BR112013009765B1 - dispositivo para proporcionar um pulso de pressão - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO PARA OPERAÇÃO DE UM EQUIPAMENTO NO INTERIOR DE UM POÇO. A presente invenção está correlacionada a um dispositivo para transportar um pulso de pressão para ativar um equipamento ativado por pressão de fluido em uma tubulação (12/27), em que o dispositivo é caracterizado pelo fato de que a tubulação (27) compreende uma membrana flexível (24), que isola o fluido (F1) na tubulação de transporte de fluido de outro fluido (F2) em outro canal, o qual está em comunicação de fluido com o equipamento, em que a membrana, por conta de sua elasticidade, transfere mudanças de pressão ( pulsos de pressão) no fluido ( P1), na tubulação (12), para o fluido (P2) no outro canal (30). Vantajosamente, o outro canal (30) é acoplado fluidicamente a uma câmara (26), onde a membrana (24) se encontra localizada, e a membrana ( tipo fole) (24) é rosqueada numa parte externa da seção de tubulação (27) e disposta em um assento (26) formador de câmara da seção de tubulação (27), em que a parede da seção de tubulação inclui um determinado números de furos de penetração, para proporcionar conexão fluida a partir do fluido (F1), tendo uma pressão (P1) na tubulação (27), radialmente para fora, na direção da membrana que se dispõe contra a parede externa. A membrana (24), vantajosamente, é (...).

Description

[0001] A presente invenção se refere a uma nova construção para um dispositivo para transportar um pulso de pressão, para ativar um equipamento operável por pressão de fluido em uma tubulação, tal como, um poço de produção. Especificamente, a presente invenção trata de uma construção que é capaz de suportar a operação de um equipamento no interior de um poço hidraulicamente operado.

Fundamentos da Invenção

[0002] Já é bem conhecido e há bastante tempo, em conexão com a ativação de pulso de pressão de um equipamento mecânico instalado no interior de um poço de petróleo ou gás, que existem desafios correlacionados ao transporte desses pulsos de pressão enviados ao equipamento.

[0003] Isso é especialmente pertinente quando uma tubulação introduzida dentro de um poço é pressurizada, para transmitir esses sinais de pressão ao interior do equipamento. Um problema normalmente encontrado é que, no curso do tempo, é formado um acúmulo de partículas no liquido, que, eventualmente, formam uma massa sólida no fundo da tubulação, quando essas partículas decantam na tubulação. Isso é um problema substancial quando são utilizados tampões na tubulação de produção, que opera de modo a bombear para cima a pressão sobre o tampão, a partir da sonda.

[0004] Uma maneira de limitar o problema é acoplar o equipamento através de uma linha de controle hidráulico (um condutor), o qual se dispõe exteriormente à tubulação existente, na qual o tampão é montado. Essas linhas de controle são roteadas de modo ascendente e através da instalação da cabeça de poço, e ainda mais para cima até a sonda, de modo que possam ser submetidas à pressão diretamente da sonda, e, como consequência, ainda é possivel se operar o equipamento, apesar de um acúmulo de lama sobre o tampão, na tubulação.

[0005] A desvantagem desse sistema é que em uma maior proporção, a operação se torna mais dispendiosa e ao se estabelecer uma longa linha de controle de diversos quilômetros (condutor) , se introduz o risco da possibilidade de a tubulação que, geralmente, é um tubo fino, com uma dimensão de 1/4" (6,3 mm), se desgastar contra as paredes do poço, pelo que, se torna possivel perder todo o controle do equipamento.

[0006] Uma solução conhecida é o uso de um tipo de acumulador, para introdução de um liquido limpo dentro do poço. Essa solução é descrita no Pedido de Patente da Noruega, NO 2008/0452. Nesse documento é descrito um acumulador que inclui um volume limitado de liquido limpo para suprir ao equipamento, para operação do mesmo.

[0007] Assim, o Pedido de Patente da Noruega descreve um acumulador de pistão, que de acordo com a descrição, acumula pressão durante a introdução dentro do poço.

