e os métodos aqui divulgados também podem ser utilizados com sondas marítimas. Uma mesa giratória 1669 ou um acionamento superior 1669a acoplada à coluna de perfuração 1620 pode ser utilizada para girar a coluna de perfuração 1620 e, portanto, o conjunto de perfuração 1630. um acionamento de controle 1690 (também referida como um “controlador” ou um “controlador de superfície”), que pode ser um sistema baseado em computador, na superfície 1667 pode ser utilizada para receber e processar dados recebidos de sensores no conjunto de perfuração 1630 e para controlar as operações de perfuração dos vários dispositivos e sensores no conjunto de perfuração 1630. O controlador de superfície 1690 pode incluir um processador 1692, um dispositivo de armazenamento de dados (ou um meio lido por computador) 1694 para armazenar os dados e programas de computador1696 acessíveis ao processador 1692 para determinar vários parâmetros de interesse durante a perfuração do poço 1610 e para controlar operações selecionadas dos vários dispositivos e ferramentas no conjunto de perfuração 1630 e as para perfuração do furo de poço 1610. O dispositivo de armazenamento de dados 1694 pode ser qualquer dispositivo adequado incluindo, mas não se limitando a, uma memória somente de leitura (ROM), uma memória de acesso aleatório (RAM), uma memória flash, uma fita magnética, um disco rígido e um disco óptico. Para perfurar o furo de poço 1610, um fluido de perfuração 1679 é bombeado sob pressão para o membro tubular 1616, fluido esse que passa através do conjunto de perfuração 1630 e descarrega no fundo 1610a da broca 1655. A broca 1655 desintegra a rocha de formação em cortes 1651. O fluido de perfuração 1679 retorna à superfície 1667 juntamente com os cortes 1651 através do espaço anular (também referido como o “anular”) 1627 entre a coluna de perfuração 1620 e o furo do poço 1610.

