BRPI0502151B1 - APPARATUS FOR DETERMINING CHARACTERISTICS OF A UNDERGROUND GEOLOGICAL TRAINING, AND METHOD FOR DETERMINING CHARACTERISTICS OF A SUBTERRANEUS TRAINING - Google Patents
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Description
APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE CARACTERÍSTICAS DE UMA FORMAÇÃO GEOLÓGICA SUBTERRÂNEA, E MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DEAPPARATUS FOR DETERMINING CHARACTERISTICS OF AN UNDERGROUND GEOLOGICAL FORMATION AND METHOD FOR DETERMINING
CARACTERÍSTICAS DE UMA FORMAÇÃO SUBTERRÂNEAFEATURES OF UNDERGROUND TRAINING
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção [0001] A presente invenção refere-se na generalidade à investigação de interior de poço de formações geológicas subterrâneas. Mais particularmente, a presente invenção refere-se à determinação de características de uma formação localizada abaixo da superfície terrestre mediante uma operação de amostragem realizada por meio de realização de perfurações em um furo perfurado que penetra a formação. 2. Técnica Anterior [0002] Historicamente têm sido perfurados furos de perfuração (também conhecidos como furos de poço, ou simplesmente como poços) em busca de formações localizadas abaixo da superfície terrestre (também conhecidas como jazidas de interior de poço) que contêm fluidos muito desejáveis, tais como petróleo, gás ou água. Um furo de perfuração é perfurado com uma sonda de perfuração que pode se encontrar localizada em terra firme ou sobre massas de água, e o furo perfurado propriamente dito estende-se para um interior de poço na direção das formações localizadas abaixo da superfície terrestre. O furo perfurado pode permanecer 'aberto' após a perfuração (isto é, não forrado com um revestimento), ou pode ser equipado com um revestimento (em outros casos designado como um forro), formando um furo perfurado 'revestido'. Um furo perfurado revestido é criado mediante inserção de uma pluralidade de seções (isto é, juntas) tubulares interligadas de revestimento de aço no interior de um furo perfurado aberto, e bombeamento de cimento para o interior do poço através do centro do revestimento. 0 cimento flui em saída através da parte do fundo do revestimento e retorna na direção da superfície através de uma parte do furo perfurado que fica situada entre o revestimento e a parede do furo perfurado, conhecida como 'espaço anular' ("annulus"). 0 cimento é assim empregado no lado externo do revestimento para manter o revestimento em uma disposição fixa e para proporcionar um determinado grau de integridade estrutural e uma vedação entre a formação e o revestimento.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to the in-depth investigation of underground geological formations. More particularly, the present invention relates to the determination of characteristics of a formation located below the earth surface by means of a sampling operation performed by drilling in a perforated hole that penetrates the formation. 2. Prior Art Historically, boreholes (also known as wellbores, or simply as wells) have been drilled for formations located below the earth's surface (also known as inland wells) that contain very high fluids. such as oil, gas or water. A drill hole is drilled with a drill rig that can be located on dry land or over water bodies, and the drill hole itself extends into a well interior in the direction of the formations located below the earth's surface. The drilled hole may remain 'open' after drilling (ie not lined with a sheath), or may be equipped with a sheath (in other cases referred to as a lining), forming a 'sheathed' drilled hole. A coated drilled hole is created by inserting a plurality of interconnected tubular steel coating sections (i.e. joints) into an open drilled hole, and pumping cement into the well through the center of the coating. Cement flows out through the bottom portion of the liner and returns toward the surface through a portion of the perforated hole which is located between the liner and the wall of the perforated hole known as the annulus. Cement is thus employed on the outside of the coating to maintain the coating in a fixed arrangement and to provide a certain degree of structural integrity and a seal between the formation and the coating.
[0003] Diversas técnicas para realização de avaliação de formações (isto é, pesguisa e análise das regiões da formação circundantes com relação ao furo para determinação da presença de petróleo e gás) em furos perfurados abertos, desprovidos de revestimento, foram descritas, por exemplo, nas patentes norte-americanas n° 4.860.581 e 4.936.139, ambas sob cessão ao cessionário da presente invenção. As Figuras IA e 1B ilustram um aparelho de teste de formação conhecido na técnica de acordo com os ensinamentos destas patentes. O aparelho A das Figuras IA e 1B tem uma construção modular, muito embora uma ferramenta unitária também possa ter utilidade. O aparelho A é uma ferramenta de interior de poço ("downhole tool") que pode ser descida para o interior do furo de poço (não ilustrado) por um cabo de perfuração ("wireline") (não ilustrado) para propósitos de realização de testes de avaliação de formações geológicas. As conexões para acoplamento de cabo de perfuração da ferramenta A, bem como para alimentação de energia e para os componentes eletrônicos relacionados com comunicações, não se encontram ilustradas para maior clareza da presente descrição. As linhas de alimentação de energia e de comunicações que se estendem ao longo de toda a extensão da ferramenta encontram-se geralmente ilustradas com o numeral 8. Estes componentes de alimentação de energia e comunicações são bem conhecidos daqueles que são versados na técnica e já se encontravam em uso comercial no passado. Os equipamentos de controle deste tipo seriam normalmente instalados na extremidade mais superior da ferramenta, na adjacência da conexão do cabo de perfuração com a ferramenta, com linhas elétricas dispostas através da ferramenta e ligadas aos diversos componentes.Various techniques for performing formation assessment (i.e. research and analysis of the surrounding formation regions with respect to the hole for the presence of oil and gas) in open, uncoated boreholes have been described, for example. , U.S. Patent Nos. 4,860,581 and 4,936,139, both of which are assigned to the assignee of the present invention. Figures 1A and 1B illustrate a formation test apparatus known in the art according to the teachings of these patents. Apparatus A of Figures 1A and 1B has a modular construction, although a unitary tool may also have utility. Apparatus A is a downhole tool that can be lowered into the wellbore (not shown) by a wireline (not shown) for evaluation tests of geological formations. Connections for tool A drill cable coupling as well as for power supply and for communications related electronic components are not illustrated for the sake of clarity of the present description. Power and communication lines extending the full length of the tool are generally illustrated with numeral 8. These power and communication components are well known to those skilled in the art and already were in commercial use in the past. Control equipment of this type would normally be installed at the upper end of the tool, adjacent to the drill cable connection with the tool, with power lines arranged through the tool and connected to the various components.
[0004] Conforme se encontra ilustrado na configuração da Figura IA, o aparelho A possui um módulo de energia hidráulica C, um módulo de obturador ("packer") P, e um módulo de sonda ("probe") E. 0 módulo de sonda E encontra-se ilustrado com um conjunto de sonda 10 que pode ser utilizado para testes de permeabilidade ou para coleta de amostras (amostragem) de fluido(s). Quando a ferramenta é utilizada para determinação de permeabilidade anisotrópica e a estrutura vertical da jazida de acordo com técnicas conhecidas, pode ser adicionado um módulo de múltiplas sondas F ao módulo de sonda E, conforme se encontra ilustrado na Figura IA. O módulo de múltiplas sondas F possui um conjunto 14 de sonda vertical ("sink probe") 14, e um conjunto de sonda horizontal 12. Alternativamente, um módulo de obturador duplo P é normalmente combinado com o módulo de sonda E para testes verticais de permeabilidade.As shown in the configuration of Figure 1A, apparatus A has a hydraulic power module C, a packer P, and a probe E module. Probe E is illustrated with a probe assembly 10 that can be used for permeability testing or for sampling fluid (s). When the tool is used for anisotropic permeability determination and the vertical structure of the deposit according to known techniques, a multiple probe module F may be added to the probe module E as shown in Figure 1A. The multiple probe module F has a sink probe assembly 14, and a horizontal probe assembly 12. Alternatively, a dual plug obturator module P is normally combined with probe module E for vertical probe testing. permeability.
[0005] O módulo de energia hidráulica C inclui uma bomba 16, um reservatório 18, e um motor 20 para controle da operação da bomba 16. Um comutador de nível baixo de óleo 22 proporciona um aviso de nível baixo de óleo ao operador da ferramenta, e como tal é utilizado para regular a operação da bomba 16.The hydraulic power module C includes a pump 16, a reservoir 18, and a motor 20 for controlling the operation of pump 16. A low oil level switch 22 provides a low oil level warning to the tool operator. , and as such is used to regulate pump operation 16.
[0006] A linha de fluido hidráulico 24 é ligada ao lado de descarga da bomba 16 e fica disposta através do módulo de energia hidráulica C, seguindo para módulos adjacentes para ser utilizada como fonte de energia hidráulica. Na configuração ilustrada na Figura IA, a linha de fluido hidráulico 24 estende-se através do módulo de energia hidráulica C para o interior dos módulos de sonda E e/ou F dependendo de qual venha a ser a configuração utilizada. 0 enlace (circuito fechado) hidráulico é fechado através da linha de retorno de fluido hidráulico 26, que na Figura IA se estende do módulo de sonda E retornando para o módulo de energia hidráulica C onde termina no reservatório 18.The hydraulic fluid line 24 is connected to the discharge side of the pump 16 and is disposed through the hydraulic power module C, following to adjacent modules to be used as a hydraulic power source. In the configuration illustrated in Figure 1A, the hydraulic fluid line 24 extends through the hydraulic power module C into the probe modules E and / or F depending on which configuration will be used. The hydraulic loop is closed via the hydraulic fluid return line 26, which in Figure 1A extends from probe module E returning to the hydraulic power module C where it terminates in reservoir 18.
[0007] O módulo de bombeamento de descarga M, observado na Figura 1B, pode ser utilizado para descarte de amostras não desejáveis mediante bombeamento de fluido da linha de fluxo 54 para o interior do furo perfurado, ou poderá ser utilizado para bombeamento de fluidos do furo perfurado para o interior da linha de fluxo 54 para inflação dos obturadores duplos ("straddle packers") 28 e 30. Adicionalmente, o módulo de bombeamento de descarga M pode ser utilizado para retirar fluido de formação do furo de poço através do módulo de sonda E ou F, ou do módulo de obturador ("packer") P, com subsequente bombeamento do fluido de formação para o interior do módulo de câmara de amostragem S contra um fluido de compensação ("buffer fluid") que ali se encontra. Este processo será descrito adicionalmente abaixo.The discharge pumping module M, shown in Figure 1B, may be used for disposal of undesirable samples by pumping fluid from flow line 54 into the borehole, or may be used for pumping fluid from the hole drilled into the flow line 54 for straddle packer inflation 28 and 30. In addition, the discharge pumping module M can be used to withdraw formation fluid from the wellbore through the probe E or F, or the packer P, with subsequent pumping of the forming fluid into the sampling chamber module S against a buffer fluid therein. This process will be further described below.
[0008] A bomba de pistão bidirecional 92, energizada por fluido hidráulico da bomba 91, pode ser alinhada para retirar da linha de fluxo 54 e descartar uma amostra indesejável através da linha de fluxo 95, ou poderá ser alinhada para bombear fluido do furo perfurado (através da linha de fluxo 95) para a linha de fluxo 54. O módulo de bombeamento de descarga pode igualmente ser configurado no ponto em que a linha de fluxo 95 se liga à linha de fluxo 54 de tal forma que pode ser retirado fluido da parte de jusante da linha de fluxo 54 e o fluido pode ser bombeado para montante ou vice-versa. O módulo de bombeamento de descarga M possui os dispositivos de controle necessários para regular a bomba de pistão 92 e alinhar a linha de fluxo 54 com a linha de fluxo 95 para realização do procedimento de bombeamento de descarga. Deverá ser observado neste caso que a bomba de pistão 92 pode ser utilizada para bombeamento de amostras para o interior do(s) módulo(s) de câmara de amostragem S, incluindo sobrepressurização de tais amostras conforme for desejado, bem como para bombeamento de amostras para fora do(s) módulo(s) de câmara de amostragem S utilizando o módulo de bombeamento de descarga M. 0 módulo de bombeamento de descarga M pode igualmente ser utilizado para obtenção de injeção com taxa constante ou pressão constante caso necessário. Com energia suficiente, o módulo de bombeamento de descarga M pode ser utilizado para injeção de fluido em taxas suficientemente elevadas para permitir a criação de micro-fraturas para medições de esforço ("stress") da formação.The bi-directional piston pump 92, powered by hydraulic fluid from pump 91, may be aligned to withdraw from flow line 54 and discard an unwanted sample through flow line 95, or may be aligned to pump fluid from the drilled hole. (through flow line 95) to flow line 54. The discharge pumping module can also be configured at the point where flow line 95 connects to flow line 54 such that fluid can be drawn from the downstream of the flow line 54 and the fluid may be pumped upstream or vice versa. The discharge pumping module M has the necessary control devices to regulate the piston pump 92 and align the flow line 54 with the flow line 95 to perform the discharge pumping procedure. It should be noted in this case that the piston pump 92 may be used for pumping samples into sampling chamber module (s) S, including overpressurizing such samples as desired as well as pumping samples out of the sampling chamber module (s) using the discharge pumping module M. The discharge pumping module M may also be used to obtain constant rate or constant pressure injection if required. With sufficient energy, the discharge pumping module M can be used for fluid injection at sufficiently high rates to allow the creation of micro-fractures for formation stress measurements.
