BR112013018059A2 - ferramenta de assentamento e método de assentamento de uma ferramenta subterrânea - Google Patents
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Abstract
FERRAMENTA DE ASSENTAMENTO E MÉTODO DE ASSENTAMENTO DE UMA FERRAMENTA SUBTERRÂNEA.
A presente invenção refere-se a um acionador e a um método para ajustar uma ferramenta subterrânea (14) que usam um acionador montado externamente em uma coluna de tubo que está operacionalmente acoplado a uma ferramenta a ser acionada. No local desejado para o acionamento, é dado um sinal a um conjunto de válvula (34). A abertura da válvula (34) libera o fluido pressurizado compressível contra um pistão flutuante (26). O pistão aciona o fluido viscoso à sua frente através da válvula (34) agora aberta que, por sua vez, aciona um pistão acionador, cujo movimento assenta a ferramenta. O mecanismo de disparo para abrir a válvula (34) pode ser uma variedade de métodos, incluindo um sinal acústico, um sinal de vibração, uma mudança no campo magnético, ou uma deformação elástica da parede do tubo adjacente ao conjunto de válvula (34).
Description
* Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FERRAMEN-
CAMPO DA INVENÇÃO O campo da invenção é o dos acionadores e dos métodos de acionamento para operar uma ferramenta subterrânea, e mais particular mente o acionamento de uma ferramenta disposta em torno de um tubo sem uma abertura na parede do tubo usando a energia potencial no acionador quando colocado para dentro.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO Muitas operações em um poço subterrâneo envolvem o assen- tamento de ferramentas que são montadas fora de uma coluna de tubo. Um exemplo comum é um obturador ou cunhas que podem ser usados para ve- dar um espaço anular ou/e suportar uma coluna de tubo de outra. Técnicas de acionamento mecânico para tais dispositivos, as quais têm usado pres- são aplicada ou hidrostática para acionar um pistão para acionar cunhas pa- ra cima, dar forma de cone e comprimir elementos de vedação em uma po- sição de vedação, envolvendo aberturas na parede do tubo. Essas aberturas são consideradas trajetos de vazamento em potencial que reduzem a confi- abilidade e não são desejáveis.
Técnicas alternativas foram desenvolvidas que realizam a tarefa de acionamento de ferramentas sem aberturas nas paredes. Esses dispositi- vos usaram fluido anular, que foi admitido seletivamente no alojamento da ferramenta de acionamento, e, como resultado de tal entrada de fluido, resul- tou uma reação que criou pressão no alojamento do acionador para operar a ferramenta. Em uma versão, a admissão de água em uma porção do acio- nador permitiu um material ser reagido para criar gás de hidrogênio, que foi depois usado para acionar um pistão para ajustar uma ferramenta tal como um obturador. Alguns exemplos de tais ferramentas que operam com o prin- cípio de geração de gás são a Patente US 7.591.319 e Publicações US 2007/0089911 e 2009/0038802.
Esses dispositivos que tiveram de gerar pressão poço abaixo fo-
ram complicados e dispendiosos. Em algumas instâncias o espaço disponí- : vel era restringido para tais dispositivos, limitando sua exequibilidade. O que ' é necessário e provido pela presente invenção, é um acionador que vá para o orifício com energia potencial armazenada, que empregue uma variedade —detécnicas de sinalização da superfície para acionar a ferramenta e liberar a pressão/força de ajuste. A fonte preferida de energia potencial é o gás com- primido. Aqueles versados na técnica ainda compreenderão a invenção a partir de uma revisão da descrição da modalidade preferida e dos desenhos associados enquanto avaliando ainda que o escopo total da invenção está paraser determinado pelas reivindicações em anexo.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO Um acionador e método para assentar uma ferramenta subterrâ- nea usa um acionador montado externamente em uma coluna de tubo que | está operadamente acoplada a uma ferramenta a ser acionada. No local de- sejado para o acionamento é dado um sinal para um conjunto de válvula. A abertura da válvula libera o fluido pressurizado compressível contra um pis- tão flutuante. O pistão aciona o fluido viscoso à sua frente através da válvula agora aberta que, por sua vez, aciona um pistão acionador cujo movimento assenta a ferramenta. O mecanismo de disparo para abrir a válvula pode ser de uma variedade de métodos incluindo um sinal acústico, um sinal de vi- bração, uma mudança no campo magnético, ou uma deformação elástica da parede do tubo adjacente ao conjunto de válvula.