[0008] Esse sistema continua a apresentar um considerável número de problemas associados à funcionalidade.

[0009] Primeiramente e, principalmente, é reivindicado que os fragmentos de rejeitos (suprimento de contaminação) não são capazes de penetrar dentro do sistema. Porém, essa reivindicação é incorreta, pelo fato de ser conhecido que um bloqueio do canal a montante do pistão, conforme descrito, não seria capaz de permitir o transporte dos pulsos de pressão que são necessários para o sistema funcionar. É correto que essas partículas não seriam capazes de contaminar a jusante do pistão, que é disposto para acionar o mecanismo ciclico do sistema, o qual é operável para ser aberto, dependendo de um anteriormente especificado número de pulsos de pressão. 0 problema é que principalmente devido à comunicação de liquido através do canal a montante do pistão, as partículas podem entrar dentro da câmara e, desse modo, bloquear o pistão de movimento, de modo que podem surgir diferenças de pressão entre as posições a montante e a jusante do pistão.

[0010] Um sistema ciclico baseado nas diferenças de pressão poderia, então, deixar de funcionar.

[0011] Com relação ao estado da técnica, é feita também referência às patentes U.S. 2.964.116 e US 2.898.088.

Objetivo da Invenção

[0012] O principal objetivo da invenção é proporcionar uma nova construção, que seja capaz de solucionar as desvantagens e problemas acima mencionados.

[0013] A solução de acordo com a presente invenção inclui a instalação de uma membrana flexível isenta de difusão, por exemplo, fabricada a partir de um material de borracha, na sua própria seção de carcaça/luva da tubulação. Ao utilizar essa solução, é possível se obter um efeito bastante diferente daquele divulgado em soluções anteriormente conhecidas.

Sumário da Invenção

[0014] O dispositivo de acordo com a presente invenção é caracterizado pelo fato de que a tubulação inclui uma membrana flexível que isola um fluido F1 na tubulação de transporte de fluido, de outro fluido F2 disposto em outro canal, o qual está em comunicação de fluido com o equipamento, em que a membrana, por conta de sua elasticidade, transfere mudanças de pressão (pulsos de pressão) no fluido da tubulação Pl, para o fluido P2 no outro canal.

[0015] Uma das vantagens da presente invenção, conforme definida, é que um pistão que se move axialmente numa direção longitudinal será limitado na área que pode ser afetada, enquanto um fole que se move radialmente é capaz de proporcionar uma enorme área que pode ser afetada. Essa área é limitada somente pela extensão do fole.

Descrição das Figuras

[0016] A invenção será agora descrita em maiores detalhes fazendo-se referência aos diagramas anexos.

[0017] A figura 1 é uma ilustração de uma tubulação que é instalada dentro de um furo de poço, por exemplo, uma formação contendo hidrocarboneto, em que o dispositivo da invenção é empregado.

[0018] As figuras 2 e 3 representam ilustrações dos detalhes da construção da invenção 10, em duas posições, em que a mesma é disposta a uma distância a montante com relação ao equipamento no interior do poço 20, o qual deve ser operado hidraulicamente, de acordo com a presente invenção.

[0019] A figura 3B é uma ilustração de uma seção transversal alongada de um furo de poço, que é disposta numa direção radial através da parede do tubo.

[0020] As figuras 4 e 5 representam ilustrações de uma parte ampliada das figuras 2 e 3, e ilustram o canal hidráulico 30 disposto na parede da tubulação e que acopla o dispositivo de pulso de pressão 10 ao equipamento 20.

[0021] As figuras proporcionam ilustrações de uma tubulação 12 que é implementada em um furo de poço 14 numa formação 16. Descrito como um exemplo não-limitativo, uma seção de tubulação 18 é instalada em uma parte mais baixa da tubulação 12, com um assento acomodando um tampão 22. O tampão 22 é usado, por exemplo, inicialmente, para testar e verificar que o interior da tubulação é suficientemente à prova de vazamento sob pressão, e que irá funcionar conforme idealizado durante a produção de hidrocarbonetos, a partir da formação 16.