[0009] Alternativamente, os obturadores duplos ("straddle packers") 28 e 30 ilustrados na Figura IA podem ser inflados e esvaziados com fluido de furo perfurado utilizando a bomba de pistão 92. Conforme poderá ser prontamente observado, uma atuação seletiva do módulo de bombeamento de descarga M para ativação da bomba de pistão 92, em combinação com uma operação seletiva da válvula de controle 96 e uma inflação e esvaziamento das válvulas I podem ter como resultado uma inflação ou esvaziamento seletivo dos obturadores ("packers") 28 e 30. Os obturadores ("packers") 28 e 30 são montados na periferia externa 32 do aparelho A, e podem ser construídos de um material resiliente compatível com os fluidos de furo de poço e temperaturas. Os obturadores ("packers") 28 e 30 possuem uma cavidade nos mesmos. Quando a bomba de pistão se encontra operacional e as válvulas de inflação I são adequadamente ajustadas, o fluido da linha de fluxo 54 passa através das válvulas de inflação/esvaziamento I e através da linha de fluxo 38 para os obturadores ("packers") 28 e 30.Alternatively, the straddle packers 28 and 30 shown in Figure 1A may be inflated and emptied with borehole fluid using the piston pump 92. As can be readily observed, selective actuation of the feeder module. discharge pumping M to activate piston pump 92, in combination with selective operation of control valve 96 and inflation and deflating of valves I may result in inflation or selective deflating of packers 28 and 30. Packers 28 and 30 are mounted on the outer periphery 32 of apparatus A, and may be constructed of a resilient material compatible with well bore fluids and temperatures. Packers 28 and 30 have a cavity therein. When the piston pump is operational and inflation valves I are properly adjusted, flow line fluid 54 passes through inflation / drain valves I and through flow line 38 to packers 28. and 30.
[00010] Conforme se encontra igualmente ilustrado na Figura IA, o módulo de sonda E possui um conjunto de sonda 10 que é seletivamente móvel relativamente ao aparelho A. O movimento do conjunto de sonda 10 é iniciado mediante operação de um atuador de sonda 40, que alinha as linhas de fluxo hidráulico 24 e 26 com as linhas de fluxo 42 e 44. A sonda 26 é montada em uma estrutura 48, que é móvel relativamente ao aparelho A, e a sonda 46 é móvel relativamente à estrutura 48. Estes movimentos relativos são iniciados quando um dispositivo controlador 40 envia fluido das linhas de fluxo 24 e 26 seletivamente para as linhas de fluxo 42, 44, tendo como resultado um deslocamento inicial da estrutura 48 para o lado de fora entrando em contato com a parede de furo de poço (não exibida) . A extensão da estrutura 48 traz a sonda 46 para a adjacência da parede de furo de poço e exerce uma compressão sobre um anel elastomérico (designado como um obturador ("packer")) contra a parede do furo de poço, criando assim uma vedação entre o furo perfurado e a sonda 46. Na medida em que um objetivo consiste na obtenção de uma leitura correta da pressão da formação, em que essa pressão é refletida na sonda 46, será desejável inserir adicionalmente a sonda 46 através da torta de lama acumulada, entrando em contato com a formação. Assim, o alinhamento da linha de fluxo hidráulico 24 com a linha de fluxo 44 tem como resultado um deslocamento relativo da sonda 46 para o interior da formação mediante um movimento relativo da sonda 46 com relação à estrutura 48. A operação das sondas 12 e 14 é similar à da sonda 10, e não será descrita separadamente.As also shown in Figure 1A, probe module E has a probe assembly 10 which is selectively movable relative to apparatus A. Movement of probe assembly 10 is initiated by operation of a probe actuator 40, which aligns hydraulic flow lines 24 and 26 with flow lines 42 and 44. Probe 26 is mounted on a frame 48 which is movable relative to apparatus A, and probe 46 is movable relative to structure 48. These movements Relative signals are initiated when a controlling device 40 sends fluid from flow lines 24 and 26 selectively to flow lines 42, 44, resulting in an initial displacement of structure 48 outwardly in contact with the borehole wall. well (not shown). The extension of the frame 48 brings the probe 46 into the vicinity of the wellbore wall and compresses over an elastomeric ring (designated as a "packer") against the wellbore wall, thereby creating a seal between the drilled hole and the probe 46. To the extent that an objective is to obtain a correct reading of the formation pressure, where this pressure is reflected in the probe 46, it will be desirable to further insert the probe 46 through the accumulated mud cake, contacting the formation. Thus, alignment of hydraulic flow line 24 with flow line 44 results in a relative displacement of probe 46 into the formation by relative movement of probe 46 with respect to frame 48. Operation of probes 12 and 14 is similar to probe 10, and will not be described separately.
[00011] Após a inflação dos obturadores ("packers") 28 e 30 e/ou a disposição da sonda 10 e/ou das sondas 12 e 14, poderá ter início a operação de teste de retirada de fluido da formação. A linha de fluxo de amostragem 54 estende-se da sonda 46 no módulo de sonda E no sentido descendente para a periferia externa 32 em um ponto situado entre os obturadores ("packers") 28 e 30 através dos módulos adjacentes e entrando nos módulos de amostragem S. A sonda vertical 10 e a sonda de profundidade 14 permitem portanto a entrada de fluidos da formação na linha de fluxo de amostragem 54 através de um ou mais de uma célula de medição de resistividade 56, um dispositivo de medição de pressão 58, e um mecanismo de pré-teste 59, de acordo com a configuração desejada. Além disso, a linha de fluxo 64 permite o ingresso de fluidos da formação para o interior da linha de fluxo de amostragem 54. Quando o módulo E é utilizado, ou quando são utilizados os módulos múltiplos E e F, a válvula de inflação 62 é montada a jusante do sensor de resistividade 56. Na posição fechada, a válvula de inflação 62 limita o volume interno da linha de fluxo, aperfeiçoando a precisão das medições dinâmicas realizadas pelo instrumento de medição de pressão 58. Após serem feitos os testes iniciais de pressão, a válvula de inflação 62 pode ser aberta para permitir a ocorrência de fluxo para os outros módulos através da linha de fluxo 54.Following inflation of packers 28 and 30 and / or the placement of probe 10 and / or probes 12 and 14, the test fluid withdrawal operation may begin. Sampling flow line 54 extends from probe 46 in probe module E downwardly to outer periphery 32 at a point between packers 28 and 30 through adjacent modules and entering the module modules. The vertical probe 10 and the depth probe 14 thus allow formation fluids to enter the sample flow line 54 through one or more of a resistivity measuring cell 56, a pressure measuring device 58, and a pretest mechanism 59, according to the desired configuration. In addition, flow line 64 allows formation fluids to enter into sample flow line 54. When module E is used, or when multiple modules E and F are used, inflation valve 62 is downstream of the resistivity sensor 56. In the closed position, the inflation valve 62 limits the internal volume of the flow line, improving the accuracy of the dynamic measurements made by the pressure measuring instrument 58. After initial pressure tests are made , the inflation valve 62 may be opened to allow flow to the other modules through flow line 54.
[00012] Na realização de amostragens iniciais, existe uma forte probabilidade de o fluido de formação inicialmente obtido se encontrar contaminado por torta de lama e filtrado. É desejável purgar esses contaminantes da corrente de fluxo de amostragem anteriormente à coleta da(s) amostra(s). Desta forma, o módulo de bombeamento de descarga M é usado para purgar inicialmente do aparelho A espécimes de fluido de formação colhido através da abertura de acesso 64 dos obturadores duplos ("straddle packers") 28, 30, ou da sonda vertical 10, ou da sonda de profundidade 14, para o interior da linha de fluxo 54.In initial sampling, there is a strong likelihood that the initially obtained forming fluid will be contaminated by mud cake and filtered. It is desirable to purge these contaminants from the sample stream prior to sample collection (s). In this way, the discharge pumping module M is used to initially purge from the apparatus A specimens of forming fluid collected through the access port 64 of the straddle packers 28, 30, or the vertical probe 10, or from depth probe 14 into flow line 54.
[00013] 0 módulo de análise de fluido D inclui um dispositivo de análise ótica de fluido 99, que é particularmente adequado para o propósito de indicar se o fluido que se encontra na linha de fluxo 54 é ou não aceitável para coleta de uma amostra de alta qualidade. 0 dispositivo de análise ótica de fluido 99 é equipado com meios para estabelecer uma discriminação entre diversos óleos, gás e água. As patentes norte-americanas n° 4.994.671; n° 5.166.747; n° 5.939.717; e n° 5.956.132 bem como outras patentes conhecidas, todas sob cessão à empresa Schlumberger, descrevem detalhadamente o dispositivo analisador 99, e essa descrição não será aqui repetida.Fluid analysis module D includes an optical fluid analysis device 99 which is particularly suitable for the purpose of indicating whether or not fluid in the flow line 54 is acceptable for collecting a sample of fluid. high quality. Optical fluid analysis device 99 is equipped with means for discriminating between various oils, gas and water. U.S. Patent Nos. 4,994,671; No. 5,166,747; No. 5,939,717; and 5,956,132 as well as other known patents, all under assignment to Schlumberger, describe in detail the analyzer device 99, and this description will not be repeated herein.
[00014] Enquanto são retirados e eliminados os contaminantes do aparelho A, o fluido da formação pode continuar a fluir através da linha de fluxo de amostragem 54 que se estende através de módulos adjacentes tais como o módulo de análise de fluido D, o módulo de bombeamento de descarga Μ, o módulo de controle de fluxo N, e qualquer número de módulos de câmara de amostragem S que possam encontrar-se acoplados conforme se encontra ilustrado na Figura 1B. Aqueles que são versados na técnica poderão apreciar que ao ser configurada uma linha de fluxo de amostragem 54 disposta ao longo da extensão dos diversos módulos, torna-se possível empilhar uma multiplicidade de módulos de câmara de amostragem S sem necessariamente aumentar o diâmetro geral da ferramenta. Alternativamente, conforme é explicado mais abaixo, um único módulo de amostragem S poderá ser equipado com uma pluralidade de câmaras de amostragem de pequeno diâmetro, por exemplo mediante localização dessas câmaras lado a lado e eqüidistantes com relação ao eixo do módulo de amostragem. A ferramenta pode portanto colher mais amostras antes de ter que ser recuperada para a superfície, e pode ser utilizada em furos de menores dimensões.While contaminants are removed and disposed of apparatus A, the formation fluid may continue to flow through the sampling flow line 54 extending through adjacent modules such as fluid analysis module D, discharge pumping Μ, the flow control module N, and any number of sampling chamber modules S which may be coupled as shown in Figure 1B. Those skilled in the art will appreciate that by configuring a sampling flow line 54 arranged along the length of the various modules, it becomes possible to stack a plurality of sampling chamber modules S without necessarily increasing the overall tool diameter. . Alternatively, as explained below, a single sampling module S may be equipped with a plurality of small diameter sampling chambers, for example by locating such chambers side by side and equidistant from the axis of the sampling module. The tool can therefore take more samples before it has to be recovered to the surface, and can be used in smaller holes.
[00015] Fazendo novamente referência às Figuras IA e 1B, o módulo de controle de fluxo N inclui um sensor de fluxo 66, um dispositivo controlador de fluxo 68, um pistão 71, reservatórios 72, 73 e 74, e um dispositivo de restrição seletivamente ajustável tal como uma válvula 70. Uma amostra de tamanho previamente determinado poderá ser obtida a uma taxa de fluxo especifica mediante utilização do equipamento descrito acima.Referring again to Figures 1A and 1B, flow control module N includes a flow sensor 66, a flow controller 68, a piston 71, reservoirs 72, 73, and 74, and a selectively restrained device. such as a valve 70. A predetermined sample size can be obtained at a specific flow rate using the equipment described above.
[00016] O módulo de câmara de amostragem S pode então ser empregado para colher uma amostra do fluido fornecido através da linha de fluxo 54. Se for utilizado um módulo de amostragem múltipla, a taxa de amostragem poderá ser regulada pelo módulo de controle de fluxo N, o que constitui um benefício mas não é indispensável para amostragem de fluido. Com referência ao módulo de câmara de amostragem S superior na Figura 1B, uma válvula 80 é aberta e uma das válvulas 62 ou 62A, 62B é aberta (seja qual for a válvula de controle para o módulo de amostragem) e o fluido da formação é enviado através do módulo de amostragem, para o interior da linha de fluxo 54, e para o interior da cavidade de coleta de amostra 84C na câmara 84 do módulo de câmara de amostragem S, e após isso a válvula 80 é fechada para isolar a amostra, e a válvula de controle do módulo de amostragem é fechada para isolar a linha de fluxo 54. A câmara 8 4 tem uma cavidade de coleta de amostra 84C e uma cavidade de compensação/pressurização 84p. A ferramenta pode então ser deslocada para uma localização diferente e o processo poderá ser repetido. As amostras adicionais que forem colhidas poderão ser armazenadas em qualquer número de módulos de câmara de amostragem S adicionais que podem ser acoplados mediante um alinhamento adequado de válvulas. Por exemplo, existem duas câmaras de amostragem S ilustradas na Figura 1B. Após o preenchimento da câmara superior mediante operação da válvula isoladora 80, poderá ser armazenada uma amostra subseqüente no módulo de câmara de amostragem S mais inferior mediante abertura da válvula isoladora 88 acoplada à cavidade de coleta de amostra 90C da câmara 90. A câmara 90 possui uma cavidade de coleta de amostra 90C e uma cavidade de compensação/pressurização 90p. Deverá ser observado que cada módulo de câmara de amostragem possui seu próprio conjunto de controle, ilustrado na Figura 1B com os numerais 100 e 94. Qualquer número de módulos de câmara de amostragem S, ou até nenhum módulo de câmara de amostragem, poderá ser utilizado em configurações especificas da ferramenta, dependendo da natureza do teste a ser realizado. Além disso, o módulo de amostragem S poderá consistir em um módulo de amostragem múltipla que aloja uma pluralidade de câmaras de amostragem, conforme foi mencionado acima.Sampling chamber module S can then be employed to take a sample of the fluid supplied through flow line 54. If a multiple sampling module is used, the sampling rate may be regulated by the flow control module. N, which is a benefit but not indispensable for fluid sampling. Referring to the upper sampling chamber module S in Figure 1B, a valve 80 is opened and one of valves 62 or 62A, 62B is opened (regardless of the control valve for the sampling module) and the forming fluid is sent through the sampling module into flow line 54 and into sample collection cavity 84C in chamber 84 of sampling chamber module S, and thereafter valve 80 is closed to isolate the sample , and the sampling module control valve is closed to isolate flow line 54. Chamber 84 has a sample collection cavity 84C and a compensation / pressurization cavity 84p. The tool may then be moved to a different location and the process may be repeated. Additional samples taken may be stored in any number of additional sampling chamber modules S that can be coupled by proper valve alignment. For example, there are two sampling chambers S illustrated in Figure 1B. After filling the upper chamber by operation of the isolation valve 80, a subsequent sample may be stored in the lower sampling chamber module S by opening the isolation valve 88 coupled to the sample collection cavity 90C of chamber 90. Chamber 90 has one 90C sample collection well and one 90p compensation / pressurization well. It should be noted that each sampling chamber module has its own control set, illustrated in Figure 1B with numerals 100 and 94. Any number of sampling chamber modules S, or even no sampling chamber module, may be used. specific tool configurations, depending on the nature of the test to be performed. In addition, sampling module S may consist of a multiple sampling module housing a plurality of sampling chambers as mentioned above.