DESCRIÇÃO BREVE DOS DESENHOS A FIG. 1 é o conjunto na posição de "funcionamento no furo"; e a FIG. 2 é o conjunto da FIG. 1 na posição assentada poço abai- xo depois que o gatilho é acionado.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA A FIG. 1 ilustra a coluna de tubo 10 colocada em um poço 12 que é preferivelmente revestido. A ferramenta a ser acionada 14 é ilustrada — esquematicamente como uma vedação metal a metal e/ou de elastômero que pode ter cunhas para fixação ao tubo de poço externo 12 quando o elo de acionamento 16 é movido axialmente. Um cone 18 é usado para impulsi-
onar a ferramenta 14 radialmente em contato com o poço ou tubo 12. O elo 2 16 se estende a partir do alojamento 20 que está acoplado à coluna tubular ' 10. A coluna 10 passa através do alojamento 20 para definir uma forma anu- lar 22 que é carregada a uma pressão pré-determinada com um fluido com- pressível 24. Um pistão flutuante 26 define o volume anular 22 em um lado e o volume anular 28 no lado oposto. O volume anular 28 é preenchido com um fluido viscoso tal como o óleo leve 30. O corpo da válvula 32 tem uma válvula acionada remotamente 34. Na posição fechada da válvula 34 o óleo 30 está contido no volume anular 28. O volume anular 36 é definido entre o corpo da válvula 32 e o pistão de acionamento 38. O movimento do pistão 38 move o elo 16 para acionar a ferramenta 14 tal como o movendo rampa 18 acima. Os pistões 26 e 38 têm vedações periféricas externas contra o alojamento 20 e vedações internas contra a coluna de tubulação 10. O vo- | lume anular 40 pode ser envolvido com pressão baixa ou nenhuma ou, de- pendendo da profundidade da instalação, pode ser aberto para o espaço anular através de uma válvula de retenção 42 que deixa o fluido escapar para fora do volume 40 à medida que se torna menor quando o elo 16 é des- locado. O elo 16 é vedado em 44 para manter os fluidos envolventes fora do volume 40 na medida em que a ferramenta 14 é assentada com o movimen- todoelo16.
A abertura daválvula 34 pode ser realizada por um sinal acústico 46 que é ilustrado esquematicamente. Alternativamente, a válvula 34 pode ser acionada com um dardo 48 que passa próximo à válvula 34 e tem um campo tal como um campo magnético eletromagnético ou magneticamente permanente que se comunica com o sensor 50 no alojamento da válvula 32. Outro método para operar a válvula 34 é deformar elasticamente a parede do tubo na coluna 10 adjacente ao sensor no alojamento 32. Uma ferramen- ta de espaçamento tendo um par de vedações espaçadas para criar um vo- lume encerrado no qual a pressão é entregue para flexionar a parede do tu- bo está prevista 10. Alternativamente, uma ferramenta presa a um cabo po- de ser baixada para se comunicar com o alojamento da válvula 32 usando sinais magnéticos, de rádio, ultrassônicos, acústicos ou mecânicos.
A FIG. 2 mostra a ferramenta 14 assentada contra o revestimen- 2 to ou poço ou tubo 12 depois que o cimento (não exibido) foi circulado e co- ' locado poço abaixo, mas antes de ter curado. A abertura da válvula 34 per- mitiu que o fluido 24 expandisse a câmara 22 e deslocasse o óleo 30 da câ- mara28e paraa câmara 36. Como resultado, o pistão 38 é deslocado quando assenta a ferramenta 14. Embora os pistões 26 e 38 sejam mostra- dos como pistões anulares, eles também podem ser pistões de haste. O pis- tão 26 pode ser eliminado de modo que a abertura da válvula 34 pode em- pregar o fluido compressível diretamente para deslocar o pistão 38 que está ligado ao elo ou elos 16. O movimento do pistão 38 é preferivelmente axial, mas pode ser em rotação ou uma combinação dos dois quando corretamen- te guiado em seus movimentos para ajustar a ferramenta 14. Embora seja preferível assentar a ferramenta 14 o mais rápido possível, a taxa na qual | ela é assentada pode ser controlada com o tamanho da passagem 54 que leva à válvula 34 e se afasta dela. Embora o uso de óleo leve 30 seja prefe- rido, outros fluidos de viscosidade relativamente baixa, descendo até a água, podem ser usados. O uso do pistão 26 permite a compensação para o cres- cimento da pressão induzida termicamente no fluido compressível 24 dispa- rado pela temperatura dos fluidos de poço envolventes. Independentemente dos vários sinais mencionados acima para a abertura da válvula 34, são possíveis outros gatilhos, embora seu emprego seja menos ótimo que as técnicas já discutidas. A válvula 34 pode ser disparada por tempo, tempera- tura ou proximidade para dispositivos levados pela coluna 10 que se comu- nicam de diversas formas com os sensores e o processador no alojamento
32. Embora a ferramenta preferida 14 seja uma barreira anular, outras fer- ramentas podem ser acionadas fora do tubo 10, enquanto evitando ter aber- turas através de suas paredes. Algumas dessas ferramentas podem ser ân- coras ou centralizadores, por exemplo. Embora o gás comprimido como fon- te de energia potencial seja preferido, outras opções, tal como usar uma liga com memória de forma ou um material biestável, ou uma mola mecânica tal como uma mola em espiral, ou uma Pilha de arruelas Belleville para disparar o pistão 38, são outras opções.
