BR102017021405B1

BR102017021405B1 - Dispositivo de centralização e/ou tracionamento de uma ferramenta em um duto compreendendo rodas magnéticas e/ou braços expansíveis

Info

Publication number: BR102017021405B1
Application number: BR102017021405-2A
Authority: BR
Inventors: Hugo FRANCISCO LISBOA SANTOS; Ney Robinson Salvi Dos Reis; Igor Menes Ursine Krettli; Hardy LEONARDO DA CUNHA PEREIRA PINTO; Lincoln Homero Thomé Ferreira; Mauricio GALASSI
Original assignee: Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Priority date: 2017-10-05
Filing date: 2017-10-05
Publication date: 2021-12-28
Also published as: BR102017021405A2; MX2020003486A; AU2018351869A1; CA3078462A1; US20200332606A1; WO2019077308A1

Abstract

a presente invenção está relacionada a técnicas de centralização e/ou tracionamento de uma ferramenta (5) no interior de um duto. nesse cenário, a presente invenção provê um dispositivo de centralização e/ou tracionamento de uma ferramenta (5) em um duto compreendendo braços expansíveis (1), em que cada braço expansível (1) compreende pelo menos uma roda deslizante (2) adaptada para tocar a parede interna do duto, de modo que cada roda deslizante (2) compreende pelo menos um elemento magnético adaptado para eliminar o filme de óleo no contato da roda (2) com a parede interna do duto.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção está relacionada a dispositivos decentralização e/ou tracionamento de ferramentas no interior de dutos; especialmente para, mas não limitado a, utilização de ferramentas autônomas no interior de colunas de produção de poços de petróleo. Mais especificamente, a presente invenção está relacionada a dispositivos de centralização e/ou de tracionamento de ferramentas no interior de dutos em que é feito uso de braços expansíveis com rodízios magnéticos, em que os rodízios magnéticos compreendem meios para eliminar o filme de óleo no contato com a parede interna do duto. Adicionalmente, podem ser utilizados braços retos para garantir que as rodas sejam pressionadas contra a parede ao longo de uma grande faixa de diâmetros. Finalmente, pode ser utilizado um mecanismo bi-helicoidal para deslocamento no interior do tubo.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] É largamente conhecido no estado da técnica que petróleo e gásnatural são extraídos de rochas porosas localizadas de centenas a milhares de metros abaixo do solo. Para permitir sua drenagem, são construídas unidades para produção denominadas poços. Essa construção é realizada através da utilização de embarcações próprias para esse fim, denominadas sondas.

[0003] Tais embarcações realizam a perfuração dos poços e, nasequência, posicionam tubos de aço, denominados revestimentos, entre a formação e a parte interna do poço, a fim de garantir a integridade do sistema. Finalmente, diversos equipamentos são instalados no interior do poço, tais como válvulas de segurança, válvulas de controle, sistemas de bombeio, dentre outros. Esses equipamentos têm como objetivo garantir uma produção controlada e segura no poço.

[0004] Contudo, tais poços não conseguem produzir de formaininterrupta durante toda sua vida útil. Eventualmente, é necessária a realização de operações de manutenção. Esse tipo de operação é denominado workover. Alguns motivos comuns para a realização dessas operações são a falha em algum equipamento, furos na coluna de produção, restrições devido à incrustação, produção elevada de água ou gás, produção de areia, etc.

[0005] Tais operações de manutenção de poços são realizadas no atualestado da técnica com embarcações especializadas denominadas sondas.

[0006] Para a realização dessas operações de manutenção, é realizadoinicialmente o planejamento da intervenção. Após esse passo, as sondas são deslocadas até o poço e posicionadas sobre ele, seja pela utilização de âncoras, seja por sistemas de posicionamento dinâmico, então, a sonda retira a capa da árvore de natal, também conhecida como tree cap.

[0007] Na sequência, é descido um conjunto de tubos, denominadosrisers, unidos à ferramenta da árvore de natal, de modo que são descidas pelo interior do riser ferramentas de arame (slickline tools); ferramentas a cabo, também denominadas wireline tools, ou ferramentas de flexitubo, também denominadas coiled tubing tools. Tais ferramentas realizam as operações de manutenção no poço.