[00029] Ainda com referência à FIG. 16, o conjunto de perfuração 1630 ainda pode incluir um ou mais sensores de fundo de poço (também referidos como sensores de medição durante perfuração (MWD), sensores de perfilagem durante perfuração (LWD) ou ferramentas e sensores descritos em referência às FIGS. 13 a 15, coletivamente referidos como dispositivos de fundo de poço e designados pelo numeral 1675 e pelo menos um acionamento de controle ou controlador 1670 para processar dados recebidos dos dispositivos de fundo de poço 1675. Os dispositivos de fundo de poço 1675 incluem uma variedade de sensores que fornecem medições ou informações relativas à direção, posição e/ou orientação do conjunto de perfuração 1630 e/ou da broca 1655 em tempo real. Tais sensores incluem, mas não estão limitados a, acelerômetros, magnetômetros, giroscópios, sensores de medição de profundidade, taxa de dispositivos de medição de penetração. Os dispositivos 1675 também incluem sensores que fornecem informações sobre o comportamento da coluna de perfuração e as operações de perfuração, incluindo, mas não se limitando a sensores que fornecem informações sobre vibração, giro, deslizamento, taxa de penetração da broca na formação, peso na ponta, torque, flexão, turbilhão, vazão, temperatura e pressão. Os dispositivos 1675 podem ainda incluir ferramentas ou dispositivos que fornecem medições ou informação sobre as propriedades de rochas, gás, fluidos ou qualquer combinação dos mesmos na formação 1619 incluindo, mas não se limitando a, uma ferramenta de resistência, uma ferramenta acústica, uma ferramenta de raios gama, uma ferramenta nuclear, uma ferramenta de amostragem ou teste, uma ferramenta de perfuração e uma ferramenta de ressonância magnética nuclear. O conjunto de perfuração 1630 também inclui um dispositivo de geração de energia 1686 para fornecer energia elétrica aos vários dispositivos de fundo de poço 1675 e um sistema de telemetria ou unidade 1688, que pode utilizar qualquer técnica de telemetria adequada incluindo, mas não limitada a, telemetria de pulso de lama, telemetria eletromagnética, telemetria acústica e tubo com fio. Tais técnicas de telemetria são conhecidas na técnica e, assim, não são descritas em detalhes aqui. O conjunto de perfuração 1630, como mencionado anteriormente, inclui ainda um dispositivo de deflexão (também referido como um acionamento ou dispositivo de direção) 1650 que permite que um operador direcione a broca 1655 nas direções desejadas para perfurar furos de poço desviados. Estabilizadores, tais como estabilizadores 1662 e 1664 são fornecidos ao longo da seção de direcionamento 1650 para estabilizar a seção contendo o dispositivo de deflexão 1650 (também referido como a seção de direcionamento) e o resto do conjunto de perfuração 1630. O controlador de fundo de poço 1670 pode incluir um processador 1672, tal como um microprocessador, um dispositivo de armazenamento de dados 1674 e um programa1676 acessível ao processador 1672. Em aspectos, o controlador 1670 recebe medições dos vários sensores durante a perfuração e pode parcial ou completamente processar tais sinais para determinar um ou mais parâmetros de interesse e fazer com que o sistema de telemetria 1688 transmita algumas ou todas essas informações para o controlador de superfície 1690. Em aspectos, o controlador 1670 pode determinar a localização e orientação do conjunto de perfuração ou da broca e enviar essa informação para a superfície. Alternativamente, ou além disso, o controlador 1690 na superfície determina esses parâmetros a partir dos dados recebidos do conjunto de perfuração. Um operador na superfície, o controlador 1670 e/ou o controlador 1690 podem orientar (direção e inclinação) o conjunto de perfuração ao longo das direções desejadas para perfurar as seções desviadas do furo de poço em resposta a tais parâmetros direcionais determinados ou calculados. O sistema de perfuração 1600, em vários aspectos, permite que um operador oriente o dispositivo de desvio em qualquer direção desejada orientando o conjunto de perfuração com base na medição de orientação (por exemplo em relação ao norte, em relação ao lado alto, etc.) superfície de medições de fundo de poço descritas anteriormente para perfurar seções retas e curvas ao longo dos caminhos de poço desejados, monitorar a direção da perfuração e ajustar continuamente a orientação conforme desejado em resposta aos vários parâmetros do sensor determinados pelos sensores descritos aqui e ajustar os parâmetros de perfuração para mitigar os danos os componentes do conjunto de perfuração. Tais ações e ajustes podem ser feitos automaticamente pelos controladores no sistema ou pela entrada de um operador ou semimanualmente.

[00030] Assim, em certos aspectos, o dispositivo de deflexão inclui um ou mais sensores que fornecem medições relativas aos parâmetros de perfuração direcional ou o estado do dispositivo de deflexão, tal como um ângulo ou taxa de ângulo, uma distância ou uma taxa de distância, ambos relativos à taxa de inclinação ou inclinação. Tal sensor pode incluir, mas não está limitado a, um sensor de flexão e um sensor eletromagnético. O sensor eletromagnético traduz a mudança de ângulo ou a mudança de distância que está relacionada à mudança de inclinação em uma voltagem usando a lei de indução ou uma mudança de capacidade. O mesmo sensor ou outro sensor pode medir os parâmetros dinâmicos de perfuração, como aceleração, peso na ponta, flexão, torque, RPM. O dispositivo de deflexão também pode incluir sensores de avaliação de formação que são usados para tomar decisões de geo-orientação, seja através de comunicação para a superfície ou automaticamente através de um controlador de fundo de poço. Sensores de avaliação de formação, tais como resistividade, acústica, ressonância magnética nuclear (RMN), nuclear, etc. podem ser usados para identificar as características de formação de fundo de poço, incluindo fronteiras geológicas.