- A descrição acima é ilustrativa da modalidade preferida e muitas ' modificações podem ser feitas por aqueles versados na técnica sem se afas- ' tar da invenção cujo escopo deve ser determinado a partir do escopo literal e equivalente das reivindicações abaixo.
Claims (30)
1. Ferramenta de assentamento montada externamente em uma coluna de tubular (10) subterrâneo para assentar seletivamente uma ferra- menta associada para contato seletivo a um tubular circundante em torno do tubular subterrâneo, caracterizada por compreender: um mandril tubular definido por uma parede isento de aberturas de parede e que tem extremidades opostas adaptadas para serem conecta- das à coluna tubular subterrânea para se tornar uma parte integral contendo pressão da coluna; um alojamento (20) montado externamente no mandril tubular e que contendo uma força de energia potencial de fluido pressurizado isolado e a força de energia potencial é liberável remotamente de forma seletiva com uma válvula (34) estacionário para operação mecânica da ferramenta de assentamento sem manipulação de mandril ou fluxo de fluido entre o mandril eoalojamento (20); o fluido pressurizado permanece em uma câmara de volume va- riável que envolve o fluido pressurizado durante a execução e assentamento da ferramenta de assentamento.
2. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de que: a força de energia potencial compreende um fluido compressí- vel.
3. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: o alojamento (20) compreende pelo menos um pistão que define uma câmara para a energia potencial.
4. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: a energia potencial é liberada pelo acionamento de uma válvula (34)no alojamento (20).
5. Ferramenta de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que:
. a válvula (34) é liberada por sinal acústico, sinal de vibração, uma alteração no campo magnético, ou deformação elástica da parede tubu- ' lar adjacente à válvula (34).
6. Ferramenta de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelofato de que: a válvula (34) é localizada no lado oposto do pistão a partir da fonte de energia potencial.
7. Ferramenta de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que: o pistão é um pistão flutuante (26).
8. Ferramenta de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que: a fonte de energia potencial pode compreender pelo menos uma ou mais de um grupo que consiste em uma mola mecânica, uma reação química, uma pilha de arruelas Belleville, um material com memória de for- ma, um fluido comprimido e um material biestável.
9. Ferramenta de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que: a válvula (34) é acionada com pelo menos uma ou mais de um grupo que consiste em sinal vibratório ou acústico, aplicação de um campo de energia nas vizinhanças da válvula (34) e deformação elástica de uma parede de um tubular que passa através do alojamento (20).
10. Ferramenta de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que: a válvula (34) é acionada seletivamente para abrir.
11. Ferramenta de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que: o campo é aplicado a um dardo que passa através do tubular ad- jacente à válvula (34).
12. Ferramenta de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que: o campo é aplicado empregando uma ferramenta de cabo de
. aço abaixada dentro do alojamento (20).
13. Ferramenta de assentamento montada externamente em ' uma coluna de tubular (10) subterrâneo para assentar seletivamente uma ferramenta associada para contato seletivo a uma coluna de tubular (10) cir- cundante, caracterizada por compreender: um alojamento (20) contendo uma força de energia potencial de fluido pressurizado como parte da coluna de tubular (10) subterrâneo e libe- rável de forma seletiva para operação da ferramenta para engatar o tubular subterrâneo sem manipulação do alojamento (20), fluxo de fluido ou comuni- cação de pressão para o alojamento (20) a partir de dentro ou de fora do tubular; a energia potencial é liberada pelo acionamento de uma válvula (34) no alojamento (20); a válvula (34) é operada remotamente; o alojamento (20) compreende pelo menos um pistão com a vál- vula (34) localizada no lado oposto do pistão a partir da fonte de energia po- tencial; o fluido pressurizado permanece em uma cavidade de volume variável em um lado do pistão para executar a medida que e antes da válvu- la(34)serremotamente operada para permitir que o pistão se mova; o pistão é um pistão flutuante (26); a válvula (34) é localizada em uma câmara entre o pistão flutu- ante (26) e o segundo pistão (38), em que o movimento do segundo pistão (38) aciona a ferramenta.
