BR112012033293B1

BR112012033293B1 - Sistema de fraturamento para fraturar uma formação que circunda uma estrutura tubular de poço, uso do sistema de fraturamento, e método de fraturamento para fraturar uma formação que circunda uma estrutura tubular de poço expandindo uma luva expansível no sistema de fraturamento

Info

Publication number: BR112012033293B1
Application number: BR112012033293-7A
Authority: BR
Inventors: Hazel Poul; Jørgen Hallundbæk
Original assignee: Welltec Oilfield Solutions Ag
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2020-05-12
Also published as: DK2588713T3; US20130098621A1; CA2803714A1; CN102959181A; EP2588713A1; RU2572631C2; RU2013103498A; WO2012001118A1; EP2402554A1; US9163495B2; BR112012033293A2; CN102959181B; EP2588713B1; CA2803714C

Abstract

sistema de fraturamento. a presente invenção refere-se a um sistema de fraturamento para fraturar uma formação que circunda uma estrutura tubular de poço, compreendendo uma parte a ser montada como uma parte da estrutura tubular de poço, a parte tubular sendo feita de metal, uma luva expansível feita de metal, a luva tendo uma espessura de parede e circundando a parte tubular, um meio de fixação para conectar a luva com a parte tubular, e uma abertura na parte tubular o os meios de fixação. além do mais, a invenção se refere a um método de fraturamento para fraturar uma formação que circunda uma estrutura tubular de poço.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA DE FRATURAMENTO PARA FRATURAR UMA FORMAÇÃO QUE CIRCUNDA UMA ESTRUTURA TUBULAR DE POÇO, USO DO SISTEMA DE FRATURAMENTO, E MÉTODO DE FRATURAMENTO PARA FRATURAR UMA FORMAÇÃO QUE CIRCUNDA UMA ESTRUTURA TUBULAR DE POÇO EXPANDINDO UMA LUVA EXPANSÍVEL NO SISTEMA DE FRATURAMENTO.

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção se refere a um sistema de fraturamento para fraturar uma formação que circunda uma estrutura tubular de poço, compreendendo uma parte tubular a ser montada como uma parte da estrutura tubular de poço, a parte tubular sendo feita de metal, uma luva expansível feita de metal, a luva tendo uma espessura de parede e circundando a parte tubular, um meio de fixação para conectar a luva com a parte tubular, e uma abertura na parte tubular ou no meio de fixação. Além disso, a invenção se refere a um método de fraturar uma formação que circunda uma estrutura tubular de poço. ANTECEDENTES DA TÉCNICA [002] Em um poço, a formação é fraturada de modo a deixar o óleo passar dentro do poço e mais adiante para o revestimento de produção. Ao fraturar a formação, é desejável obter fraturas se estendendo de modo substancialmente transversal à extensão do furo de sondagem, e assim o revestimento. No entanto, estas fraturas comumente se estendem substancialmente ao longo do revestimento devido às camadas naturais na formação.

[003] As fraturas se estendendo perpendicularmente ao revestimento se estendem mais longe dentro da formação. Desta maneira, elas descobrem uma párea maior da formação cheia de fluido contendo óleo, que leva a uma produção mais otimizada que com faturas longitudinais.

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SUMÁRIO DA INVENÇÃO [004] É um objetivo da presente invenção superar parcial ou completamente as desvantagens e inconvenientes acima da técnica anterior. Mais especificamente, é um objetivo fornecer um sistema de fraturamento aperfeiçoado que seja capaz de fazer fraturas substancialmente perpendiculares ao revestimento de produção.

[005] Os objetivos acima, junto com numerosos outros objetivos, vantagens e aspectos que se tornarão evidentes a partir da descrição abaixo, são realizados por uma solução de acordo com a presente invenção por um sistema de fraturamento para fraturar uma formação que circunda uma estrutura tubular de poço, compreendendo:

- uma parte tubular a ser montada como uma parte da estrutura tubular de poço, a parte tubular sendo feita de metal;

- uma luva expansível feita de metal, a luva tendo uma espessura de parede e circundando a parte tubular;

- um meio de fixação para conectar a luva com a parte tubular; e

- uma abertura na parte tubular o os meios de fixação, [006] em que a luva tem um elemento de iniciação de fratura.