[00031] Em certos outros aspectos, os conjuntos de perfuração descritos aqui incluem um dispositivo de deflexão que: (1) fornece uma inclinação quando o conjunto de perfuração não é girado e a broca é girada por um acionamento de fundo de poço, como um motor de lama para permitir a perfuração de seções de perfurações curvadas ou articuladas; e (2) a inclinação endireita quando o conjunto de perfuração é girado para permitir a perfuração de seções retas de perfurações. Em uma modalidade não limitante, pode ser fornecido um dispositivo de aplicação de força mecânica para iniciar a inclinação. Em outra modalidade não limitante, pode ser fornecido um dispositivo hidráulico para iniciar a inclinação. Um dispositivo de amortecimento pode ser fornecido para ajudar a manter a inclinação em linha reta quando o conjunto de perfuração é girado. Um dispositivo de amortecimento também pode ser fornecido para suportar a posição articulada do conjunto de perfuração quando forças rápidas são exercidas sobre a inclinação, tal como durante as flutuações da face da ferramenta. Além disso, um restritor pode ser fornecido para reduzir ou controlar a taxa da inclinação. Assim, em vários aspectos, o conjunto de perfuração articula-se automaticamente em uma posição inclinada ou articulada quando o conjunto de perfuração não é girado e automaticamente atinge uma posição reta ou substancialmente reta quando o conjunto de perfuração é girado. Os sensores fornecem informações sobre a direção (posição e orientação) do conjunto de perfuração inferior no furo do poço, informações essas que são usadas para orientar a seção inferior do conjunto de perfuração ao longo de uma direção de furação desejada. Uma inclinação predeterminada permanente pode ser fornecida para auxiliar a inclinação da seção inferior quando o conjunto de perfuração está rotativamente estacionário. Os batentes finais são fornecidos no dispositivo de deflexão que define a inclinação mínima e máxima da seção inferior em relação à seção superior do conjunto de perfuração. Uma variedade de sensores no conjunto de perfuração, incluindo os no dispositivo de deflexão ou associados a ele, são usados para perfurar furos de poço ao longo dos poços desejados e tomar ações corretivas para mitigar os danos aos componentes do conjunto de perfuração. Para o propósito desta descrição, normalmente rotativamente estacionário significa que o conjunto de perfuração não é girado pela rotação da coluna de perfuração da superfície. A frase “substancialmente rotativamente estacionário” e o termo “estacionário” são consideradas equivalentes. Além disso, uma seção “reta” deve incluir uma seção “substancialmente reta”.

[00032] A divulgação anterior se refere a certas modalidades e métodos exemplares. Várias modificações serão evidentes para os versados na técnica. Pretende-se que todas as variações dentro do escopo das reivindicações anexas sejam englobadas pela divulgação anterior. As palavras “compreendendo” e “compreende” como usadas nas reivindicações serão interpretadas como significando “incluindo, mas não se limitando a”.

Claims

1. Conjunto de perfuração (100) para perfurar um furo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende: um alojamento (270, 770) tendo uma seção superior (220, 720) e uma seção inferior (290, 790) separada da seção superior (220, 720); um acionamento de fundo de poço (140) para girar uma broca de perfuração (147) em relação a um tubo de perfuração (148); o alojamento (270, 770) compreendendo um membro de articulação (210, 710) que acopla a seção superior (220, 720) do alojamento (270, 770) à seção inferior (290, 790) do alojamento (270, 770), em que a seção inferior (290, 790) do alojamento (270, 770) inclina em relação à seção superior (220, 720) do alojamento (270, 770) em torno do membro de articulação (210, 710) quando o tubo de perfuração (148) está rotativamente estacionário para permitir a perfuração de uma seção curva do furo de poço, e em que a rotação do tubo de perfuração (148) causa uma redução da inclinação entre a seção superior (220, 720) e a seção inferior (290, 790) para permitir a perfuração de uma seção mais reta do furo de poço; em que o membro de articulação (210, 710) compreende um primeiro pino através de uma parede do alojamento e um segundo pino através da parede do alojamento; e um sensor de inclinação (1310) que fornece medições relacionadas à inclinação entre a seção superior (220, 720) e a seção inferior (290, 790).