14. Ferramenta de acordo com a reivindicação 13, caracteriza- da pelo fato de que: o segundo pistão (38) é conectado à ferramenta associada com pelo menos um elo (16).
15. Ferramenta de acordo com a reivindicação 14, caracteriza- da pelo fato de que: o elo (16) desloca a ferramenta sobre uma rampa montada no tubular.
. 16. Ferramenta de acordo com a reivindicação 15, caracteriza- da pelo fato de que: a ferramenta compreende uma vedação; o movimento do elo (16) estende a vedação sobre a rampa para vedaruma fenda anular em torno do alojamento (20).
17. Ferramenta de acordo com a reivindicação 16, caracteriza- da pelo fato de que: a vedação é metálica.
18. Método de assentamento de uma ferramenta subterrânea (14) com uma ferramenta de assentamento, caracterizado por compreen- der: a montagem da ferramenta subterrânea (14) e da ferramenta de assentamento externamente a um mandril tubular sem aberturas de parede no mandril, a ferramenta de assentamento mover a ferramenta subterrânea (14) em contato com uma coluna de tubular (10) circundante; provisão de uma fonte de energia potencial autocontida na fer- ramenta de assentamento; conexão de conexões de extremidade sobre o mandril para uma coluna de tubular (10) posicionada dentro da coluna circundante para tornar omandril um componente de sustentação de pressão da coluna de tubular (10); disposição do mandril para um local subterrâneo desejado; operação mecânica da ferramenta de assentamento com um si- nal a partir de um local remoto mediante a liberação da fonte de energia po- tencial enquanto mantem o mandril estacionário.
19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende: utilização de um sinal diferente de manipulação de mandril, pressão de fluido ou fluxo de fluido no interior do mandril para a operação.
20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende: acionamento da ferramenta de assentamento com a liberação de
. uma força de energia potencial.
21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado ' pelo fato de que compreende: utilização como fonte de energia potencial de pelo menos um ou maisdeum grupo que consiste em uma mola mecânica, uma pilha de arrue- las Belleville, um material com memória de forma, um fluido comprimido, e um material biestável.
22. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende: retenção de uma fonte de energia potencial na ferramenta de assentamento com a válvula (34) aberta de forma seletiva.
23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que compreende: abertura da válvula (34) sem intervenção no mandril.
24. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que compreende: movimentação de pelo menos um pistão pela abertura da válvula (34).
25. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelofatode que compreende: provisão como pelo menos um pistão de um pistão de aciona- mento cujo movimento aciona a ferramenta subterrânea (14).
26. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que compreende: retenção da força de energia potencial em um lado oposto de um pistão flutuante (26) a partir da válvula (34).
27. Método de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende: provisão de uma câmara de volume variável entre o pistão flutu- ante(26)ea válvula (34) que mantém um fluido compressível.
28. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que compreende:
. utilização como o sinal pelo menos um ou mais de um grupo que consiste em um sinal acústico ou de vibração, aplicação de um campo de energia na adjacência da válvula (34) e deformação elástica de uma parede do mandril de tubular.
29. Ferramenta de assentamento montada externamente a um tubular subterrâneo para assentamento de forma seletiva de uma ferramenta associada, caracterizada por compreender: um mandril tubular definido por uma parede livre de aberturas de parede e que possui extremidades opostas adaptadas para serem conecta- dasauma coluna de tubular (10) para se tornar uma parte integral contendo pressão da coluna, em virtude de uma passagem através desta; um alojamento (20) montado sobre um lado oposto da parede a partir da passagem que ainda compreende um acionador operacionalmente conectado à ferramenta associada, o acionador opera de forma seletiva a ferramenta associada, sem manipulação do mandril ou fluxo de fluido entre a passagem e o acionador; o acionador remove de forma seletiva uma barreira física que permite que a ferramenta associada se assente em resposta a um sinal de disparo a partir da passagem ou da parede.
30. Método de assentamento de uma ferramenta subterrânea (14) com uma ferramenta de assentamento, caracterizado por compreender: montagem da ferramenta subterrânea (14) e da ferramenta de assentamento externamente a um mandril tubular que compreende uma pa- rede que define uma passagem, em que a parede é sem aberturas; conexão das conexões de extremidade sobre o mandril a uma coluna de tubular (10) para tornar o mandril um componente de sustentação de pressão da coluna; disposição do mandril em um local subterrâneo desejado; operação da ferramenta de assentamento com um sinal a partir da passagem ou da parede para um acionador, enquanto mantém o mandril estacionário, em que o sinal remove uma barreira no acionador para operar a ferramenta de assentamento.
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