[00017] Deverá igualmente ser observado que um fluido de compensação ("buffer fluid") na forma de fluido de furo de poço de pressão plena poderá ser aplicado aos lados posteriores dos pistões nas câmaras 84 e 90 para controle adicional da pressão do fluido de formação fornecido para os módulos de amostragem S. Para este propósito, as válvulas 81 e 83 são abertas, e a bomba de pistão 92 do módulo de bombeamento de descarga M deve bombear o fluido na linha de fluxo 54 com uma pressão superior à pressão de furo de poço. Foi descoberto que esta ação tem como efeito um amortecimento ou redução do pulso de pressão ou "choque" experimentado durante a extração ("drawdown"). Este método de amostragem de baixo nível de choque foi utilizado com particular vantagem na obtenção de amostras de fluido de formações não consolidadas, além de permitir sobrepressurizar a amostra de fluido por meio da bomba de pistão 92.It should also be noted that a buffer fluid in the form of full pressure borehole fluid may be applied to the rear sides of the pistons in chambers 84 and 90 for further control of the fluid pressure. For this purpose, valves 81 and 83 are opened, and the discharge pump module M piston pump 92 must pump fluid in flow line 54 at a pressure greater than the borehole. It has been found that this action has the effect of damping or reducing the pressure pulse or "shock" experienced during drawdown. This low shock level sampling method has been used with particular advantage in obtaining fluid samples from unconsolidated formations, in addition to allowing overpressurization of the fluid sample by means of the piston pump 92.
[00018] É conhecido que diversas configurações do aparelho A podem ser empregadas dependendo do objetivo a ser cumprido. Para uma amostragem básica, o módulo de energia hidráulica C pode ser utilizado em combinação com o módulo de energia elétrica L, com o módulo de sonda E e com uma multiplicidade de módulos de câmara de amostragem S. Para determinação de pressão de jazida, o módulo de energia hidráulica C pode ser utilizado com o módulo de energia elétrica L e com o módulo de sonda E. Para amostragem sem contaminação em condições de jazida, o módulo de energia hidráulica C pode ser utilizado com o módulo de energia elétrica L, e o módulo de sonda E em combinação com o módulo de análise de fluido D, o módulo de bombeamento de descarga M e uma multiplicidade de módulos de câmara de amostragem S. Poderá ser realizado um teste simulado do tipo de Teste de Coluna de Perfuração (Drill Stem Test - DST) mediante combinação do módulo de energia elétrica L com o módulo obturador ("packer") P e os módulos de câmara de amostragem S. Outras configurações são igualmente possíveis e a disposição dessas configurações depende igualmente dos objetivos a serem alcançados com a ferramenta. A ferramenta pode ter uma construção unitária ou modular, entretanto a construção modular permite uma maior flexibilidade e menores custos para os usuários quando não são requeridos todos os atributos.It is known that various configurations of apparatus A may be employed depending on the purpose to be fulfilled. For basic sampling, hydraulic power module C can be used in combination with electrical power module L, probe module E and a plurality of sampling chamber modules S. For field pressure determination, the hydraulic power module C can be used with electrical power module L and probe module E. For sampling without contamination in deposit conditions, hydraulic power module C can be used with electrical power module L, and probe module E in combination with fluid analysis module D, discharge pumping module M and a plurality of sampling chamber modules S. A simulated Drill Column Test type test may be performed. Test (DST) by combining the L power module with the P packer module and the S sampling chamber modules. possible and the arrangement of these settings also depends on the objectives to be achieved with the tool. The tool can be either unitary or modular in construction, however modular construction allows for greater flexibility and lower costs for users when not all attributes are required.
[00019] Os módulos individuais do aparelho A são construídos para se acoplarem rapidamente uns aos outros. Podem ser utilizadas conexões lisas ("flush connections") entre os módulos ao invés de conexões macho/fêmea para evitar pontos nos quais podem ficar retidos contaminantes que são normalmente encontrados em um ambiente de localização de poço.The individual modules of apparatus A are designed to be quickly coupled to one another. Flush connections may be used between modules instead of male / female connections to avoid points where contaminants that are normally encountered in a well location environment may be trapped.
[00020] O controle de fluxo durante a coleta de amostras permite a utilização de diferentes taxas de fluxo. Em situações de baixa permeabilidade, o controle de fluxo é muito útil para impedir que a pressão de retirada de amostras de fluido da formação seja inferior a seu ponto de borbulhamento ou ponto de precipitação de asfaltenos.Flow control during sampling allows the use of different flow rates. In situations of low permeability, flow control is very useful in preventing the withdrawal pressure of fluid samples from the formation from being below their bubbling point or asphaltene precipitation point.
[00021] Assim, quando a ferramenta contata a parede do furo de poço, é estabelecida uma comunicação fluida entre a formação e a ferramenta de interior de poço. Podem então ser realizadas diversas operações de teste e amostragem. Tipicamente, é realizado um pré-teste mediante retirada de fluido para o interior da linha de fluxo por meio de uma ativação seletiva de um pistão de pré-teste. O pistão de pré-teste é retraído de tal forma que o fluido flui para o interior de uma parte da linha de fluxo da ferramenta de interior de poço. Os ciclos do pistão em uma fase de extração e uma fase de acumulação proporcionam uma indicação de pressão que é analisada para avaliação da pressão da formação no interior do poço, para ser determinado se o obturador ("packer") estabeleceu uma vedação adequada, e para determinar se o fluxo de fluido é adequado para obtenção de uma amostra para diagnóstico.Thus, when the tool contacts the wellbore wall, fluid communication is established between the formation and the wellbore tool. Various testing and sampling operations can then be performed. Typically, a pretest is performed by withdrawing fluid into the flow line by selectively activating a pretest piston. The pretest piston is retracted such that fluid flows into a portion of the in-pit tool flow line. Piston cycles in an extraction phase and an accumulation phase provide a pressure indication that is analyzed for evaluation of the formation pressure within the well to determine whether the packer has established a proper seal, and to determine if fluid flow is adequate to obtain a diagnostic specimen.
[00022] Decorre da discussão acima que as operações de medição de pressão e de coleta de amostras de fluido de formações penetradas por furos perfurados abertos são bem conhecidas na técnica relevante. Após um revestimento ter sido instalado no furo perfurado, entretanto, a possibilidade de realização desses testes é limitada. Existem centenas de poços revestidos cujo abandono é considerado a cada ano na América do Norte, e esses poços vêm adicionar-se aos milhares de poços que se encontram já inativos. Estes poços foram abandonados devido ao fato de já não produzirem petróleo e gás nas quantidades necessárias para serem economicamente lucrativos. Entretanto, a maioria desses poços foram perfurados no final da década de 1960 e durante a década de 1970 e foram perfilados mediante utilização de técnicas consideradas primitivas pelos padrões atuais. Assim, pesquisas recentes revelaram que muitos destes poços abandonados contêm grandes quantidades de gás natural e petróleo recuperáveis (talvez em quantidades de até 100 a 200 trilhões de pés cúbicos) (de 2,831 trilhões a 5,662 trilhões de metros cúbicos), que não foram aproveitados pelas técnicas de produção convencionais. Devido ao fato de a maior parte dos custos de desenvolvimento de campos de produção, tais como os custos de perfuração, revestimento e cimentação, já terem sido despendidos nestes poços, poderá vir a ser comprovado que a exploração destes poços para produção de recursos de petróleo e gás natural constituiría um empreendimento pouco dispendioso que permitiría obter um acréscimo da produção de hidrocarbonetos e gás. É portanto desejável realizar testes adicionais em tais furos perfurados revestidos.It follows from the above discussion that pressure measurement and fluid sampling operations from formations penetrated by open drilled holes are well known in the relevant art. After a liner has been installed in the drilled hole, however, the possibility of performing these tests is limited. There are hundreds of wells that are considered to be abandoned each year in North America, and these wells add to the thousands of wells that are already inactive. These wells have been abandoned due to the fact that they no longer produce oil and gas in the quantities required to be economically profitable. However, most of these wells were drilled in the late 1960s and during the 1970s and were profiled using techniques considered primitive by current standards. Thus, recent research has revealed that many of these abandoned wells contain large amounts of recoverable natural gas and oil (perhaps as much as 100 to 200 trillion cubic feet) (from 2,831 trillion to 5,662 trillion cubic meters) that have not been tapped by conventional production techniques. Due to the fact that most of the costs of developing production fields, such as drilling, coating and cementing costs, have already been spent on these wells, it may be proven that the exploration of these wells to produce oil resources and natural gas would be an inexpensive undertaking that would increase the production of hydrocarbons and gas. It is therefore desirable to perform further testing on such coated drilled holes.
[00023] Para a realização de diversos testes em um furo perfurado revestido, com vistas a determinar se o poço constitui um bom candidato para colocação em produção, é muitas vezes necessário perfurar o revestimento para investigar a formação em torno do furo perfurado. Uma dessas técnicas de perfuração utilizada comercialmente emprega uma ferramenta que pode ser descida em um cabo de perfuração ("wireline") para uma seção revestida de um furo perfurado, em que a ferramenta inclui uma carga explosiva conformada destinada a perfurar o revestimento, e dispositivos de teste e amostragem para medição de parâmetros hidráulicos do ambiente situado atrás do revestimento e/ou para coleta de amostras de fluidos do referido ambiente.In order to conduct various tests on a coated drilled hole to determine if the well is a good candidate for production, it is often necessary to drill the coating to investigate formation around the drilled hole. One such commercially used drilling technique employs a tool that can be lowered on a wireline to a coated section of a drilled hole, wherein the tool includes a shaped explosive charge intended to pierce the coating, and devices. testing and sampling for measuring the hydraulic parameters of the environment behind the liner and / or collecting fluid samples from the environment.
[00024] Foram desenvolvidas diversas técnicas para criação de perfurações em furos perfurados revestidos, tais como as técnicas e ferramentas de perfuração que são descritas, por exemplo, nas patentes norte-americanas n° 5.195.588; n° 5.692.565; n° 5.746.279; n° 5.779.085; n° 5.687.806; e n° 6.119.782, todas sob cessão ao cessionário da presente invenção.Various techniques have been developed for drilling in coated drilled holes, such as drilling techniques and tools which are described, for example, in U.S. Patent Nos. 5,195,588; No. 5,692,565; No. 5,746,279; No. 5,779,085; No. 5,687,806; and No. 6,119,782, all under assignment to the assignee of the present invention.
[00025] A patente '588 concedida a Dave descreve uma ferramenta de teste de formação de interior de poço que pode vedar novamente um furo ou perfuração em uma parede de um furo perfurado revestido. A patente '565 concedida a McDougall e outros descreve uma ferramenta de interior de poço com uma única broca disposta em um eixo flexível para perfurar, realizar amostragem, e subseqüentemente vedar uma multiplicidade de furos praticados em um furo perfurado revestido. A patente '279 concedida a Havlinek e outros descreve um aparelho e um método para superação de limitações de tempo de vida útil de broca mediante transporte de múltiplas brocas, cada uma das mesmas sendo empregada para perfurar somente um furo. A patente '806 concedida a Salwasser e outros descreve uma técnica para acréscimo do peso-sobre-a-broca fornecido para a broca disposta no eixo flexível mediante utilização de um pistão hidráulico.The '588 patent issued to Dave discloses an interior well formation test tool that can reseal a hole or bore in a wall of a coated drilled hole. The '565 patent issued to McDougall et al. Discloses a single-drill well interior tool arranged on a flexible shaft for drilling, sampling, and subsequently sealing a plurality of holes drilled into a coated drilled hole. Havlinek et al. Patent 279 discloses an apparatus and method for overcoming drill life limitations by carrying multiple drills, each of which is employed to drill only one hole. The '806 patent issued to Salwasser et al. Discloses a technique for adding the weight-over-drill supplied to the flexible shaft drill using a hydraulic piston.
[00026] Uma outra técnica de perfuração é descrita na patente norte-americana n° 6.167.968 concedida à empresa Penetrators Canada. A patente '968 revela um sistema de perfuração de certa forma complexo envolvendo a utilização de uma broca de usinagem para perfuração de revestimentos de aço e uma broca para rocha montada em um eixo flexível para perfurar através da formação e da camada cimentada.Another drilling technique is described in U.S. Patent No. 6,167,968 issued to Penetrators Canada. The '968 patent discloses a somewhat complex drilling system involving the use of a machining drill for steel cladding drilling and a rock drill mounted on a flexible shaft to drill through the formation and the cemented layer.