[0008] O principal problema dessa abordagem é o custo, uma vez que assondas possuem taxas diárias bastante elevadas, especialmente em ambiente offshore. Além disso, para a realização dessas intervenções, deve-se aguardar até que a sonda esteja disponível, algo que pode demorar meses, de modo que, desde a falha até o reparo, tais poços são mantidos fechados ou com produção reduzida, o que gera uma perda de produção, eventualmente alta em poços de elevada produtividade.

[0009] De modo a agilizar os processos de intervenções em poços,podem ser utilizados robôs autônomos que são inseridos nos poços para executarem as operações de manutenção necessárias. Para que o robô se locomova de forma eficiente pelo duto e realize as operações a que se destina, é importante que o mesmo esteja devidamente centralizado no interior do poço e possua capacidade de tração compatível com sua missão.

[0010] Usualmente, a centralização de ferramentas de poço éassegurada pelo uso de tiras metálicas que se deslocam em contato com o revestimento. Para robôs ou outras ferramentas com deslocamento próprio, podem ser utilizados braços com rodas em suas extremidades, em que esses braços apoiam-se pelas rodas nas paredes do duto, garantindo que o corpo do robô não encoste na parede do duto e garantindo também que essas rodas possuam capacidade de tração compatível com sua missão.

[0011] É, portanto, importante que essas rodas toquem diretamente aparede interna do duto. Além disso, esses braços também devem auxiliar no direcionamento dos robôs no interior do duto, evitando que a ferramenta fique presa e garantindo uma força normal suficiente. Finalmente, tais centralizadores irão trabalhar em diferentes faixas de diâmetro. Desse modo, é importante que, com qualquer nível de contração, eles garantam o contato das rodas com a parede.

[0012] Ocorre que devido à presença de óleo no interior do duto, forma-se uma camada de filme de óleo entre as rodas e a parede interna do duto, de modo que as rodas não tocam diretamente a parede do duto, provocando deslizamento indesejado.

[0013] No atual estado da técnica, existe uma pluralidade de documentosque revelam soluções variadas para o problema da centralização e tracionamento de ferramentas no interior de dutos. No entanto, esses documentos não são endereçados aos problemas citados, ou seja, não se propõem a assegurar que as rodas toquem diretamente a parede do duto, com força suficiente e em uma faixa variada de diâmetros. Alguns exemplos desses documentos serão listados a seguir.

[0014] O documento US9181796B2 revela um método para omonitoramento da posição de uma ferramenta em um poço que envolve determinar a posição da ferramenta comparando a distância percorrida pela mesma no poço com um ponto de referência estacionário.

[0015] O método envolve rolar uma roda pela parede interna do poçoconforme a ferramenta é movida no interior do poço. Assim, a distância percorrida pela ferramenta é calculada de acordo com o número de revoluções da roda.

[0016] Entretanto, apesar de o documento US9181796B2 revelar umaferramenta utilizada no interior de poços de petróleo que compreende um braço articulado para sua centralização, esse documento não faz referência ao fato de se eliminar o filme de óleo entre as rodas do braço articulado e a parede interna do duto, o que aumentaria o coeficiente de atrito entre a roda e a parede.

[0017] O documento US4928758A revela uma ferramenta de fundo depoço medidora de fluxo, compreendendo meios expansivos para formar anéis entre a ferramenta e a parede interna do duto para formar um fluxo de passagem restrito e um sensor de fluxo. Adicionalmente, o meio expansivo auxilia na centralização da ferramenta no interior do poço. De acordo com esse documento, os meios expansivos compreendem rodas com pás que atuam como sensores de fluxo.

[0018] Assim, apesar de o US4928758A revelar um dispositivo quepermite a centralização de um instrumento em um poço, o objetivo desse dispositivo é o de auxiliar a medição do fluxo no duto. Nada é citado nesse documento com relação ao fato de se eliminar o filme de óleo entre as rodas do braço articulado e a parede do duto, o que aumentaria o coeficiente de atrito entre a roda e a parede.

[0019] O documento US2736967A é direcionado a um aparelho para amedição de variações em dimensões transversais de um furo de poço. O aparelho descrito em tal documento compreende braços de molas arqueados que compreendem rodas para auxiliar no centramento da ferramenta no poço.

[0020] Quando em operação, conforme o instrumento se move no interiordo poço, os braços de molas pressionam a roda contra a parede. Assim, devido às imperfeições da parede do poço, a roda se afasta e se aproxima do corpo central do instrumento, o que permite que as imperfeições sejam medidas.