[007] Em uma modalidade, o elemento de iniciação de fraturamento pode se projetar de uma superfície da luva.

[008] Por um elemento de iniciação de fratura se projetando da superfície da luva entende-se a posição ao longo da superfície na qual uma inclinação de uma tangente com a superfície muda e se torna zero para mudanças novamente, o elemento se projetando nesta posição na direção da formação.

[009] Além disso, o elemento de iniciação de fratura pode penetrar pelo menos parcialmente em parte da formação em uma condição expandida da luva expansível.

[0010] Adicionalmente, a luva expansível pode ter uma condição

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3/11 expandida em que uma superfície de contato da luva contata a formação e uma condição não expandida, o elemento de iniciação de fratura se projetando pelo menos na posição expandida a partir da superfície de contato na formação a fim de fraturar a formação.

[0011] Em uma modalidade da invenção, o elemento de iniciação de fratura pode estar disposto entre os meios de fixação.

[0012] Além do mais, o elemento de iniciação de fratura pode compreender uma parte central da luva tendo uma espessura de parede reduzida em relação à outra parte da luva.

[0013] Além disso, o elemento de iniciação de fratura pode compreender várias áreas distribuídas ao longo de uma circunferência da luva, e as áreas da luva podem ter uma espessura de parede reduzida em relação a outras áreas da luva.

[0014] Além disso, o elemento de iniciação de fratura pode compreender uma projeção.

[0015] Adicionalmente, o elemento de iniciação de fratura pode compreende um tampão de cisalhamento, válvula carregada por mola ou um disco de ruptura.

[0016] Em uma modalidade, a projeção pode afunilar para longe da parte tubular na direção da formação.

[0017] Além do mais, a projeção pode ser uma projeção circunferencial.

[0018] Adicionalmente, a luva pode ter várias projeções ao longo de sua circunferência para assegurar que as projeções são dispostas no mesmo plano de seção transversal circunferencial da luva.

[0019] Em outra modalidade, o elemento de iniciação de fratura pode compreender pelo menos uma área tendo uma espessura de parede reduzida que se rompe quando atinge uma pressão predeterminada.

[0020] O sistema de fraturamento como descrito acima pode ainda

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4/11 compreender uma ferramenta para expandir a luva expansível deixando um fluido pressurizado através de uma abertura na parte tubular em um espaço entre a luva expansível e a parte tubular.

[0021] Além do mais, uma válvula pode estar disposta na abertura para controlar a passagem de fluido pressurizado dentro do espaço entre a luva expansível e a parte tubular.

[0022] Em adição, a luva pode ter duas extremidades feitas de um material diferente de uma parte central da luva.

[0023] Estas duas extremidades podem ser soldadas na parte central, e podem ter uma superfície inclinada que corresponde com uma superfície inclinada da parte central da luva.

[0024] Em uma modalidade, a válvula pode ser uma válvula de um sentido ou uma válvula de dois sentidos.

[0025] Em outra modalidade, pelo menos um dos meios de fixação pode ser deslizável em relação à parte de conexão da parte tubular da barreira anular.

[0026] Além do mais, pelo menos um dos meios de fixação pode ser preso de modo fixo na parte tubular.

[0027] Em ainda outra modalidade, a ferramenta pode ter um meio para mover a válvula de uma posição para outra.

[0028] Além disso, a ferramenta pode ter um dispositivo de isolamento para isolar uma primeira seção entre uma parede externa da ferramenta e uma parede interna da estrutura tubular de poço fora da abertura da parte tubular.

[0029] Em adição, o dispositivo de isolamento da ferramenta pode te5r pelo menos um meio de vedação para vedar contra a parede interna da estrutura tubular de poço em cada lado da válvula a fim de isolar a primeira seção dentro da estrutura tubular de poço.