[00027] Apesar desses avanços dos sistemas de perfuração e avaliação de formações, subsiste uma necessidade de provisão de uma ferramenta de interior de poço que seja capaz de perfurar a parede lateral de um furo de poço e realizar os processos desejados de avaliação da formação. Um tal sistema será também preferencialmente equipado com um sistema de sonda/obturador capaz de suportar a ferramenta de perfuração e/ou capacidades de bombeamento para retirada de fluido para o interior da ferramenta de interior de poço. É igualmente desejável que este sistema combinado de perfuração e avaliação de formação seja provido com um sistema de broca capaz de uso regular de longo prazo, e adaptável para trabalho em uma variedade de condições de furo de poço, tal como em furos de poço revestidos ou de furo aberto. É igualmente desejável que um tal sistema proporcione um conjunto de sonda/obturador que seja menos sujeito aos problemas de encravamento diferencial do corpo da ferramenta com a parede do furo perfurado, e reduza o risco de danos ao conjunto de sonda durante a movimentação da ferramenta. É adicionalmente desejável que um tal sistema possa perfurar através de uma distância seletiva para o interior da formação, suficiente para alcançar um ponto situado para além de uma zona localizada imediatamente em torno do furo perfurado e cuja permeabilidade poderá ter sido alterada, reduzida ou danificada devido aos efeitos da perfuração (de poço) do furo perfurado, inclusive por bombeamento e invasão de fluidos de perfuração.Despite these advances in drilling and formation assessment systems, there remains a need to provide an interior well tool that is capable of drilling the sidewall of a wellbore and performing the desired formation assessment processes. Such a system will also preferably be equipped with a probe / plug system capable of supporting the drilling tool and / or fluid withdrawal pumping capabilities into the interior well tool. It is equally desirable that this combined drilling and forming evaluation system be provided with a drill system capable of long term regular use, and adaptable to work in a variety of wellbore conditions, such as coated wellbores or open hole. It is also desirable for such a system to provide a probe / plug assembly that is less subject to the differential locking problems of the tool body with the drilled hole wall, and to reduce the risk of damage to the probe assembly while moving the tool. It is further desirable that such a system can drill through a selective distance within the formation sufficient to reach a point beyond a zone located immediately around the drilled hole and whose permeability may have been altered, reduced or damaged due to the effects of drilling (well) drilling of the drilled hole, including pumping and invasion of drilling fluids.
SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION
[00028] Em um aspecto, a presente invenção proporciona um aparelho para determinação de características de uma formação localizada abaixo da superfície terrestre, incluindo um corpo de ferramenta adaptado para encaminhamento no interior de um furo perfurado que penetra a formação subterrânea. Um conjunto de sonda é transportado pelo corpo da ferramenta para vedar e isolar uma região da parede do furo perfurado. A expressão "conjunto de sonda" será doravante aqui utilizada para descrição da presente invenção de forma a abranger a utilização de sondas (dispositivos captadores ou de detecção), obturadores ("packers"), e uma combinação dos mesmos. Um atuador é empregado para movimentar o conjunto de sonda entre uma posição retraída para encaminhamento do corpo da ferramenta durante a manobra e uma posição operacional para vedação e isolação de uma região da parede do furo perfurado. Um dispositivo perfurador é empregado para penetrar uma parte da região de contato vedado da parede do furo perfurado.In one aspect, the present invention provides apparatus for determining features of a formation located below the earth surface, including a tool body adapted for routing within a perforated hole that penetrates the underground formation. A probe assembly is carried by the tool body to seal and insulate a region of the drilled hole wall. The term "probe assembly" will hereinafter be used herein to describe the present invention to encompass the use of probes (pickup or sensing devices), packers, and a combination thereof. An actuator is employed to move the probe assembly between a retracted position for routing the tool body during maneuvering and an operating position for sealing and isolating a region of the drilled hole wall. A perforating device is employed to penetrate a portion of the sealed contact region of the drilled hole wall.
[00029] Em uma configuração específica, o aparelho de acordo com a invenção inclui adicionalmente uma linha de fluxo que se estende através de uma parte do corpo da ferramenta e fica disposta em comunicação fluida com pelo menos um dos dispositivo perfurador, atuador, conjunto de sonda, e uma combinação dos mesmos, para admitir fluido da formação para o interior do corpo da ferramenta. Uma bomba é igualmente transportada no interior do corpo da ferramenta para extrair fluido da formação para o interior do corpo da ferramenta através da linha de fluxo. Uma câmara de amostragem pode adicionalmente ser transportada no interior do corpo da ferramenta para receber fluido de formação da bomba. Adicionalmente, um instrumento poderá ser transportado no interior do corpo da ferramenta para analisar fluido de formação retirado para o interior do corpo da ferramenta por meio da linha de fluxo e da bomba.In a specific embodiment, the apparatus according to the invention further includes a flow line that extends through a part of the tool body and is arranged in fluid communication with at least one of the punching device, actuator, flow assembly. probe, and a combination thereof, to admit forming fluid into the body of the tool. A pump is also carried within the tool body to extract formation fluid into the tool body through the flow line. A sampling chamber may additionally be carried within the tool body to receive pump forming fluid. Additionally, an instrument may be carried within the tool body to analyze forming fluid drawn into the tool body via the flow line and the pump.
[00030] O corpo da ferramenta do aparelho de acordo com a invenção é adaptado para movimentação no interior de um furo perfurado mediante utilização de um cabo de perfuração ("wireline") da mesma forma que os dispositivos convencionais de teste de formação, ou através de uma coluna de perfuração para utilização durante períodos de interrupção da perfuração (do poço) em furos (poços) muito direcionais ou em situações em que o encravamento constitui uma probabilidade substancial.The tool body of the apparatus according to the invention is adapted for movement within a drilled hole by using a wireline in the same manner as conventional forming test devices, or by of a drill string for use during drilling interruption (well) periods in very directional holes (wells) or in situations where interlocking is a substantial probability.
[00031] O conjunto de sonda inclui, em uma configuração específica, um par de anéis infláveis portados individualmente em torno de partes axialmente separadas do corpo da ferramenta e adaptados para estabelecimento de contato de vedação com regiões anulares axialmente separadas da parede do furo perfurado. O atuador inclui um sistema hidráulico para seletivamente inflar e esvaziar os anéis obturadores ("packer rings").The probe assembly includes, in a specific configuration, a pair of individually inflatable rings carried around axially separated portions of the tool body and adapted for sealing contact with axially separated annular regions of the drilled hole wall. The actuator includes a hydraulic system to selectively inflate and deflate packer rings.
[00032] Em uma outra configuração do aparelho de acordo com a invenção, o conjunto de sonda é adaptado para estabelecimento de contato de vedação com uma região da parede de furo de poço adjacente a um lado do corpo da ferramenta. Desta forma, esta configuração inclui adicionalmente um sistema de ancoragem para suporte do corpo da ferramenta contra uma região da parede de furo de poço localizada em oposição a esse lado do corpo da ferramenta. 0 conjunto de sonda da presente configuração inclui preferencialmente uma placa substancialmente rígida e um elemento obturador compressível montado sobre a placa. O atuador da presente configuração inclui preferencialmente uma pluralidade de pistões acoplados à placa de sonda para movimentação do conjunto de sonda entre as posições retraída e operacional, e uma fonte de energia controlável para fornecimento de energia aos pistões. A fonte de energia controlável inclui preferencialmente um sistema hidráulico.In another embodiment of the apparatus according to the invention, the probe assembly is adapted for establishing sealing contact with a well hole wall region adjacent one side of the tool body. Thus, this configuration further includes an anchor system for supporting the tool body against a well hole wall region located opposite that side of the tool body. The probe assembly of the present embodiment preferably includes a substantially rigid plate and a compressible plug member mounted on the plate. The actuator of the present embodiment preferably includes a plurality of pistons coupled to the probe plate for moving the probe assembly between retracted and operational positions, and a controllable power supply for piston power supply. The controllable power source preferably includes a hydraulic system.
[00033] Em uma configuração particular do aparelho de acordo com a invenção, o dispositivo perfurador inclui pelo menos um eixo de perfuração possuindo uma broca de perfuração acoplada a uma extremidade do mesmo para penetrar uma parte da região vedada e isolada da parede de furo de poço, e um conjunto de motor de perfuração para aplicação de torque e força de translação ao eixo de perfuração. 0(s) eixo(s) pode(m) ser flexível/flexíveis ou rígido(s), dependendo da aplicação específica. Assim, por exemplo, se for requerida uma perfuração lateral extensa, um eixo rígido poderá não ser adequado na medida em que o comprimento de um eixo rígido será restringido pelo diâmetro do corpo da ferramenta. Será preferencial que o dispositivo perfurador da presente configuração inclua adicionalmente uma guia tubular para orientar o percurso de translação do eixo de perfuração para realização de um percurso de penetração substancialmente perpendicular pela broca de perfuração através do parede de furo de poço.In a particular embodiment of the apparatus according to the invention, the drilling device includes at least one drilling shaft having a drill bit coupled to one end thereof to penetrate a portion of the sealed and insulated region of the drill hole wall. well, and a drilling motor assembly for applying torque and driving force to the drilling shaft. The shaft (s) may be flexible / rigid or rigid depending on the specific application. Thus, for example, if extensive lateral drilling is required, a rigid shaft may not be adequate as the length of a rigid shaft will be constrained by the diameter of the tool body. It will be preferred that the drilling device of the present embodiment additionally includes a tubular guide for orienting the drilling axis translation path for achieving a substantially perpendicular penetration path through the drill bit through the borehole wall.
[00034] Em uma configuração em particular, a guia tubular é flexível e é ligada em uma extremidade ao conjunto de motor de perfuração, sendo ligada na outra extremidade ao conjunto de sonda. Alternativamente, a guia tubular é definida por um conduto que se estende através de uma parte do corpo da ferramenta. Na configuração alternativa, a guia tubular pode incluir uma parte lateralmente protuberante do corpo da ferramenta através da qual se estende uma parte do conduto, ou pode incluir uma parte tubular substancialmente rígida do conjunto de sonda que é concêntrica com uma parte do conduto.In one particular embodiment, the tubular guide is flexible and is attached at one end to the drill motor assembly and is attached at the other end to the probe assembly. Alternatively, the tubular guide is defined by a conduit extending through a part of the tool body. In the alternative embodiment, the tubular guide may include a laterally protruding part of the tool body through which a conduit portion extends, or it may include a substantially rigid tubular portion of the probe assembly that is concentric with a conduit portion.
[00035] Em diversas configurações do aparelho de acordo com a invenção, o dispositivo perfurador inclui pelo menos um de uma carga explosiva, um punção hidráulico, uma broca de testemunhagem ("coring bit"), e uma combinação dos mesmos.In various embodiments of the apparatus according to the invention, the piercing device includes at least one of an explosive charge, a hydraulic punch, a coring bit, and a combination thereof.
[00036] Em um outro aspecto, a presente invenção refere-se a um método para determinação de características de uma formação localizada sob a superfície terrestre, incluindo as etapas de vedação e isolação de uma região de uma parede de um furo perfurado que penetra a formação, e perfuração de uma parte da região vedada e isolada da parede de furo de poço para facilitar a realização de testes da formação.In another aspect, the present invention relates to a method for determining characteristics of a formation located beneath the earth's surface, including the steps of sealing and insulating a region of a perforated hole wall that penetrates the surface. forming, and drilling a portion of the sealed and insulated region of the wellbore wall to facilitate formation testing.
[00037] O método de acordo com a invenção inclui preferencialmente as etapas de coleta de uma amostra da formação através da parte perfurada da parede de furo de poço, e análise da amostra colhida de fluido da formação.The method according to the invention preferably includes the steps of collecting a sample from the formation through the perforated portion of the well bore wall, and analyzing the sample taken from the formation fluid.
[00038] Em um outro aspecto, a presente invenção refere-se a um aparelho para perfuração de um furo perfurado revestido que penetra uma formação subterrânea, incluindo um corpo da ferramenta adaptado para movimentação no interior do furo perfurado revestido. Um primeiro eixo de perfuração possui uma primeira broca de perfuração acoplada a uma extremidade do mesmo para perfurar uma parte do revestimento que forra a parede de furo de poço, e um segundo eixo de perfuração possui uma segunda broca de perfuração acoplada a uma extremidade do mesmo para se estender através da perfuração praticada no revestimento e perfurar uma parte da parede de furo de poço. Um conjunto de motor de perfuração é empregado para aplicação de torque e força de translação aos primeiro e segundo eixos de perfuração, e um conjunto de acoplamento é empregado para acoplamento seletivo do conjunto de motor de perfuração ao primeiro eixo de perfuração, ao segundo eixo de perfuração, ou a uma combinação dos mesmos.In another aspect, the present invention relates to an apparatus for drilling a coated drilled hole that penetrates an underground formation, including a tool body adapted for movement within the coated drilled hole. A first drill shaft has a first drill bit coupled to one end thereof to drill a portion of the liner that lines the wellbore wall, and a second drill shaft has a second drill bit coupled to an end thereof to extend through the drill hole in the casing and drill a portion of the wellbore wall. A drill motor assembly is employed for applying torque and travel force to the first and second drilling axes, and a coupling assembly is employed for selectively coupling the drilling motor assembly to the first drilling axis to the second drilling axis. drilling, or a combination thereof.
[00039] Um sistema de ancoragem é preferencialmente portado pelo corpo da ferramenta para suporte do corpo da ferramenta no interior do furo perfurado. O sistema de ancoragem é preferencialmente passível de deslocamento para disposição em uma posição operacional por intermédio, por exemplo, de um sistema hidráulico.An anchoring system is preferably carried by the tool body to support the tool body within the drilled hole. The anchoring system is preferably displaceable for disposal in an operating position by, for example, a hydraulic system.
[00040] Em uma configuração em particular, o conjunto de acoplamento inclui um conjunto de engrenagens operacionalmente acoplado a ambos os primeiro e segundo eixos de perfuração. Pelo menos um dos eixos de perfuração desta configuração é seletivamente acoplado operacionalmente ao conjunto de engrenagens.In a particular embodiment, the coupling assembly includes a gear assembly operably coupled to both the first and second drilling axes. At least one of the drill shafts of this configuration is selectively operably coupled to the gear assembly.
[00041] Em uma outra configuração, o segundo eixo de perfuração possui um percurso de perfuração definido, e o conjunto de acoplamento inclui um acoplamento de broca acoplado a uma extremidade do primeiro eixo de perfuração na localização oposta à da primeira broca de perfuração, e um meio para movimentar seletivamente o primeiro eixo de perfuração entre uma posição de espera e uma posição de perfuração. A posição de perfuração é localizada no percurso de perfuração do segundo eixo de perfuração, dessa forma permitindo que a segunda broca de perfuração contate o acoplamento de broca e acione o primeiro eixo de perfuração. Os meios de movimentação podem deslocar o primeiro eixo de perfuração em um movimento de pivotação ou um movimento de translação.In another embodiment, the second drilling axis has a defined drilling path, and the coupling assembly includes a drill coupling coupled to one end of the first drilling axis at a location opposite that of the first drilling drill, and a means for selectively moving the first drilling axis between a hold position and a drilling position. The drilling position is located in the drilling path of the second drilling axis, thereby allowing the second drilling drill to contact the drill coupling and drive the first drilling shaft. The movement means may displace the first drilling axis in a pivoting movement or a translational movement.