2. Conjunto de perfuração (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de inclinação (1310) é selecionado de um grupo que consiste em: um sensor de posição angular, um sensor de distância, um sensor de posição, um sensor de codificador rotativo, um sensor de efeito Hall, um marcador magnético, um sensor capacitivo, e um sensor indutivo.

3. Conjunto de perfuração (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sensor direcional que provê a medição relativa a uma direção do conjunto de perfuração (100).

4. Conjunto de perfuração (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sensor de força que fornece medições relativas à força aplicada a pelo menos uma dentre a seção inferior (290, 790) e a seção superior (220, 720).

5. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o sensor de força está posicionado em um batente de extremidade (280) do conjunto de perfuração (100) que define um limite da inclinação da seção inferior (290, 790) em relação à seção superior (220, 720).

6. Conjunto de perfuração (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sensor de parâmetros de perfuração que fornece medições relativas a um parâmetro de perfuração.

7. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de perfuração é selecionado de um grupo que consiste em: vibração; turbilhão; peso na ponta; momento de flexão; pressão; e torque.

8. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um processador (1672) que processa as medições do sensor de inclinação (1310) e transmite informações relacionadas a ele para um receptor.

9. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um dispositivo (1510) que colhe energia elétrica devido ao movimento de um ou mais elementos do conjunto de perfuração (100), pelo menos parte da energia elétrica coletada para uso pelo sensor de inclinação (1310).

10. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro de articulação (210, 710) é uma conexão de articulada e em que o sensor de inclinação (1310) fornece medições relativas a um ângulo de inclinação da seção inferior (290, 790) em relação a uma referência.

11. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a referência é uma dentre: uma localização no membro de articulação (210, 710); um eixo predefinido em relação ao conjunto de perfuração (100); e um batente de extremidade (280, 282).

12. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de perfuração (100) inclui um batente de extremidade (280, 282) e em que o sensor de inclinação (1310) fornece medições relativas a uma dentre: distância de um membro móvel do batente de extremidade (280, 282); e distância percorrida por um membro móvel em direção ao batente de extremidade (280, 282) a partir de um local de referência.

13. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as medições relativas à inclinação entre a seção superior (220, 720) e a seção inferior (290, 790) são medidas em contato com o membro de articulação (210, 710).

14. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma haste (143), em que a haste (143) é acoplada ao acionamento de fundo de poço (140) e à broca (147) e está disposta no alojamento (270, 770); e uma seção de mancal na seção inferior (290, 790) que acopla rotativamente a haste (143) à seção inferior (290, 790); em que a haste (143) está disposta e configurada para ser girada pelo acionamento dentro da seção superior (220, 720), da seção inferior (290, 790), da seção de mancal e do membro de articulação (210, 710).