[0030] Além disso, a ferramenta pode ter um meio de distribuição de pressão para carregar fluido do furo de sondagem e para distribuir

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5/11 o fluido pressurizado para a primeira seção.

[0031] Adicionalmente, a ferramenta pode ter meio para conectar a ferramenta em um tubo de perfuração. Também, a ferramenta pode ter obturadores para fechar uma área anular.

[0032] A invenção, além disso, refere-se ao uso do sistema de fraturamento como descrito acima em uma estrutura tubular para inserir a estrutura em um furo de sondagem.

[0033] Finalmente, a invenção se refere a um método de fraturamento apra fraturar uma formação que circunda uma estrutura tubular de poço expandindo uma luva expansível no sistema de fraturamento, como descrito acima, dentro de um furo de sondagem, o método compreendendo as etapas de:

- colocar uma ferramenta fora da abertura da parte tubular,

- injetar fluido no espaço entre a parte tubular e a luva expansível para expandir a luva,

- fraturar a formação da luva até que a luva aplique uma pressão predeterminada na formação.

[0034] Além do mais, o método de fraturamento pode compreender a etapa de expandir a luva até que o elemento de iniciação de fratura se rompa.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0035] A invenção e suas muitas vantagens serão descritas em mais detalhe abaixo com referência aos desenhos esquemáticos anexos, que para o propósito de ilustração mostram algumas modalidades não limitantes e em que:

[0036] a figura 1 mostra uma vista em seção transversal de um revestimento em um poço tendo uma parte horizontal;

[0037] a figura 2 mostra uma vista em seção transversal de um revestimento em um poço vertical;

[0038] a figura 3 mostra uma vista em seção transversal de uma

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6/11 luva expandida criando fraturas na formação;

[0039] a figura 4 mostra uma vista em seção transversal de um sistema de fraturamento não expandido;

[0040] a figura 5 mostra uma vista em seção transversal do sistema de fraturamento da figura 4 em uma condição expandida;

[0041] a figura 6 mostra uma vista em seção transversal de uma modalidade de um sistema de fraturamento não expandido;

[0042] a figura 7 mostra uma vista em seção transversal do sistema de fraturamento da figura 6 em uma condição expandida;

[0043] a figura 8 mostra uma vista em seção transversal de ainda outra modalidade de um sistema de fraturamento não expandido;

[0044] a figura 9 mostra uma vista em seção transversal do sistema de fraturamento da figura 8 em uma condição expandida;

[0045] a figura 10 mostra uma vista em seção transversal de ainda outra modalidade de um sistema de fraturamento não expandido;

[0046] a figura 11 mostra uma vista em seção transversal do sistema de fraturamento da figura 10 em sua condição mais completamente expandida;

[0047] a figura 12 mostra uma vista em seção transversal do sistema de fraturamento da figura 10 em sua condição completamente expandida, em que o elemento de iniciação de fratura rompido de modo a deixar o fluido fraturar a formação;

[0048] a figura 13 mostra uma vista em seção transversal, transversalmente através dos elementos de iniciação de fratura da figura 9;

[0049] a figura 14 mostra uma vista em seção transversal de ainda outra modalidade de um sistema de fraturamento não expandido;

[0050] a figura 15 mostra uma vista em seção transversal do sistema de fraturamento da figura 14 em uma condição expandida; e [0051] a figura 16 mostra uma vista em seção transversal do sistema de fraturamento da figura 14 em sua condição completamente

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7/11 expandida em que o elemento de iniciação da fratura foi liberado da luva de modo a deixar o fluido fraturar a formação.