[0022] Como consequência da superfície do tampão (23) que se defronta ascendentemente, que se torna suscetível a coletar grandes depósitos 25 de contaminação compreendendo partículas sólidas, tal como, partículas de lama, o dispositivo 10 é posicionado a uma distância acima do tampão 22, e o tampão 22 e dispositivo 10 são mutuamente acoplados através de um canal 30, que se estende axialmente ao longo e através da parede da tubulação, entre essas duas regiões.

[0023] O dispositivo inclui uma seção de tubulação perfurada 27, a qual é instalada dentro da tubulação 12. Um volume oco ou câmara 26 é definido entre a parede externa 21 da seção e a parede interna da tubulação 12 .

[0024] Envolvendo a seção de tubulação 27, é rosqueado um fole ou membrana elástica no formato de luva 24, e numa posição mais acima 31 e posição mais abaixo 33, o dito fole é fixado no material sólido da seção de tubulação 27. O fole 24 pode depois se tornar abaulado, a partir de uma posição em que se dispõe ligado na parede externa da seção da tubulação 21 e numa extensão em que se torna abaulado e se dispõe contra a parede interna 13. Exteriormente ao fole 24, se dispõe uma câmara no formato de anel 26, acoplada a um canal perfurado 30, que se estende descendentemente através da parede da tubulação para o mecanismo de liberação (no caso não especificamente mostrado), que é usado para explodir e liberar o tampão.

[0025] A posição ou abaulamento do fole irá depender de uma diferença na pressão Pl, dentro da tubulação 12, e uma pressão P2 na câmara ou canal 30 exterior à membrana 24. A figura 2 ilustra a situação em que a pressão Pl é maior que a pressão P2 (Pl > P2), de modo que a membrana se torna abaulada.

[0026] A figura 3 é uma ilustração de uma situação em que a pressão P2 é maior ou igual que a pressão Pl e em que a membrana se dispõe de modo ondulado contra a parede externa 21.

[0027] Um mecanismo de liberação que remove o tampão é adaptado de modo a contar um número de pulsos, em que os pulsos são gerados pelo aumento e diminuição da pressão de fluido Pl, e em que o tampão é explodido e liberado sob um predeterminado número de pulsos.

[0028] Na câmara disposta radialmente exterior ao fole, é colocado um liquido limpo, que está presente em correlação com uma tubulação que se dispõe exteriormente ou um canal perfurado internamente 30, que, novamente, está presente em correlação, por exemplo, com uma válvula sensivel a pulso de pressão.

[0029] A válvula sensivel à pressão pode ser ajustada ou montada, para promover eletronicamente a leitura de sinais, com a ajuda de um transmissor de pressão, ou a válvula pode ser um sistema meramente mecânico que promove a leitura de pulsos de pressão para abertura da válvula sob um predeterminado número de pulsos de pressão.

[0030] Quando a válvula se abre, o liquido limpo circula após a válvula e opera o equipamento que é hidraulicamente operado. A tecnologia pode ser usada para operar equipamento no interior e fundo do poço, que seja hidraulicamente operado, exigindo um liquido limpo para uma correta operação. Exemplos de tais equipamentos incluem sistemas de detonação para tampões removíveis (tampões que desaparecem) , válvulas corrediças, válvulas esféricas hidraulicamente operadas, e válvulas de charneira hidraulicamente operadas. Estes são apenas alguns exemplos de equipamentos com os quais essa nova solução tecnológica pode ser usada. O sistema operado hidraulicamente pode, por exemplo, ser um tampão dividido em camadas 22, fabricado de vidro. A maneira pela qual o mesmo é removido ou esmagado não é especificamente mostrada na figura. 0 equipamento controlado por pulso de pressão pode incluir um dispositivo 39, que é operável para contar o número de pulsos, e quando tiver contado um número correto, o mecanismo é ativado e libera um mecanismo explosivo. Isso pode significar, por exemplo, que um pistão 38 disposto axialmente na parede da tubulação é empurrado descendentemente com grande força e desloca um pistão de esmagamento orientado horizontalmente, numa direção radial e para dentro do tampão 22, que, desse modo, pode ser esmagado. 0 tampão pode ser fabricado de materiais cerâmicos, os quais podem ser esmagados, ou ser fabricado de vidro que é adaptado para esta finalidade.