[00042] Em uma configuração adicional, os primeiro e segundo eixos de perfuração possuem respectivos percursos de perfuração definidos, e o conjunto de acoplamento inclui um acoplamento de broca acoplado a uma extremidade do primeiro eixo de perfuração em oposição à da primeira broca de perfuração, e um meio para movimentação seletiva do segundo eixo de perfuração de seu percurso de perfuração para o percurso de perfuração do primeiro eixo de perfuração, dessa forma permitindo que a segunda broca de perfuração contate o acoplamento de broca e acione o primeiro eixo de perfuração.In an additional configuration, the first and second drilling axes have respective defined drilling paths, and the coupling assembly includes a drill coupling coupled to one end of the first drilling axis as opposed to the first drilling drill, and means for selectively moving the second drilling axis from its drilling path to the drilling path of the first drilling axis, thereby allowing the second drill bit to contact the drill coupling and drive the first drilling shaft.
[00043] Um aspecto adicional da presente invenção refere-se a um método para perfuração de um furo perfurado revestido que penetra uma formação subterrânea, incluindo a etapa de perfuração de uma parte do revestimento que forra a parede de furo de poço mediante utilização de um conjunto de motor de perfuração e um primeiro eixo de perfuração possuindo uma primeira broca de perfuração acoplada a uma extremidade do mesmos, e extensão de um segundo eixo de perfuração através da perfuração praticada no revestimento mediante utilização do conjunto de motor de perfuração. O segundo eixo de perfuração possui uma segunda broca de perfuração acoplada a uma extremidade do mesmo para penetrar a formação. Uma parte da parede de furo de poço é então perfurada mediante utilização do conjunto de motor de perfuração e do segundo eixo de perfuração com a segunda broca de perfuração. Os primeiro e segundo eixos de perfuração são seletivamente acoplados ao conjunto de motor de perfuração para execução das etapas de perfuração e extensão.A further aspect of the present invention relates to a method for drilling a coated drilled hole that penetrates an underground formation, including the step of drilling a portion of the coating that lines the wellbore wall using a drill motor assembly and a first drill spindle having a first drill bit coupled to one end thereof, and extending a second drill spindle by drilling through the liner using the drill motor assembly. The second drill shaft has a second drill bit coupled to one end thereof to penetrate the formation. A portion of the wellbore wall is then drilled using the drill motor assembly and the second drill shaft with the second drill bit. The first and second drill axes are selectively coupled to the drill motor assembly to perform drilling and extension steps.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
[00044] Para tornar possível uma compreensão detalhada das características e vantagens da presente invenção conforme referidas acima, será dada uma descrição mais específica da invenção que foi objeto do breve sumário acima, com referência às configurações da mesma que são ilustradas nos desenhos em anexo. Deverá ser observado, entretanto, que os desenhos em anexo ilustram apenas configurações típicas da invenção e não devem portanto ser considerados como limitações do escopo da mesma, já que a invenção pode admitir outras configurações igualmente eficazes.In order to make possible a detailed understanding of the features and advantages of the present invention as referred to above, a more specific description of the invention will be given which has been briefly summarized above with reference to the embodiments thereof which are illustrated in the accompanying drawings. It should be noted, however, that the accompanying drawings illustrate only typical embodiments of the invention and should therefore not be construed as limiting the scope of the invention, as the invention may allow other equally effective embodiments.
[00045] As Figuras 1A-1B são ilustrações esquemáticas de um dispositivo de teste de formação de acordo com a técnica anterior para utilização em ambientes de furo aberto.Figures 1A-1B are schematic illustrations of a prior art forming test device for use in open hole environments.
[00046] A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um dispositivo de teste de formação de acordo com a técnica anterior para utilização em ambientes de furo revestido.Figure 2 is a schematic illustration of a prior art forming test device for use in coated hole environments.
[00047] A Figura 3 é uma ilustração esquemática de um dispositivo aperfeiçoado de teste de formação para utilização em ambientes de furo aberto ou de furo revestido de acordo com a presente invenção.Figure 3 is a schematic illustration of an improved formation test device for use in open hole or coated hole environments in accordance with the present invention.
[00048] As Figuras 4A-4B são ilustrações seqüenciais detalhadas, parcialmente em corte transversal, de uma configuração de um conjunto de sonda passível de deslocamento para disposição em uma posição operacional de acordo com um aspecto da presente invenção.Figures 4A-4B are detailed sequential, partially cross-sectional illustrations of a configuration of a displaceable probe assembly for disposition in an operating position in accordance with an aspect of the present invention.
[00049] As Figuras 5A-5B são ilustrações seqüenciais detalhadas, parcialmente em corte transversal, de uma segunda configuração do conjunto de sonda passível de deslocamento para disposição em uma posição operacional.Figures 5A-5B are detailed, partially cross-sectional, sequential detailed illustrations of a second configuration of the displaceable probe assembly for placement in an operating position.
[00050] As Figuras 6A-6B são ilustrações seqüenciais detalhadas, parcialmente em corte transversal, de uma terceira configuração do conjunto de sonda passível de deslocamento para disposição em uma posição operacional.[00050] Figures 6A-6B are detailed, partially cross-sectional, sequential detailed illustrations of a third configuration of the displaceable probe assembly for placement in an operating position.
[00051] A Figura 7 é uma ilustração detalhada, parcialmente em corte transversal, de uma quarta configuração do conjunto de sonda passível de deslocamento para disposição em uma posição operacional.[00051] Figure 7 is a detailed, partially cross-sectional illustration of a fourth configuration of the displaceable probe assembly for placement in an operating position.
[00052] A Figura 8 é uma ilustração esquemática de um dispositivo aperfeiçoado de teste de formação que emprega obturadores ("packers") infláveis duplos de acordo com um outro aspecto da presente invenção.Figure 8 is a schematic illustration of an improved formation test device employing dual inflatable packers in accordance with another aspect of the present invention.
[00053] As Figuras 9A, 9B, e 9C são ilustrações seqüenciais detalhadas, parcialmente em corte transversal, de uma realização de uma configuração de broca dupla para perfuração das paredes de um furo revestido de acordo com um outro aspecto da presente invenção.Figures 9A, 9B, and 9C are detailed sequential illustrations, partially in cross section, of an embodiment of a double drill configuration for drilling the walls of a coated hole in accordance with another aspect of the present invention.
[00054] As Figuras 10A, 10B, e 10C são ilustrações seqüenciais detalhadas, parcialmente em corte transversal, de uma segunda realização da configuração de broca dupla para perfuração das paredes de um furo revestido.Figures 10A, 10B, and 10C are detailed sequential illustrations, partially in cross section, of a second embodiment of the double drill configuration for drilling the walls of a coated hole.
[00055] As Figuras 11A, 11B, e 11C são ilustrações seqüenciais detalhadas, parcialmente em corte transversal, de uma terceira realização da configuração de broca dupla para perfuração das paredes de um furo revestido.Figures 11A, 11B, and 11C are detailed sequential illustrations, partially in cross section, of a third embodiment of the double drill configuration for drilling the walls of a coated hole.
[00056] As Figuras 12A, 12B, e 12C são ilustrações seqüenciais detalhadas, parcialmente em corte transversal, de uma segunda realização da configuração de broca dupla para perfuração das paredes de um furo revestido.Figures 12A, 12B, and 12C are detailed sequential illustrations, partially in cross section, of a second embodiment of the double drill configuration for drilling the walls of a coated hole.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[00057] A Figura 2 ilustra uma ferramenta de perfuração 212 para avaliação de formação. A ferramenta 212 é suspensa em um cabo 213, no interior de um revestimento de aço 211. Este revestimento de aço reveste ou forra o furo perfurado 210 e é suportado com cimento 210b. O furo perfurado 210 é tipicamente preenchido com um fluido de completação ou água. A extensão do cabo determina substancialmente as profundidades a que a ferramenta 212 pode ser descida para o interior do furo perfurado. Instrumentos de medição de profundidade podem determinar o deslocamento do cabo sobre um mecanismo de suporte (por exemplo, uma polia) determinando a profundidade especifica da ferramenta de perfilagem 212. A extensão do cabo é controlada por um meio conhecido adequado na superfície tal como um mecanismo de tambor/carretel e guincho (não ilustrados). A profundidade pode igualmente ser determinada por sensores elétricos, nucleares, ou outros sensores que correlacionam a profundidade com medições anteriores feitas no poço ou com relação ao revestimento do poço. Além disso, circuitos eletrônicos (não exibidos) localizados na superfície representam circuitos de processamento, comunicações e controle para a ferramenta de perfilagem 212. Os circuitos podem ser de um tipo conhecido e não precisam apresentar características novas.[00057] Figure 2 illustrates a drilling tool 212 for formation evaluation. Tool 212 is suspended on a cable 213 within a steel sheath 211. This steel sheath coats or lines the drilled hole 210 and is supported with cement 210b. The drilled bore 210 is typically filled with a completion fluid or water. The length of the handle substantially determines the depths to which the tool 212 may be lowered into the drilled hole. Depth gauges can determine the cable offset over a support mechanism (eg a pulley) by determining the specific depth of the profiling tool 212. The length of the cable is controlled by a suitable known means on the surface such as a mechanism. drum / reel and winch (not shown). Depth can also be determined by electrical, nuclear, or other sensors that correlate depth with previous measurements made in the well or in relation to the well casing. In addition, surface-mounted (not shown) electronic circuits represent processing, communications, and control circuits for the 212 profiling tool. The circuits may be of a known type and need not have new characteristics.
[00058] A ferramenta 212 da Figura 2 é ilustrada com um corpo geralmente cilíndrico 217 equipado com uma cavidade longitudinal 228 que envolve um alojamento interno 214 e componentes eletrônicos. Pistões de ancoragem 215 forçam o conjunto ferramenta-obturador 217b contra o revestimento 211 formando uma vedação estanque para pressão entre a ferramenta e o revestimento e que serve para manter a ferramenta estacionária.The tool 212 of Figure 2 is illustrated with a generally cylindrical body 217 equipped with a longitudinal cavity 228 surrounding an inner housing 214 and electronic components. Anchor Pistons 215 force the tool-shutter assembly 217b against the liner 211 to form a pressure tight seal between the tool and the liner that serves to keep the tool stationary.
[00059] 0 alojamento interno 214 contém os meios de perfuração, os meios de teste e amostragem e os meios de obturação. Este alojamento interno é movimentado ao longo do eixo da ferramenta (verticalmente) através da cavidade 228 pelo pistão de translação de alojamento 216 fixado a uma parte do corpo 207 porém igualmente disposto no interior da cavidade 228. Este movimento do alojamento interno 214 posiciona, nas respectivas posições mais inferior e mais superior, os componentes dos meios de perfuração e obturação em alinhamento lateral com a abertura lateral do corpo 212a no interior do obturador ("packer") 217b. A abertura 212a comunica com a cavidade 228 através de uma abertura 228a para o interior da cavidade.Internal housing 214 contains the drilling means, the testing and sampling means and the closing means. This inner housing is moved along the tool axis (vertically) through cavity 228 by the housing translation piston 216 attached to a body portion 207 but also disposed within cavity 228. This movement of the inner housing 214 positions the respective lower and upper positions, the perforation and plugging means components in lateral alignment with the side opening of the body 212a within the packer 217b. Opening 212a communicates with cavity 228 through an opening 228a into the cavity.
[00060] Um eixo flexível 218 fica localizado no interior do alojamento interno e é encaminhado através de um conduto de guia tubular 214b que se estende através do alojamento 214 desde o motor de acionamento 220 até uma abertura lateral 214a no alojamento. Uma broca de perfuração 219 é feita rodar através do eixo flexível 218 pelo motor de acionamento 220. Este motor é mantido no alojamento interno por um suporte de motor 221, que é em si mesmo acoplado a um motor de translação 222. O motor de translação movimenta o motor de acionamento 220 mediante rotação de um eixo roscado 223 no interior de uma porca de encaixe localizada no suporte de motor 221. O motor de translação do eixo flexível proporciona assim uma força de sentido descendente sobre o motor de acionamento 220 e o eixo flexível 218 durante a perfuração, controlando assim a penetração. Este sistema de perfuração permite perfurar furos substancialmente mais profundos que o diâmetro da ferramenta, porém se for necessário poderá ser empregada uma tecnologia alternativa (não ilustrada) para produzir perfurações com uma profundidade um pouco menor que o diâmetro da ferramenta.A flexible shaft 218 is located within the inner housing and is routed through a tubular guide conduit 214b extending through the housing 214 from the drive motor 220 to a side opening 214a in the housing. A drill bit 219 is rotated through the flexible shaft 218 by the drive motor 220. This motor is held in the inner housing by a motor holder 221, which is itself coupled to a translation motor 222. The translation motor drives the drive motor 220 by rotating a threaded shaft 223 within a locknut located on the motor holder 221. The flexible shaft translation motor thus provides a downward force on the drive motor 220 and the shaft 218 during drilling, thereby controlling penetration. This drilling system allows you to drill holes substantially deeper than the tool diameter, but alternative technology (not shown) may be employed to produce holes a bit smaller than the tool diameter if necessary.
[00061] Para propósitos de obtenção de medições e amostras, uma linha de fluxo 224 encontra-se igualmente contida no alojamento interno 214. A linha de fluxo é acoplada em uma extremidade à cavidade 228 - que é aberta para a pressão da formação durante a perfuração - e é de outra forma acoplada através de uma válvula de isolação (não ilustrada) à linha de fluxo de ferramenta principal (não ilustrada) que passa ao longo da extensão da ferramenta permitindo que a ferramenta seja acoplada a câmaras de amostragem.For the purpose of obtaining measurements and samples, a flow line 224 is also contained in the inner housing 214. The flow line is coupled at one end to cavity 228 - which is opened for formation pressure during perforation - and is otherwise coupled via an isolation valve (not shown) to the main tool flow line (not shown) passing along the tool extension allowing the tool to be coupled to sampling chambers.