[0052] Todas as figuras são altamente esquemáticas e não necessariamente em escala, e mostram somente aquelas partes que são necessárias a fim de elucidar a invenção, outras partes sendo omitidas ou meramente sugeridas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0053] A figura 1 mostra um poço tendo uma parte vertical e uma horizontal. Em uma parte horizontal, as fraturas de formação 11 se estendendo perpendicularmente para o revestimento de produção são mostradas. O revestimento de produção é preso na formação por meio de barreiras anulares, e as fraturas são situadas entre as barreiras anulares expandidas [0054] Na parte horizontal. Neste tipo de poço, as fraturas 11 são verticais e podem também ser perpendiculares às camadas naturais da formação. Um poço que está somente vertical é mostrado na figura

2. O poço tem barreiras anulares e fraturas horizontais, todas as quais são também perpendiculares e transversas ao revestimento de produção. A seguir, ambas os tipos de fraturas 11 ilustrados nas figuras 1 e 2, que são perpendiculares ao revestimento de produção, será referido como fraturas transversas.

[0055] A figura 3 mostra uma ilustração de uma luva expandida 4 criando fraturas transversas 11 na formação acima da luva e fraturas longitudinais na formação abaixo da luva. Como podem ser vistas, as fraturas longitudinais são fraturas se estendendo ao longo da extensão do revestimento de produção. Estimativas feitas na indústria de petróleo mostram que um poço horizontal tendo fraturas de formação transversas aperfeiçoa a eficiência de produção por até 60% comparado com um poço horizontal tendo fraturas longitudinais.

[0056] Expandindo a luva 4 em uma barreira anular para criar fra

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8/11 turas na formação, a luva expandida pressiona contra a formação, fazendo com que as fraturas se tornam coincidentes.

[0057] A figura 4 mostra um sistema de fraturamento 1 compreendendo uma luva 4 com um elemento de iniciação de fratura 7. o elemento de iniciação de fratura 7 nesta modalidade é uma parte da luva 4 tendo uma espessura de parede reduzida de modo que quando a luva é expandida, como mostrado na figura 5, o elemento de iniciação de fratura 7 se projeta e funciona como um entalhe quando pressionado na direção da formação. Desta maneira, o processo de fraturamento é controlado para assegurar que as fraturas são transversas em vez de longitudinais.

[0058] O sistema de fraturamento 1 compreende uma luva expansível 4 e uma parte de metal tubular 3, ambas as quais são montadas como uma parte da estrutura tubular de poço 2 ao inserir o revestimento de produção no furo de sondagem. Como ilustrado na figura 4, a luva expansível 4 tem uma espessura de parede t em sai condição não expandida e circunda a parte tubular 3 e é vedantemente preso na parte tubular por meio de um meio de fixação 5. a parte tubular 3 tem pelo menos uma abertura 6 funcionando como uma passagem para deixar o fluido no espaço entre a luva 4 e a parte tubular para expandir a luva.

[0059] No sistema de fraturamento 1 da figura 6, a luva expansível tem um elemento de iniciação de fratura 7 que é uma parte da luva tendo uma espessura de parede reduzida, como mostrado na figura 4. Além do mais, o elemento de iniciação de fratura 7 compreende uma projeção 9 afunilando em um aro circunferencial. A luva 4 da figura 6 é mostrada em sua condição expandida na figura 7 em que a parte da luva tendo uma espessura reduzida se projeta para a formação como uma parte projetada, e o aro disposto na parte projetada tendo uma espessura reduzida pressiona contra a formação e aumenta o efeito

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9/11 de entalhe da parte projetada.

[0060] Assim, nas figuras 5-9, 11 e 14-16, o elemento de iniciação de fratura se projeta de uma superfície da luva. Por um elemento de iniciação de fratura se projetando da superfície da luva significa uma posição ao longo da superfície em que uma inclinação de uma tangente à superfície muda e se torna zero para mudanças novamente, o elemento se projetando nesta posição da superfície da luva e para a formação.

[0061] Nas figuras 5, 7, 11 e 15, o elemento de iniciação de fratura penetra pelo menos parcialmente parte da formação em uma condição expandida da luva expansível. Depois da penetração de parte do elemento de iniciação de fratura, uma superfície de contato 30 sendo outra parte da luva contata a formação.