[0031] Ao utilizar um fole ao invés de um pistão, é também possível perfurar um grande número de furos radialmente, através da parede e em torno do perimetro do colar protetor que suporta o fole e mantém o liquido limpo no lugar. Uma seção transversal alongada desses furos perfurados 50, numa direção radial através da parede de tubulação 26, é mostrada na seção transversal na figura 3B. Em ambos os lados da mesma (a partir de cada extremidade da mesma), é perfurado um furo através da parede. A parte central do furo através da parede apresenta, vantajosamente, uma forma de uma região perfurada 56, com seção transversal circular, enquanto cada extremidade da perfuração circular continua com um diâmetro de seção transversal gradualmente crescente na direção das superficies de parede, notadamente, mostrando uma forma cônica. A região perfurada, logicamente, é mais larga na direção das superficies da parede, pelo que, a forma dos furos 52 a 54 mostrada nos diagramas é tal que a forma mais externa proporciona, respectivamente, furos na forma de cone, furos formados conicamente ou furos substancialmente na forma de trompa. Essas perfurações podem apresentar outras seções transversais diferentes de uma seção transversal circular. Uma vantagem dessa forma de furo é que cada furo não é tão facilmente bloqueado permanentemente pela lama e partículas.

[0032] O risco de que os furos com essa forma possam ser bloqueados por fragmentos e partículas sólidas pode ser reduzido pelos furos que estão sendo perfurados, de modo que estes sejam concêntricos em ambas as direções. Essa forma de furo através da parede tendo uma seção transversal que se expande a partir da perfuração na direção da parede externa resulta em que se obtém um efeito, no qual sempre haverá uma corrente de ambos os modos de fluido/liquido, como resultado das partículas ligadas no furo cônico que é aberto para cima, com um maior diâmetro no lado oposto ao que é influenciado pela pressão, o que faz com que as partículas se tornam mais soltas, quando a pressão é aplicada a partir do lado que apresenta o menor furo. Uma partícula 60 no fluido da tubulação, que pode se ligar e bloquear a entrada do furo perfurado 56, quando o fluido F1 correr na direção da seta P2, irá simplesmente ficar solta e ser empurrada de volta novamente, quando a pressão de fluido P2 exceder a pressão de fluido Pl e o fluido F2 retornar. A partícula 60 será então mais fácil de ser solta pela corrente de retorno.

[0033] Além disso, com referência às figuras 2 e 3, são providas uma placa de fratura (ou diversas), discos de escovamento, que são dispostos para quebra ou ruptura quando, por exemplo, surgir uma diferença de pressão de 0 bar entre a pressão no fluido limpo atrás do material flexível e o liquido na tubulação do poço, garantindo ainda que não haja o surgimento de uma diferença de pressão entre os dois liquidos. A membrana flexivel irá também sempre proporcionar que pressões idênticas surjam em ambos os lados e que a mesma retorne para sua forma original após uma aplicação de pressão.

[0034] Através da parede da tubulação 27, notadamente, acima da parte de parede perfurada, são perfurados um ou mais furos 160, formando uma conexão de fluido entre a câmara de formato de anel 26 exterior ao fole e uma câmara interna da tubulação, indicada por Fl/Pl (figuras 2 e 3) . No furo, é instalada uma placa de metal para prover um disco de ruptura 162, em que essa placa é fixada através de um elemento fixador referido por 58, tal como, um parafuso ou similar, conforme mostrado nos diagramas.

[0035] O disco de ruptura 162 é adaptado para criar uma comunicação de fluido no caso de uma pressão excessiva ser desenvolvida no lado posterior P2 do fole, notadamente, quando a pressão não for a mesma que a pressão Pl dentro da tubulação (tubagem).