[00062] Um tambor ("magazine") de elementos obturadores (ou alternativamente um revólver) 226 é igualmente contido no alojamento interno 214. Após ter sido medida a pressão da formação e terem sido colhidas amostras, o pistão de translação de alojamento 216 desloca o alojamento interno 214 para movimentar o tambor de elementos obturadores 226 para sua posição alinhando um pistão de posicionamento de elementos obturadores 225 com aberturas 228a, 212a e o furo perfurado. O pistão de posicionamento de elementos obturadores 225 força então um elemento obturador do tambor para o interior do revestimento, dessa forma vedando novamente o furo perfurado. A integridade da vedação de elemento obturador poderá ser testada por monitoração da pressão através da linha de fluxo durante a atuação de um pistão de "extração" ("drawdown"). A pressão resultante deverá cair e subseqüentemente permanecer constante no valor reduzido. Um vazamento de um elemento obturador será indicado por um retorno da pressão para o valor de pressão da formação após a atuação do pistão de extração. Deverá ser observado que este mesmo método de teste é igualmente utilizado para verificação da integridade da vedação de ferramenta-obturador anteriormente ao início da perfuração. A seqüência de eventos é finalizada com o afrouxamento das ancoragens da ferramenta. A ferramenta fica então pronta para repetir a seqüência.A magazine of shutter elements (or alternatively a revolver) 226 is also contained in the inner housing 214. After the formation pressure has been measured and samples taken, the housing translation piston 216 moves the inner housing 214 for moving the shutter drum 226 into position by aligning a shutter member positioning piston 225 with apertures 228a, 212a and the drilled bore. The sealing member positioning piston 225 then forces a drum sealing member into the liner, thereby resealing the drilled hole. The integrity of the plug element seal may be tested by monitoring the pressure through the flow line during the actuation of a drawdown piston. The resulting pressure should fall and subsequently remain constant at the reduced value. A leakage of a plug element will be indicated by a return of pressure to the formation pressure value after actuation of the extraction piston. It should be noted that this same test method is also used for checking the integrity of the tool-plug seal prior to the start of drilling. The sequence of events ends by loosening the tool anchors. The tool is then ready to repeat the sequence.
[00063] A Figura 3 ilustra uma ferramenta de avaliação de formação de interior de poço 300 posicionada em um furo de poço de furo aberto. A ferramenta inclui um corpo 301 adaptado para movimentação no interior de um furo perfurado 316 que penetra a formação subterrânea 305. O corpo da ferramenta 301 é bem adaptado para movimentação no interior de um furo perfurado por meio de um cabo de perfuração W, da mesma forma que os dispositivos convencionais de teste de formação, mas é iqualmente adaptável para movimentação dentro de uma coluna de perfuração (isto é, sendo encaminhado durante a operação de perfuração do poço). O aparelho é ancorado e/ou suportado contra o lado da parede de furo de poço 312 localizado em oposição relativamente a um conjunto de sonda 307 mediante atuação de pistões de ancoragem 311.[00063] Figure 3 illustrates a well interior formation assessment tool 300 positioned in an open hole well bore. The tool includes a body 301 adapted for movement within a perforated hole 316 which penetrates underground formation 305. Tool body 301 is well adapted for movement within a perforated hole by means of a drill cable W thereof the same as conventional formation test devices, but is equally adaptable for movement within a drill string (ie being routed during the well drilling operation). The apparatus is anchored and / or supported against the borehole wall side 312 located opposite to a probe assembly 307 by actuation of anchor pistons 311.
[00064] 0 conjunto de sonda (também referido simplesmente como "sonda") 307 é transportado pelo corpo da ferramenta 301 para vedar e isolar uma região 314 da parede de furo de poço 312. Um atuador de pistão 316 é empregado para movimentar o conjunto de sonda 307 entre uma posição retraída (não ilustrada na Figura 3) para transporte do corpo da ferramenta, e uma posição instalada pronta para entrada em operação (ilustrada na Figura 3) para vedação e isolação da região 314 da parede de furo de poço 312. O atuador desta configuração inclui preferencialmente uma pluralidade de pistões acoplados ao conjunto de sonda 307 para movimentação da sonda entre posições retraída e instalada, e uma fonte de energia controlável (preferencialmente um sistema hidráulico) para fornecimento de energia aos pistões. O conjunto de sonda 307 inclui preferencialmente um obturador compressível 324 montado em uma placa instalada por pistão 326 para criação da vedação entre a parede de furo de poço 312 e a formação de interesse 305.Probe assembly (also simply referred to as "probe") 307 is carried by tool body 301 to seal and isolate a region 314 from wellbore wall 312. A piston actuator 316 is employed to move the assembly 307 between a retracted position (not shown in Figure 3) for tool body transport, and an installed position ready for commissioning (shown in Figure 3) for sealing and isolating the well hole wall region 314 The actuator of this configuration preferably includes a plurality of pistons coupled to probe assembly 307 for moving the probe between retracted and installed positions, and a controllable power source (preferably a hydraulic system) for supplying power to the pistons. Probe assembly 307 preferably includes a compressible plug 324 mounted on a piston installed plate 326 for creating the seal between wellbore wall 312 and the formation of interest 305.
[00065] Um dispositivo perfurador, incluindo um eixo de perfuração flexível 309 equipado com uma broca de perfuração 308 e acionado por um conjunto de motor 302, é empregado para penetrar uma parte da região vedada e isolada 314 da parede de furo de poço 312 limitada pelo obturador ("packer") 324. 0 eixo flexível 309 transmite força de rotação e de translação para a broca de perfuração 308 a partir do motor de acionamento 302. A ação do dispositivo perfurador tem como resultado uma perfuração ou furo lateral 310 estendendo-se parcialmente através da formação 305.A drilling device, including a flexible drill shaft 309 equipped with a drill bit 308 and driven by a motor assembly 302, is employed to penetrate a portion of the sealed and insulated region 314 of the limited borehole wall 312. by the packer 324. The flexible shaft 309 transmits rotational and translational force to the drill bit 308 from the drive motor 302. The action of the punch device results in a hole or side bore 310 extending partially through formation 305.
[00066] A ferramenta 301 inclui adicionalmente uma linha de fluxo 318 que se estende através de uma parte da ferramenta e estabelece uma comunicação fluida com a formação 305, através da perfuração 310, por intermédio do percurso de perfurador 320 e do percurso 322 definido pelo atuador e obturador (ambos os percursos são considerados como componentes de extensão da linha de fluxo 318) para admissão de fluido da formação para o interior do corpo de ferramenta 301. Um pistão de pré-teste 315 é igualmente acoplado à linha de fluxo 320 para realização de pré-testes.The tool 301 further includes a flow line 318 extending through a part of the tool and establishing fluid communication with forming 305 through bore 310 via the punch path 320 and path 322 defined by the tool. actuator and plug (both paths are considered as flow line extension components 318) for forming fluid inlet into tool body 301. A pretest piston 315 is also coupled to flow line 320 for pre-tests.
[00067] Uma bomba 303 é igualmente portada no interior do corpo da ferramenta para extração de fluido da formação para o interior do corpo da ferramenta através da linha de fluxo 318. Uma câmara de amostragem 321 é adicionalmente portada no interior do corpo da ferramenta 301 para receber fluido da formação, proveniente da bomba 303. Adicionalmente, podem ser portados instrumentos no interior do corpo da ferramenta 301 para medição de pressão, e para análise de fluido de formação extraído para o interior do corpo da ferramenta (por exemplo, tal como o dispositivo de análise ótica de fluido 99 da Figura 1) através da linha de fluxo 318 e da bomba 303.A pump 303 is also carried within the tool body for extracting formation fluid into the tool body via flow line 318. A sampling chamber 321 is additionally ported within the tool body 301. for receiving forming fluid from the pump 303. In addition, instruments may be carried within the tool body 301 for pressure measurement, and for analysis of forming fluid drawn into the tool body (e.g., as optical fluid analysis device 99 of Figure 1) through flow line 318 and pump 303.
[00068] Após a(s) perfuração/perfurações ou furo(s) 310 ter(em) sido criado(s), a linha de fluxo 318 pode comunicar livremente fluido de formação para estes componentes para avaliação e/ou armazenagem no interior do poço. A bomba 303 não é essencial, mas é bastante útil para controle do fluxo de fluido da formação através da linha de fluxo 318. A amostragem e avaliação da formação podem ocorrer em uma multiplicidade de profundidades de penetração de furo mediante perfuração adicional para o interior da formação 305. Preferencialmente, um tal furo estende-se através da zona danificada que circunda o furo perfurado 306 e para o interior da zona de fluido singenética da formação 305.After drilling / boreholes or bore (s) 310 has been created, flow line 318 can freely communicate forming fluid to these components for evaluation and / or storage within the borehole. well. Pump 303 is not essential, but is quite useful for controlling formation fluid flow through flow line 318. Sampling and evaluation of formation can occur at a multiplicity of bore penetration depths by additional drilling into the interior of the formation. Preferably, such a bore extends through the damaged zone surrounding perforated bore 306 and into the syngeneic fluid zone of formation 305.
[00069] Fazendo agora referência às Figuras 4A-4B, encontra-se ilustrada nas mesmas uma ferramenta alternativa 400 de avaliação de formação. A Figura 4A ilustra o conjunto de sonda 407 na posição retraída para movimentação da ferramenta 400. A Figura 4B ilustra o conjunto de sonda 407 movendo-se para a posição estendida para vedar e isolar uma região da parede de furo de poço 412. A ferramenta 400 emprega um dispositivo perfurador que inclui pelo menos um eixo de perfuração flexível 409 equipado com uma broca de perfuração 408 em uma extremidade do mesmo para penetrar uma parte da região vedada e isolada 414 da parede de furo de poço 412 (e um revestimento e uma massa de cimento caso os mesmos se encontrem presentes). É preferencial que a broca de perfuração 408 desta configuração seja feita de diamante para utilização em furo aberto, porém a mesma empregará preferencialmente outros materiais (por exemplo, carbureto de tungstênio) para utilização em furos revestidos (conforme será descrito em detalhe mais adiante), sendo assim aperfeiçoada uma capacidade de penetração na formação 405 até uma profundidade lateral desejada. Um conjunto de motor de perfuração 402 é provido para aplicação de torque e força de translação ao eixo de perfuração 409. O dispositivo perfurador desta configuração inclui adicionalmente uma guia tubular semi-rígida 420 para orientar o percurso de translação do eixo de perfuração flexível 409, de forma a realizar um percurso de penetração substancialmente perpendicular da broca de perfuração através da parede de furo de poço 412.Referring now to Figures 4A-4B, an alternative formation assessment tool 400 is illustrated therein. Figure 4A illustrates probe assembly 407 in the retracted position for tool movement 400. Figure 4B illustrates probe assembly 407 moving to the extended position to seal and insulate a wellbore wall region 412. The tool 400 employs a drilling device that includes at least one flexible drilling shaft 409 equipped with a drill bit 408 at one end thereof to penetrate a portion of the sealed and insulated region 414 of wellbore wall 412 (and a casing and a cement mass if present). It is preferred that the drill bit 408 of this configuration is made of diamond for open hole use, but it will preferably employ other materials (eg tungsten carbide) for use in coated holes (as will be described in detail below), thus a formation penetration capability 405 is improved to a desired lateral depth. A drilling motor assembly 402 is provided for applying torque and travel force to the drilling spindle 409. The drilling device of this configuration further includes a semi-rigid tubular guide 420 to guide the travel path of the flexible drilling spindle 409, to perform a substantially perpendicular penetration path of the drill bit through wellbore wall 412.
[00070] Conforme se encontra ilustrado pela seqüência formada pelas Figuras 4A-4B, a guia tubular 420 é semi-flexivel, permitindo flexão e movimentação com a colocação em funcionamento do conjunto de sonda 407. A força induzida hidraulicamente pelos pistões 416 torna operacional e aplica uma compressão ao elemento obturador 424 contra a parede 412 do furo perfurado 405. A guia tubular 420 é acoplada em uma extremidade ao conjunto de motor de perfuração 402, e é acoplada na outra extremidade ao conjunto de sonda 407. A guia tubular 420 cumpre dois propósitos. Em primeiro lugar, proporciona uma rigidez suficiente para imposição de uma força de reação sobre o eixo flexível 409 permitindo que o eixo se mova sob a força provida pelo motor de acionamento 402. Em segundo lugar, a guia tubular 420 acopla uma linha de fluxo (não ilustrada nas Figuras 4A-4B) no aparelho 400 à placa de sonda 426, e desta forma atua como uma extensão da linha de fluxo da ferramenta.As illustrated by the sequence formed by Figures 4A-4B, the tubular guide 420 is semi-flexible, allowing flexing and movement with the start-up of probe assembly 407. The hydraulically induced force by pistons 416 makes it operational and compresses the plug member 424 against the wall 412 of the drilled hole 405. The tubular guide 420 is coupled at one end to the drill motor assembly 402, and is coupled at the other end to the probe assembly 407. The tubular guide 420 complies with two purposes. Firstly, it provides sufficient stiffness to impose a reaction force on the flexible shaft 409 allowing the shaft to move under the force provided by the drive motor 402. Secondly, the tubular guide 420 engages a flow line ( 4A-4B) in apparatus 400 to probe plate 426, and thus acts as an extension of the tool flow line.