[0021] Assim, apesar de o US2736967A revelar um braço de molaconectado a uma ferramenta para uso em um poço, nada é citado nesse documento com relação a eliminar o filme de óleo entre as rodas do braço articulado e a parede do duto, o que aumentaria o coeficiente de atrito entre a roda e a parede.

[0022] Como será mais bem detalhado a seguir, a presente invençãovisa a solução dos problemas do estado da técnica acima descritos de forma prática e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0023] A presente invenção tem por objetivo prover um sistema decentralização e tracionamento de ferramentas no interior um duto que vise garantir uma capacidade de tração suficientemente elevada para a ferramenta desempenhar sua função.

[0024] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presenteinvenção provê um dispositivo magnético capaz de eliminar o filme de óleo entre as rodas do braço articulado e a parede do duto, o que aumenta o coeficiente de atrito entre a roda e a parede. Provê ainda braços expansíveis para centralização e pressionamento das rodas contra a parede, em que cada braço expansível compreende pelo menos uma roda deslizante adaptada para tocar a parede interna do duto, de modo que cada roda deslizante compreende pelo menos um elemento magnético adaptado para eliminar o filme de óleo no contato da roda com a parede interna do duto.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0025] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência àsfiguras anexas e seus respectivos números de referência.

[0026] A figura 1 ilustra uma configuração opcional do dispositivo decentralização e tracionamento de uma ferramenta em um duto da presente invenção.

[0027] A figura 2 ilustra uma vista isolada de um braço expansível deacordo com uma configuração opcional da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0028] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partiráde uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

[0029] A figura 1 ilustra uma configuração opcional do dispositivo decentralização e tracionamento de uma ferramenta 5, ou de outras ferramentas conectadas às suas extremidades, em um duto da presente invenção, em que o dispositivo compreende braços expansíveis 1, em que cada braço expansível 1 compreende pelo menos uma roda deslizante 2 adaptada para tocar a parede interna do duto. Em adição, cada roda deslizante 2 compreende pelo menos um elemento magnético adaptado para eliminar o filme de óleo no contato da roda com a parede interna do duto. Opcionalmente, a roda deslizante 2 é fabricada a partir de um material magnético.

[0030] Opcionalmente, o dispositivo compreende pelo menos umconjunto 10 de braços expansíveis 1, em que cada conjunto 10 compreende quatro braços expansíveis 1. A configuração com quatro braços expansíveis 1 pode ser interessante por possibilitar uma melhor centralização, em comparação com outras configurações.

[0031] Também opcionalmente, são adotados quatro conjuntos 10 comquatro braços expansíveis 1 cada, sendo dois conjuntos 10 posicionados à frente da ferramenta 5 e dois conjuntos 10 posicionados após a ferramenta 5.

[0032] Em qualquer uma das configurações descritas, cada braçoexpansível 1 compreende pelo menos uma roda deslizante 2 adaptada para tocar a parede interna do duto. Dessa maneira, quando for adotada uma configuração com quatro braços expansíveis 1, serão adotadas quatro rodas deslizantes 2, sendo uma para cada braço expansível.

[0033] Um técnico no assunto entenderá que a ferramenta 5 utilizada,bem como qualquer ferramenta conectada às suas extremidades, pode ser qualquer ferramenta 5 que se deseje inserir e movimentar no interior de um duto, incluindo dispositivos autônomos ou teleoperados de movimentação, ferramentas de arame, cabo e flexitubo.

[0034] Em configurações alternativas (não ilustradas nas figuras) podeser adotado apenas um conjunto 10 de braços expansíveis 1, em que a ferramenta 5 seria envolta pelos braços expansíveis 1. Nessa configuração, preferencialmente são adotados quatro braços expansíveis 1.

[0035] Destaca-se que a utilização dos elementos magnéticos nas rodasdeslizantes 2 elimina o filme de óleo entre a roda 2 e a parede interna do duto, permitindo um contato relativo não deslizante entre eles.