[0062] Em outra modalidade, a luva expansível 4 tem vários elementos de iniciação de fratura 7 na forma de partes da luva tendo uma espessura de parede reduzida. A luva 4 tem várias áreas circulares tendo uma espessura reduzida, e no exterior da luva cada elemento de iniciação de fratura compreende uma projeção 9 afunilando para um ponto.

[0063] A luva 4 da figura 8 compreende vários elementos de iniciação de fratura 7 na forma de projeções 9 dispostas no exterior da luva no mesmo plano de seção transversal da luva transversa à direção longitudinal do revestimento. Cada projeção 9 afunila para um ponto 16 que é pressionado na formação quando a luva 4 é expandida, e o ponto 16 de cada projeção 9 funciona como um entalhe iniciando uma fratura transversa à direção longitudinal do revestimento quando a luva é expandida, como mostrado na figura 9.

[0064] Como mostrado na figura 8, a abertura 6 pode ter uma válvula 10 que deve ser aberta antes que o fluido pressurizado 12 possa ser injetado no espaço entre a luva 4 e a parte tubular 3 a fim de exPetição 870190084461, de 29/08/2019, pág. 13/22

10/11 pandir a luva.

[0065] Nas figuras 10-12, o sistema de fraturamento 1 tem vários elementos de iniciação de fratura 7 na forma de áreas tendo uma espessura de parede reduzida. Quando a luva 4 é expandida, como mostrado na figura 11, as áreas tendo uma espessura de parede reduzida se projetam do exterior da luva para a formação, e ao ser expandida adicionalmente, as áreas se rompem, como mostrado na figura 12. Assim, os elementos de iniciação de fratura 7 funcionam como fraturas criando entalhes 11 na formação, e quando se rompem, o fluido 15 pode ser injetado na parede de formação a uma alta pressão, desse modo fraturando a formação ainda mais. Se o fluido 15 compreende ácido, as fraturas 11 podem ser aumentadas por meio do ácido.

[0066] Como mencionado, é desejável ter fraturas transversas, e tendo vários elementos de iniciação de fratura 7 no mesmo plano de seção transversal, as fraturas transversas controladas são facilmente feitas no mesmo plano de seção transversal à direção longitudinal do revestimento de produção. Por meio disto, um sistema de fraturamento mais eficiente 1 é fornecida, controlando a direção de fraturamento das fraturas. Na figura 13, uma vista em seção transversal à extensão longitudinal do sistema de fraturamento através da luva e os elementos de iniciação de fratura são mostrados com fraturas transversas no mesmo plano de seção transversal. Além do mais, os elementos de fratura são mostrados espaçados ao longo da circunferência da luva.

[0067] Um sistema de fraturamento não expandido em que o elemento de iniciação de fratura é um tampão de cisalhamento preso na parede da luva é mostrado na vista em seção transversal da figura 14. O elemento de iniciação de fratura penetra parcialmente a formação como mostrado na figura 15 e é liberável da luva quando uma certa pressão é injetada na abertura 6 de modo que o elemento de iniciação de fratura deixa um furo aberto na parede da luva. Na figura 16, o flui

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11/11 do de fratura está penetrando o furo na parede da luva e ainda dentro da fartura na formação.

[0068] Em vez de um tampão de cisalhamento como mostrado nas figuras 14-16, o elemento de iniciação de fratura pode ser uma válvula carregada por mola ou um disco de ruptura. O elemento de iniciação de fratura pode também ser um elemento pontudo sendo soldado como parte da parede da luva, e assim a conexão de solda rompe a uma pressão de fluido injetada através da abertura 6.

[0069] A estrutura tubular de poço 2 pode ser a coluna ou revestimento de produção, ou um tipo similar de fundo de poço de coluna em um poço ou furo de sondagem.

[0070] A válvula 10 pode ser qualquer tipo de válvula capaz de controlar um fluxo, tal como uma válvula esférica, uma válvula de borboleta, uma válvula de estrangulamento, uma válvula de segurança ou válvula de retenção, uma válvula de diafragma, uma válvula de expansão, uma válvula de gaveta, uma válvula de globo, uma válvula de faca, uma válvula de agulha, uma válvula de pistão, uma válvula de restrição ou uma válvula de tampão.