[00071] As Figuras 5A-5B ilustram uma outra ferramenta alternativa 500 de avaliação de formação movimentada no interior de um furo perfurado que penetra uma formação 505. A Figura 5A ilustra o conjunto de sonda 507 na posição retraída. A Figura 5B ilustra o conjunto de sonda 507 movendo-se para a posição estendida para contatar a parede do furo de poço. A ferramenta inclui uma guia tubular 520 definida por um conduto que se estende através de uma parte do corpo da ferramenta 501. Nesta configuração alternativa, a guia tubular inclui uma parte lateralmente protuberante 530 do corpo da ferramenta 501 através da qual se estende uma parte do conduto de definição de guia. Desta forma, a broca 508 na extremidade do eixo de perfuração flexível 509 é guiada através da abertura central no conjunto de sonda 507, na direção da parede de furo de poço 512. Um fole 535 é utilizado para acoplamento fluido da guia tubular 520 (que funciona como parte de uma linha de fluxo no interior da ferramenta) no corpo da ferramenta 500 ao conjunto de sonda 507 quando o conjunto de sonda é colocado em operação pela ação de pistões hidráulicos 516 na placa de sonda 526, imprimindo uma compressão ao elemento obturador 524 e forçando o mesmo contra a parede 512 da formação 505 para vedar e isolar a região 514.Figures 5A-5B illustrate another alternative moving formation evaluation tool 500 within a perforated hole penetrating a formation 505. Figure 5A illustrates probe assembly 507 in the retracted position. Figure 5B illustrates probe assembly 507 moving to the extended position to contact the wellbore wall. The tool includes a tubular guide 520 defined by a conduit extending through a part of the tool body 501. In this alternative embodiment, the tubular guide includes a laterally protruding part 530 of the tool body 501 through which a part of the tool extends. guide definition conduit. In this manner, the drill 508 at the end of the flexible drill shaft 509 is guided through the central opening in the probe assembly 507 toward the well bore wall 512. A bellows 535 is used for fluid coupling of the tubular guide 520 (which functions as part of a flow line within the tool) in the tool body 500 to probe assembly 507 when the probe assembly is brought into operation by the action of hydraulic pistons 516 on probe plate 526, giving a compression to the plug element 524 and forcing it against wall 512 of formation 505 to seal and insulate region 514.
[00072] Nas Figuras 6A-6B encontra-se ilustrada uma ferramenta alternativa adicional 600 de avaliação de formação, sendo transportada no interior de um furo perfurado que penetra uma formação 605. A Figura 6A ilustra um conjunto de sonda 607 na posição retraída, ao passo que a Figura 6B ilustra o conjunto de sonda 607 movendo-se para a posição estendida para contatar a parede 612 do furo de poço. São providos pistões 616 para extensão e retração do conjunto de sonda 607. Uma guia tubular 620 inclui uma parte tubular substancialmente rígida 632 do conjunto de sonda 607 que é concêntrica com uma parte do conduto 621 que define substancialmente a guia tubular 620. A parte tubular 632 pode ser utilizada para acoplar em comunicação fluida o corpo da ferramenta 601 (mais particularmente, a guia tubular 620) ao conjunto de sonda 607. Assim, quando os pistões 616 instalam a placa de sonda 626 na direção da parede 612 do furo perfurado para imposição de uma força de compressão ao elemento obturador 624 e vedação de uma região 614 (ver a Figura 6B) as perfurações (não ilustradas) formadas pelo eixo flexível 609 e pela broca de perfuração 608 conduzem fluido da formação 605 para a ferramenta 600. A parte tubular 632 é preferencialmente flexível de forma a se defletir quando o conjunto de sonda 607 é colocado em operação, e de tal forma que a parte tubular 632 mantém um contato físico com a parte protuberante lateral 630 do corpo da ferramenta 601, dessa forma mantendo a comunicação fluida com o corpo da ferramenta 601. A adição de uma união esférica (não exibida) entre a parte tubular deslizante 632 e a placa de sonda 626 pode reduzir a preferência quanto ao caráter flexível da parte tubular deslizante 632.In Figure 6A-6B an additional alternative formation evaluation tool 600 is shown being carried within a drilled hole penetrating a formation 605. Figure 6A illustrates a probe assembly 607 in the retracted position as shown in FIG. whereas Figure 6B illustrates probe assembly 607 moving to the extended position to contact wellbore wall 612. Pistons 616 are provided for extension and retraction of probe assembly 607. A tubular guide 620 includes a substantially rigid tubular portion 632 of probe assembly 607 which is concentric with a conduit portion 621 that substantially defines tubular guide 620. The tubular portion 632 may be used to fluidly couple the tool body 601 (more particularly the tubular guide 620) to the probe assembly 607. Thus, when the pistons 616 install the probe plate 626 toward the wall 612 of the drilled hole for imposing a compressive force on the plug element 624 and sealing a region 614 (see Figure 6B) the perforations (not shown) formed by the flexible shaft 609 and the drill bit 608 drive fluid from the formation 605 to the tool 600. tubular portion 632 is preferably flexible to deflect when probe assembly 607 is put into operation, and such that tubular portion 632 maintains physical contact with the side projecting portion 630 of the tool body 601, thereby maintaining fluid communication with the tool body 601. The addition of a spherical joint (not shown) between the sliding tubular part 632 and the mounting plate. probe 626 may reduce preference for the flexible character of the sliding tubular portion 632.
[00073] A Figura 7 ilustra uma outra ferramenta alternativa 700 de avaliação de formação incluindo um corpo da ferramenta 701 transportado no interior de um furo perfurado que penetra uma formação 705. Esta alternativa é semelhante à das Figuras 6A-6B, no fato de uma guia tubular 720 incluir uma parte tubular substancialmente rígida 732 de um conjunto de sonda 707 que é concêntrica com uma parte do conduto 721 que define substancialmente a guia tubular 720. As principais diferenças neste caso residem no fato de a placa de sonda 726 ser relativamente estreita, e a parte tubular rígida 732 do conjunto de sonda 707 também funcionar como um pistão de atuador (ver a protuberância anular 734 no interior do espaço anular 736 hidraulicamente pressurizado). A Figura 7 ilustra igualmente um sistema de ancoragem 711 para posicionamento e suporte da ferramenta 700 no interior do furo perfurado. Uma diferença adicional reside na utilização de uma linha de fluxo separada 780 que é acoplada em uma extremidade da mesma a uma cavidade 770 dentro da qual a parte de sonda 732 realiza um movimento de vaivém. A linha de fluxo 780 é de outra forma acoplada através de uma válvula isoladora (não ilustrada) à linha de fluxo de ferramenta principal (não ilustrada) disposta ao longo da extensão da ferramenta, que permite o acoplamento da ferramenta com câmaras de amostragem. Assim, nesta configuração, a guia tubular 720 não constitui um meio para amostragem de fluido de formação (muito embora a guia tubular possa experimentar uma pressão da formação).Figure 7 illustrates another alternative forming evaluation tool 700 including a tool body 701 carried within a drilled hole penetrating a formation 705. This alternative is similar to that of Figures 6A-6B in that a tubular guide 720 includes a substantially rigid tubular portion 732 of a probe assembly 707 which is concentric with a conduit portion 721 that substantially defines tubular guide 720. The main differences in this case lie in that the probe plate 726 is relatively narrow. , and the rigid tubular part 732 of probe assembly 707 also functions as an actuator piston (see annular protrusion 734 within hydraulically pressurized annular space 736). Figure 7 also illustrates an anchor system 711 for positioning and holding tool 700 within the drilled hole. An additional difference lies in the use of a separate flow line 780 which is coupled at one end thereof to a cavity 770 into which the probe portion 732 reciprocates. Flow line 780 is otherwise coupled via an isolating valve (not shown) to the main tool flow line (not shown) disposed along the tool extension, which allows coupling of the tool with sampling chambers. Thus, in this embodiment, the tubular guide 720 is not a means for sampling of forming fluid (although the tubular guide may experience a forming pressure).
[00074] A Figura 8 ilustra uma outra ferramenta alternativa 800 de avaliação de formação disposta em um furo perfurado 812 que penetra uma formação 805. Nesta configuração, o conjunto de sonda 807 inclui um par de obturadores infláveis 824 portados individualmente em torno de partes axialmente separadas do corpo da ferramenta 801. Os obturadores 824 são bem adaptados para contatarem de forma passível de vedação regiões anulares axialmente separadas da parede de furo de poço 812. Nesta configuração, o atuador para o conjunto 800 inclui um sistema hidráulico (não ilustrado) para inflação e esvaziamento seletivo dos obturadores 824.Figure 8 illustrates another alternative formation assessment tool 800 disposed in a drilled hole 812 that penetrates a formation 805. In this configuration, the probe assembly 807 includes a pair of inflatable shutters 824 individually carried around axially portions. 808. The shutters 824 are well adapted to sealably seal axially separated annular regions of the wellbore wall 812. In this configuration, the actuator for assembly 800 includes a hydraulic system (not shown) for inflation and selective emptying of shutters 824.
[00075] A Figura 8 ilustra adicionalmente um dispositivo perfurador alternativo com utilidade na presente invenção. Assim, uma carga explosiva 809 é útil para criar uma perfuração 810 na formação 805. Outros meios de perfuração adequados incluem um punção hidráulico e uma broca de testemunhagem, qualquer um dos mesmos sendo útil para criar perfurações através da parede de furo de poço. Assim, a configuração ilustrada é eficaz para admissão de fluido de formação para o interior da linha de fluxo 818 para coleta em uma câmara de amostragem 811 com o auxílio de uma bomba 803.Figure 8 further illustrates an alternative punch device useful in the present invention. Thus, an explosive charge 809 is useful for creating a bore 810 in formation 805. Other suitable boring means include a hydraulic punch and a core drill, any of which are useful for creating boreholes through the borehole wall. Thus, the illustrated configuration is effective for inflating forming fluid into the flow line 818 for collection into a sampling chamber 811 with the aid of a pump 803.
[00076] As Figuras 9-12 ilustram versões alternativas de um conjunto de broca de perfuração dupla passível de utilização em ferramentas de perfuração, tais como as ferramentas de perfuração das Figuras 2 e 3. Conforme se encontra ilustrado na Figura 9A, o conjunto de broca dupla pode ser utilizado para penetrar a parede 912 de um furo perfurado 906 que penetra uma formação subterrânea 905. 0 furo perfurado 906 pode ser equipado com uma coluna de revestimento 936 fixado com concreto 938 que preenche o espaço anular entre o revestimento e a parede de furo de poço. Um sistema de ancoragem 911 é portado pela ferramenta 900 para suportar a ferramenta no interior do furo perfurado revestido 906, ou mais particularmente no interior da coluna de revestimento 936.Figures 9-12 illustrate alternative versions of a dual drill bit assembly that can be used in drilling tools, such as the drilling tools of Figures 2 and 3. As shown in Figure 9A, the set of double drill can be used to penetrate the wall 912 of a perforated hole 906 that penetrates an underground formation 905. the perforated hole 906 can be equipped with a 936 concrete cladding casing column 9 that fills the annular space between the casing and the wall well borehole. An anchor system 911 is carried by tool 900 to support the tool within the perforated coated hole 906, or more particularly within the casing column 936.
[00077] Nas Figuras 9A-9C encontra-se ilustrada uma configuração do conjunto de perfuração de broca dupla 970, incluindo um corpo da ferramenta 900 adaptado para transporte no interior de um furo perfurado, tal como o furo perfurado revestido 906 possuindo uma parede de furo de poço 912. A Figura 9A ilustra o sistema de broca dupla na posição retraída para manobra no interior de um furo perfurado. A Figura 9B ilustra o sistema em uma primeira configuração de perfuração. A Figura 9C ilustra o sistema em uma segunda configuração de perfuração. Este aparelho utiliza um sistema de broca dupla para perfurar furos co-lineares sucessivos através da parede lateral 912 do furo perfurado e através da formação (essencialmente de rocha) juntamente com revestimento e cimento caso estes se encontrem presentes. Um primeiro eixo de perfuração 909a possui uma primeira broca de perfuração 908a acoplada a uma extremidade do mesmo. A primeira broca é preferencialmente adequada para perfurar uma parte do revestimento de aço 936 gue forra a parede de furo de poço 912. Um segundo eixo de perfuração 909b, gue é flexível, possui uma segunda broca de perfuração 908b acoplada a uma extremidade do mesmo. A segunda broca de perfuração é preferencialmente adeguada para ser estendida através de uma perfuração formada no revestimento 936 e perfurar a camada de concreto 938 e uma parte da formação 905. Um conjunto de motor de perfuração (não ilustrado) é empregado para aplicação de torque e força de translação aos primeiro e segundo eixos de perfuração 909a, 909b.In Figures 9A-9C there is illustrated a configuration of the double drill drilling assembly 970 including a tool body 900 adapted for transport within a drilled hole such as the coated drilled hole 906 having a wall of well hole 912. Figure 9A illustrates the double drill system in the retracted position for maneuvering within a drilled hole. Figure 9B illustrates the system in a first drilling configuration. Figure 9C illustrates the system in a second drilling configuration. This apparatus utilizes a dual drill system to drill successive co-linear holes through sidewall 912 of the drilled hole and through (essentially rock) formation together with coating and cement if present. A first drill shaft 909a has a first drill bit 908a coupled to one end thereof. The first drill bit is preferably suitable for drilling a portion of the steel casing 936 that lines the wellbore wall 912. A second drill shaft 909b, which is flexible, has a second drill bit 908b coupled to one end thereof. The second drill bit is preferably tailored to be extended through a hole formed in the liner 936 and to pierce the concrete layer 938 and a portion of the formation 905. A drilling motor assembly (not shown) is employed for torque application and translation force to the first and second drilling axes 909a, 909b.