[0036] A figura 2 ilustra uma vista isolada de um braço expansível 1 deacordo com uma configuração opcional da invenção, nessa configuração, o braço expansível 1 é um elemento elástico do tipo mola. Mais particularmente, o braço expansível 1 compreende dois elementos elásticos 11 unidos em um ponto central, em que, no ponto central, é posicionada a roda deslizante 2. Nessa configuração, também pode ser adotado um suporte 3 para a roda deslizante 2, em que os braços expansíveis 1 seriam fixados ao suporte 3.

[0037] Nessa configuração opcional, observa-se que cada elementoelástico 11 compreende um elemento de mola (do tipo feixe de molas) com duplo raio e meio reto. Assim, é possível chegar a uma configuração cujo perfil é reduzido para abranger maior faixa de diâmetros.

[0038] Opcionalmente, as rodas deslizantes 2 são posicionadas demaneira inclinada com relação ao eixo de movimento da ferramenta 5 (ou eixo central do duto), de modo a provocar um movimento bi-helicoidal no interior do duto.

[0039] Em configurações opcionais, como a ilustrada na figura 1, em que são adotados quatro conjuntos 10 com quatro braços expansíveis 1 cada, sendo dois conjuntos 10 com quatro braços expansíveis 1 posicionados à frente da ferramenta 5 e dois conjuntos 10 com quatro braços expansíveis 1 posicionados após a ferramenta 5, todas as rodas deslizantes 2 podem ser inclinadas, provendo dois conjuntos 10 de rodas inclinadas, tanto na porção frontal como na porção traseira. Com isso, a ferramenta 5 realiza uma trajetória bi-helicoidal ao se movimentar pelo duto, fazendo com que sua capacidade de tração seja duas vezes maior do que uma ferramenta 5 convencional que realiza movimento helicoidal.

[0040] Nessa configuração opcional, os conjuntos 10 com quatro braçosexpansíveis 1 são unidos pelas extremidades dos braços expansíveis 1 por elementos de união. Esses elementos podem ser quaisquer elementos de união conhecidos.

[0041] Em adição, pode ser adotado um acessório de união mecânica 4conectando os conjuntos 10 de braços expansíveis 1 entre si ou com a ferramenta 5. Esse acessório de união mecânica 4 pode ser rígido, ou flexível de modo a permitir movimentos rotacionais e de flexão.

[0042] Ressalta-se que a capacidade de tração é ainda mais elevadadevido ao fato de serem adotados elementos magnéticos nas rodas deslizantes 2, eliminando o filme de óleo no contato com a parede interna do duto. Dessa forma, as rodas deslizantes 2 não “derrapam” proporcionando o movimento helicoidal ou bi-helicoidal devido às rodas deslizantes 2 inclinadas.

Claims

1. Dispositivo de centralização e tracionamento de uma ferramenta (5) emum duto compreendendo braços expansíveis (1), em que cada braço expansível compreende pelo menos uma roda deslizante (2) adaptada para tocar a parede interna do duto, o dispositivo sendo caracterizadopor cada roda deslizante (2) compreender pelo menos um elemento magnético adaptado para eliminar o filme de óleo no contato da roda deslizante (2) com a parede interna do duto; compreender ainda pelo menos um conjunto (10) de braços expansíveis (1), em que cada conjunto (10) de braços expansíveis (1) compreende quatro braços expansíveis (1).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadoporcompreender quatro conjuntos (10) de braços expansíveis (1) com quatro braços expansíveis (1) cada, em que dois conjuntos (10) de braços expansíveis (1) são posicionados anteriormente à ferramenta (5) e dois conjuntos (10) de braços expansíveis (1) são posicionados posteriormente à ferramenta (5).

3. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2,caracterizadopor o braço expansível (1) ser um elemento elástico do tipo mola.

4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3,caracterizadopor o braço expansível compreender dois elementos elásticos (11) unidos em um ponto central, em que, no ponto central, é posicionada a roda deslizante (2).

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizadoporcompreender um suporte (3) para a roda deslizante (2), em que os elementos elásticos (11) são fixados ao suporte (3).

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizadopor cadaelemento elástico (11) compreender um elemento de mola com duplo raio e meio reto.

7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6,caracterizadopor as rodas deslizantes (2) serem posicionadas de maneira inclinada com relação a um eixo de movimento do instrumento, com um motor gerando movimento rotativo entre os conjuntos de roda, em que as rodas inclinadas são adaptadas para provocar um movimento bi-helicoidal do instrumento no interior do duto.