[0071] A luva de metal tubular expansível 4 pode ser uma estrutura tubular estirada a frio ou estirado quente.

[0072] O fluido usado para expandir a luva expansível 4 pode ser qualquer tipo de fluido de poço presente no furo de sondagem que circunda a ferramenta 20 e/ou a estrutura tubular do poço 3. Também, o fluido pode ser cimento, gás, água, polímeros ou um composto de tais componentes, tais como pó ou partículas, misturando e reagindo com um agente aglutinante ou endurecimento.

[0073] Embora a invenção tenha sido descrita acima em conexão com modalidades preferidas da invenção, será evidente para uma pessoa versada na técnica que várias modificações são concebíveis sem se afastar da invenção como definido pelas reivindicações seguintes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de fraturamento (1) para fraturar uma formação que circunda uma estrutura tubular de poço (2), compreendendo:

uma parte tubular (3) a ser montada como uma parte da estrutura tubular de poço, a parte tubular sendo feita de metal;

uma luva expansível (4) feita de metal, a luva tendo uma espessura de parede (t) e circundando a parte tubular;

um meio de fixação (5) para conectar a luva com a parte tubular; e uma abertura (6) na parte tubular ou os meios de fixação, caracterizado pelo fato de que a luva tem um elemento de iniciação de fratura (7), o elemento de iniciação de fratura (7) compreendendo pelo menos uma área tendo uma espessura de parede reduzida que se rompe quando atinge uma pressão predeterminada.
2. Sistema de fraturamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a luva expansível tem uma condição expandida em que uma superfície de contato (30) da luva contata a formação e uma condição não expandida, o elemento de iniciação de fratura se projetando pelo menos na posição expandida a partir da superfície de contato na formação a fim de fraturar a formação.
3. Sistema de fraturamento, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o elemento de iniciação de fratura compreende uma parte central (8) da luva tendo uma espessura de parede reduzida em relação à outra parte da luva.
4. Sistema de fraturamento, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o elemento de iniciação de fratura compreende várias áreas distribuídas ao longo de uma circunferência da luva, e as áreas da luva tem uma espessura de parede reduzida em relação a outras áreas da luva.
5. Sistema de fraturamento, de acordo com qualquer uma

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2/3 das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o elemento de iniciação de fratura compreende uma projeção (9).
6. Sistema de fraturamento, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o elemento de iniciação de fratura compreende um tampão de cisalhamento, válvula carregada por mola ou um disco de ruptura.
7. Sistema de fraturamento, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a projeção afunila para longe da parte tubular na direção da formação.
8. Sistema de fraturamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que a projeção é uma projeção circunferencial.
9. Sistema de fraturamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que a luva tem várias projeções ao longo de sua circunferência para assegurar que as projeções são dispostas no mesmo plano de seção transversal circunferencial da luva.
10. Sistema de fraturamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma ferramenta para expandir a luva expansível deixando um fluido pressurizado através de uma abertura na parte tubular em um espaço entre a luva expansível e a parte tubular.
11. Sistema de fraturamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que uma válvula está disposta na abertura para controlar a passagem de fluido pressurizado dentro do espaço entre a luva expansível e a parte tubular.
12. Uso do sistema de fraturamento, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que ocorre em uma estrutura tubular de poço para inserir a estrutura em um furo de sondagem.

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13. Método de fraturamento para fraturar uma formação que circunda uma estrutura tubular de poço (2) expandindo uma luva expansível no sistema de fraturamento, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, dentro de um furo de sondagem, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

colocar uma ferramenta fora da abertura da parte tubular, injetar fluido no espaço entre a parte tubular e a luva expansível para expandir a luva, e fraturar a formação expandindo a luva até que a luva aplique uma pressão predeterminada na formação.
14. Método de fraturamento, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de expandir a luva até que o elemento de iniciação de fratura se rompa.