[00078] Um mecanismo, na forma de um conjunto de acoplamento 950, proporciona um meio mediante o qual ambos os eixos de perfuração 909a, 909b podem ser acionados a partir de um único dispositivo de acionamento de motor. 0 conjunto de acoplamento inclui um conjunto de engrenagens de dentes retos acopladas 940, 942, um eixo intermediário 944, e uma caixa de engrenagens de ângulo reto 946. O conjunto de acoplamento é útil para acoplamento seletivo do conjunto de motor de perfuração aos primeiro e segundo eixos de perfuração. O segundo eixo de perfuração 909b é seletivamente acoplado operacionalmente ao conjunto de engrenagens e dessa forma um torgue aplicado ao segundo eixo de perfuração 909b pelo conjunto de motor de perfuração é preferencialmente não transferido através do conjunto de engrenagens de acoplamento 950 para o primeiro eixo de perfuração 909a a menos gue o segundo eixo de perfuração 909b se encontre suficientemente retraído para disposição da segunda broca de perfuração 908b em contato com a engrenagem de dentes retos 942.A mechanism, in the form of a coupling assembly 950, provides a means by which both drilling axes 909a, 909b can be driven from a single motor drive device. The coupling assembly includes a coupled spur gear assembly 940, 942, an idler shaft 944, and a right angle gear box 946. The coupling assembly is useful for selectively coupling the drill motor assembly to the first and second drilling axes. The second drilling shaft 909b is selectively operably coupled to the gear assembly and thus a torsion applied to the second drilling shaft 909b by the drilling motor assembly is preferably not transferred through the coupling gear assembly 950 to the first drilling axis. 909a unless the second drill spindle 909b is sufficiently retracted to dispose the second drill bit 908b in contact with spur gear 942.
[00079] Assim, por exemplo, para realização de uma perfuração através do revestimento de aço, o segundo eixo de perfuração (flexível) 909b pode ser retraído no interior da guia tubular 920 até a segunda broca de perfuração 908b contatar a engrenagem de dentes retos 942, conforme se encontra ilustrado na Figura 9B. Este contato induz uma rotação do eixo rotativo intermediário 944. Este eixo rotativo aciona por sua vez o primeiro eixo de perfuração 909a, através do mecanismo de engrenagens de ângulo reto 946. O primeiro eixo de perfuração 909a é acoplado mecanicamente à primeira broca de perfuração 908a, que consiste preferencialmente em uma broca de carbureto adequada para perfuração de aço. Um pistão hidráulico (não exibido) pode ser empregado com um mancai de impulsão para proporcionar um acréscimo do peso sobre broca para um nível necessário para perfurar o revestimento de aço 936.Thus, for example, for drilling through the steel casing, the second (flexible) drill shaft 909b may be retracted within the tubular guide 920 until the second drill bit 908b contacts the spur gear 942 as shown in Figure 9B. This contact induces a rotation of the intermediate rotary shaft 944. This rotary shaft in turn drives the first drill shaft 909a via the right angle gear mechanism 946. The first drill shaft 909a is mechanically coupled to the first drill bit 908a. , which preferably consists of a carbide drill bit suitable for steel drilling. A hydraulic piston (not shown) may be employed with a thrust bearing to provide an increase in the drill weight to a level required to pierce the steel liner 936.
[00080] Após o revestimento ter sido perfurado, a camada de concreto 938 e a formação 905 são perfuradas mediante inversão da direção do motor de translação para retração do primeiro eixo de perfuração 909a e/ou mediante retração do pistão hidráulico (se provido). Esta etapa de retração cria um espaço suficiente para inserção do segundo eixo (flexível) de perfuração 909b através do furo no revestimento 936, conforme se encontra ilustrado na Figura 9C. O eixo flexível prossegue então a operação de perfuração através da camada de cimento 938 e o revestimento de aço 936, utilizando a força de acionamento de translação e torgue proporcionada pelo sistema de motor de acionamento.After the casing has been drilled, concrete layer 938 and formation 905 are drilled by reversing the direction of the travel motor to retract the first drilling shaft 909a and / or by retracting the hydraulic piston (if provided). This retraction step creates sufficient space for insertion of the second (flexible) drilling shaft 909b through the hole in casing 936 as shown in Figure 9C. The flexible shaft then proceeds to drill through the cement layer 938 and the steel liner 936 using the torsional drive force provided by the drive motor system.
[00081] As Figuras 10A-10C ilustram uma outra configuração do sistema de perfuração de broca dupla 1070. A Figura 10A ilustra o sistema de broca dupla na posição retraída para transporte no interior de um furo perfurado. A Figura 10B ilustra o sistema em uma primeira configuração de perfuração. A Figura 10C ilustra o sistema em uma segunda configuração de perfuração. Nestas figuras, o segundo eixo de perfuração 1009b tem um percurso de perfuração definido, que é definido pela guia tubular 1020b, e o conjunto de acoplamento inclui um acoplamento de broca 1008c acoplado a uma extremidade do primeiro eixo de perfuração 1009a oposta à extremidade da primeira broca de perfuração 1008a. É provido um meio para movimentar seletivamente o primeiro eixo de perfuração 1009a entre uma posição de espera na guia tubular 1020a (ver as Figuras 10A e 10C) e uma posição de perfuração na guia tubular 1020b (ver a Figura 10B). A posição de perfuração fica localizada no percurso de perfuração (isto é, na guia tubular 1020b) do segundo eixo de perfuração 1009b, permitindo dessa forma que a segunda broca de perfuração 1008b (que é especialmente projetada para estabelecimento de contato) contate o acoplamento de broca 1008c e acione o primeiro eixo de perfuração 1009a.Figures 10A-10C illustrate another embodiment of the dual drill drilling system 1070. Figure 10A illustrates the dual drill system in the retracted position for transport within a drilled hole. Figure 10B illustrates the system in a first drilling configuration. Figure 10C illustrates the system in a second drilling configuration. In these figures, the second drill shaft 1009b has a defined drill path which is defined by the tubular guide 1020b, and the coupling assembly includes a drill coupling 1008c coupled to an end of the first drill shaft 1009a opposite the end of the first. drill bit 1008a. A means is provided for selectively moving the first drilling shaft 1009a between a holding position on the tubular guide 1020a (see Figures 10A and 10C) and a drilling position on the tubular guide 1020b (see Figure 10B). The drilling position is located in the drilling path (i.e., tubular guide 1020b) of the second drilling shaft 1009b, thereby allowing the second drilling drill 1008b (which is specially designed for contacting) to contact the drill coupling. drill 1008c and drive the first drilling shaft 1009a.
[00082] O meio de movimentação pode movimentar o primeiro eixo de perfuração em um movimento de pivotação conforme se encontra ilustrado pelo sistema de perfuração de broca dupla 1070 das Figuras 10A-10C ou em um movimento de translação conforme se encontra ilustrado pelo sistema de perfuração de broca dupla 1170 das Figuras 11A-11C. Um mecanismo hidráulico de assistência a pistão, conforme foi mencionado acima, pode ser utilizado também neste caso para provisão do peso-sobre-broca apropriado para a operação de perfuração do revestimento, e pode adicionalmente ser utilizado como meio de movimentação. Assim, o mecanismo hidráulico pode ser utilizado para retrair (por pivotação ou translação) o primeiro conjunto de eixo de perfuração 1109a de volta para o interior do corpo da ferramenta 1103, e para fora do caminho 1120b do segundo eixo de perfuração 1109b e de volta para a posição de espera 1120a. Em seguida, o segundo eixo de perfuração 1109b e a segunda broca de perfuração 1108b ficam livres para realizares translação e rotação através da via de percurso 1120b para realização de perfuração através da rocha da formação.The movement means may move the first drilling axis in a pivoting movement as illustrated by the double drill drilling system 1070 of Figures 10A-10C or in a translational movement as illustrated by the drilling system double drill bit 1170 of Figures 11A-11C. A hydraulic piston assist mechanism, as mentioned above, may also be used here to provide the appropriate weight-over-drill for the liner drilling operation, and may additionally be used as a means of movement. Thus, the hydraulic mechanism may be used to retract (by pivoting or translating) the first drilling spindle assembly 1109a back into the tool body 1103, and out of the path 1120b of the second drilling spindle 1109b and back. to hold position 1120a. Then, the second drill shaft 1109b and the second drill bit 1108b are free to perform translation and rotation through the pathway 1120b for drilling through the formation rock.
[00083] As Figuras 12A-12C ilustram um outro sistema de perfuração de broca dupla 1270 incluindo um corpo da ferramenta 1203. Nestas figuras, os primeiro e segundo eixos de perfuração 1209a, 1209b possuem individualmente respectivos percursos de perfuração definidos 1220a, 1220b. Neste caso, o conjunto de acoplamento inclui um acoplamento de broca 1208c acoplado a uma extremidade do primeiro eixo de perfuração 1209a oposta à extremidade da primeira broca de perfuração 1208b, e um meio que inclui uma cunha de desvio ("whipstock") 1250 para deslocar seletivamente o segundo eixo de perfuração 1209b de seu percurso de perfuração 1220b para o percurso de perfuração 1220a do primeiro eixo de perfuração 1209a. Isto tem como efeito o posicionamento da segunda broca de perfuração 1208b em uma disposição para encaixe com o acoplamento de broca 1208c, e que dessa forma o segundo eixo de perfuração 1209b aciona o primeiro eixo de perfuração 1209a. Em outras palavras, a broca de rocha projetada especialmente, localizada na extremidade do eixo flexível 1209b, forma uma interface com o acoplamento de broca 1208c na extremidade do eixo 1209a de broca de revestimento. Assim, um movimento de rotação da broca de revestimento 1208a é aplicado mediante rotação do segundo eixo (flexível) de perfuração 1209b.Figures 12A-12C illustrate another dual drill drilling system 1270 including a tool body 1203. In these figures, the first and second drilling axes 1209a, 1209b individually have respective defined drilling paths 1220a, 1220b. In this case, the coupling assembly includes a drill coupling 1208c coupled to an end of the first drill bit 1209a opposite the end of the first drill bit 1208b, and a means including a whipstock 1250 for displacing it. selectively the second drilling axis 1209b from its drilling path 1220b to the drilling path 1220a of the first drilling axis 1209a. This has the effect of positioning the second drill bit 1208b in an arrangement for engaging with the drill coupling 1208c, and thereby the second drilling shaft 1209b drives the first drilling shaft 1209a. In other words, the specially designed rock drill located at the end of the flexible shaft 1209b interfaces with the drill coupling 1208c at the end of the casing drill shaft 1209a. Thus, a rotational movement of the coating bit 1208a is applied by rotating the second (flexible) drilling shaft 1209b.
[00084] 0 eixo de perfuração de revestimento 1209a é preferencialmente acoplado mecanicamente para um mecanismo de assistência hidráulica (não exibido). O mecanismo de assistência hidráulica proporciona o peso-sobre-broca requerido para as operações de perfuração de revestimentos, e retrai o conjunto de broca de revestimento de volta para o interior do corpo da ferramenta 1200 quando isso for necessário. Durante a perfuração do revestimento de aço, a ferramenta 1200 realiza uma translação no sentido descendente (ver a Figura 12B) para assegurar a entrada do segundo eixo de perfuração no primeiro percurso de perfuração, através da cunha de desvio ("whipstock") 1250, com a elevação adequada. Quando é realizada perfuração através da rocha da formação, a ferramenta 1200 realiza uma translação ascendente (ver a Figura 12C) para assegurar a entrada do segundo eixo de perfuração no segundo percurso de perfuração 1220b com uma elevação adequada, e nessa altura o segundo eixo de perfuração 1209b e a segunda broca de perfuração 1208b ficam livres para iniciarem a perfuração de rocha através do percurso de perfuração 1220b.The casing drill shaft 1209a is preferably mechanically coupled to a hydraulic assist mechanism (not shown). The power assist mechanism provides the weight-over-drill required for coating drilling operations, and retracts the coating drill assembly back into the tool body 1200 when required. During drilling of the steel sheathing, tool 1200 performs a downward translation (see Figure 12B) to ensure entry of the second drilling shaft into the first drilling path through the whipstock 1250, with proper elevation. When drilling through the formation rock, tool 1200 performs an upward translation (see Figure 12C) to ensure entry of the second drilling axis into the second drilling path 1220b at a suitable elevation, and at that time the second drilling axis. 1209b and the second drill bit 1208b are free to begin rock drilling through drilling path 1220b.
[00085] As configurações de broca dupla descritas acima podem requerer uma operação mecânica adicional para posicionamento da broca de perfuração de aço 1208a na posição inferior (Figura 12B) para perfuração de aço e para deslocamento do primeiro eixo de perfuração 1209a no sentido ascendente e para fora do percurso (Figura 12C) para perfuração da formação. Esta operação mecânica pode ser realizada pela adição de componentes hidráulicos selecionados - por exemplo, elementos adicionais de solenóides e linhas hidráulicas adicionados aos sistemas existentes - que se encontram no nível técnico normal na área técnica relevante.The dual drill configurations described above may require additional mechanical operation to position the steel drill bit 1208a in the down position (Figure 12B) for steel drilling and to move the first drilling shaft 1209a upward and downward. off course (Figure 12C) for formation drilling. This mechanical operation can be accomplished by adding selected hydraulic components - for example, additional solenoid elements and hydraulic lines added to existing systems - which are at the normal technical level in the relevant technical area.
[00086] Deverá ser entendido da descrição precedente que podem ser feitas diversas modificações e mudanças nas confiqurações preferenciais e alternativas da presente invenção sem afastamento de seu verdadeiro espírito.It should be understood from the foregoing description that various modifications and changes may be made to the preferred and alternative embodiments of the present invention without departing from its true spirit.
[00087] A presente descrição tem propósitos meramente ilustrativos e não deverá ser interpretada em um sentido limitativo. O escopo da presente invenção deverá ser determinado somente pela linguagem das reivindicações que se encontram a seguir. O termo "compreendendo" nas reivindicações destina-se a significar "incluindo pelo menos" de tal forma que a lista dos elementos citados em uma reivindicação constitui um grupo aberto. "Um", "uma" e outros termos usados no singular destinam-se a incluir as formas plurais dos mesmos a menos que uma tal exclusão seja especificamente referida. - REIVINDICAÇÕES -[00087] This description is for illustrative purposes only and should not be construed in a limiting sense. The scope of the present invention should be determined solely by the language of the following claims. The term "comprising" in the claims is intended to mean "including at least" such that the list of elements cited in a claim constitutes an open group. "One", "one" and other terms used in the singular are intended to include the plural forms thereof unless such exclusion is specifically stated. - CLAIMS -
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