[0036] A perfuração do disco de ruptura pode, como ponto de referência, ser feita em qualquer local, na medida em que o mesmo se dispõe posicionado de modo a separar o fluido entre a tubagem e o lado posterior do fole, e criar um percurso de comunicação entre estes quando o mesmo se rompe.

[0037] O disco de ruptura 162 irá também proporcionar uma eventual operação do equipamento, que deverá ser controlada pelo último reabastecimento de liquido, quando o liquido limpo atrás da membrana flexível tiver sido consumido, pelo que a membrana é previamente ajustada na direção das paredes, na sua respectiva carcaça, de modo que surja uma diferença de pressão entre a tubulação do poço PI e o lado posterior P2 da membrana, após o que o disco de ruptura irá se romper e o liquido do poço irá se derramar dentro do sistema.

[0038] Portanto, a presente invenção apresenta diversas vantagens em comparação com o estado da técnica conhecido, que apresenta superficies de volume limitado, que podem ser influenciadas com um risco associado de que os furos do sistema se tornem bloqueados em operação.

Claims (9)

1. Dispositivo para proporcionar um pulso de pressão, para ativar um equipamento ativado por pressão de fluido em uma tubulação de transporte de fluido (12), em que uma seção (27) da parede da tubulação inclui uma pluralidade de furos de penetração, e uma membrana flexivel (24) é disposta exteriormente à seção de tubulação (27), a membrana flexivel (24) isolando um primeiro fluido (Fl) na tubulação de transporte de fluido de um segundo fluido (F2) em um canal (30) , o qual se encontra em comunicação de fluido com o equipamento, em que a membrana (24), por conta de sua elasticidade, transfere mudanças de pressão no fluido (Fl) na tubulação (12) para o fluido (F2) no canal (30) , caracterizado pelo fato de que cada furo (50) através da parede da seção de tubulação (27) define um furo central concêntrico (56), em que cada extremidade do furo (56) forma uma extensão cônica na direção da parede interna (121) e da parede externa (21) da seção de tubulação (27), respectivamente.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada extensão de furo (50) tem um formato de cone.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada extensão de furo (50) tem um formato de trompa.

4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a membrana é um fole na forma de luva (24), que é rosqueado ao exterior da seção de tubulação (27), e que se dispõe em um assento formador de câmara (26) na seção de tubulação (27), em que a parede da seção de tubulação (27) compreende a pluralidade de furos de penetração (50) para proporcionar uma comunicação de fluido a partir do fluido (Fl) em uma primeira pressão (Pl) na tubulação (12) radialmente para fora, na direção da membrana localizada exteriormente à parede da seção de tubulação.

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a membrana (24) é um fole na forma de luva, a câmara sendo formada por uma região anular envolvendo o perímetro da seção de tubulação.

6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a membrana flexível proporciona uma pressão similar sobre ambos os lados da membrana, a qual irá, por exemplo, contrair, expandir e voltar a se contrair para sua forma original após uma aplicação de pressão.

7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um disco de ruptura (162) é disposto em um furo/canal através da parede da tubulação (12/27) para definir uma placa de divisão removível entre a primeira região (Fl) na tubulação transportadora de fluido tendo uma primeira pressão (Pl) e a segunda região de fluido (F2) no outro canal tendo uma segunda pressão (P2).

8. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o disco de ruptura (162) é operável para se romper quando surge uma determinada diferença de pressão entre as primeira e segunda regiões de fluidos (Fl) e (F2), por exemplo, uma diferença de pressão de 10 bar entre as duas regiões, de modo a garantir o sistema contra posteriores diferenças de pressão entre os dois líquidos.

9. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o disco de ruptura (162) é posicionado em um furo disposto na parede superior da seção de tubulação (27), na qual o fole é montado, para proporcionar comunicação no caso de surgir uma segunda pressão demasiadamente alta no fluido (F2) na parte posterior (P2) do fole, que não é similar à primeira pressão (Pl) no primeiro fluido (Fl) dentro da tubulação (12) .

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