15. Método para perfurar um furo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende: transportar um conjunto de perfuração (100) no furo de poço por um tubo de perfuração (148) a partir da localização da superfície, o conjunto de perfuração (100) incluindo: um alojamento (270, 770) tendo uma seção superior (220, 720) e uma seção inferior (290, 790) separada as seção superior (220, 720); um acionamento de fundo de poço (140) para girar uma broca de perfuração (147) em relação ao tubo de perfuração (148); o alojamento (270, 770) compreendendo um membro de articulação (210, 710) que acopla a seção superior (220, 720) do alojamento (270, 770) à seção inferior (290, 790) do alojamento (270, 770), em que a seção inferior (290, 790) do alojamento (270, 770) inclina em relação à seção superior (220, 720) do alojamento (270, 770) em torno do membro de articulação (210, 710) quando o tubo de perfuração (148) está rotativamente estacionário para permitir a perfuração de uma seção curva do furo de poço, e em que a rotação do tubo de perfuração (148) reduz a inclinação entre a seção superior (220, 720) e a seção inferior (290, 790) para permitir a perfuração de uma seção mais reta do furo de poço; em que o membro de articulação (210, 710) compreende um primeiro pino através de uma parede do alojamento e um segundo pino através da parede do alojamento; e um sensor de inclinação (1310) que fornece medições relacionadas à inclinação; perfurar uma seção reta do furo de poço girando o tubo de perfuração (148) a partir de um local de superfície; fazer o tubo de perfuração (148) ficar pelo menos rotativamente estacionário;determinar um parâmetro de interesse relativo à inclinação; e perfurar uma seção curva do furo de poço pelo acionamento de fundo de poço (140) no conjunto de perfuração (100) em resposta ao parâmetro determinado de interesse relacionado à inclinação.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o sensor de inclinação (1310) é selecionado de um grupo que consiste em: um sensor de posição angular, um sensor de distância, um sensor de posição, um sensor de codificador rotativo, um sensor de efeito Hall, um marcador magnético, um sensor capacitivo, e um sensor indutivo.

17. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda determinar um parâmetro direcional durante a perfuração do furo de poço e ajustar a direção de perfuração em resposta à mesma.

18. Método de perfuração de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda determinar uma força aplicada a pelo menos uma dentre a seção superior (220, 720) e a seção inferior (290, 790).

19. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda determinar um parâmetro de perfuração durante a perfuração do furo de poço e a tomada de uma ação corretiva em resposta ao parâmetro de perfuração determinado.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de perfuração é selecionado de um grupo que consiste em: vibração; turbilhão; peso na ponta; momento de flexão; pressão; e torque.

21. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda o uso de um processador (1672) para processar medições do sensor de inclinação (1310) e para transmitir informação relacionada a ele para um receptor.

22. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: gerar energia elétrica utilizando um dispositivo (1510) devido ao movimento de um ou mais elementos do conjunto de perfuração (100); e usar a energia elétrica gerada para alimentar um sensor de inclinação (1310).

23. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o membro de articulação (210, 710) é uma conexão articulada e em que o sensor de inclinação (1310) fornece medições relativas a um ângulo de inclinação da seção inferior (290, 790) em relação a uma referência.

24. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o conjunto de perfuração (100) inclui um batente de extremidade (280, 282) e em que o sensor de inclinação (1310) fornece medições relativas a uma dentre: distância de um membro móvel do batente de extremidade (280, 282); e distância percorrida por um membro em movimento na direção do batente de extremidade (280, 282) de um local de referência.

25. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as medições relativas à inclinação compreendem pelo menos um dentre inclinação, taxa de inclinação, aceleração, curvatura, torque, força e peso.

26. Conjunto de perfuração (100), de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a inclinação ou a taxa de inclinação é derivada de pelo menos uma de uma medição de ângulo, uma medição de taxa de ângulo, uma medição de distância, uma medição de taxa de distância, uma medição de posição.

27. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que as medições relativas à inclinação compreendem pelo menos uma dentre inclinação, taxa de inclinação, aceleração, curvatura, torque, força e peso.

28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a inclinação ou a taxa de inclinação é derivada de pelo menos uma de uma medição de ângulo, uma medição de taxa de ângulo, uma medição de distância, uma medição de taxa de distância, uma medição de posição.

29. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma haste (143), em que a haste (143) é acoplada ao acionamento de fundo de poço (140) e à broca e está disposto no alojamento (270, 770); e uma seção de mancal na seção inferior (290, 790) que acopla rotativamente a haste (143) à seção inferior (290, 790); em que a haste (143) está disposta e configurada para ser girada pelo acionamento dentro da seção superior (220, 720), da seção inferior (290, 790), da seção de mancal e do membro de articulação (210, 710).