BR112013021171B1 - Conjunto de cone de expansão, e, método para instalar um agente de sustentação do revestimento - Google Patents

Abstract

conjunto de cone de expansão, e, método para instalar um agente de sustentação do revestimento. um conjunto de cone de expansão (200) para instalar um agente de sustentação do revestimento. o conjunto do cone de expansão (200) inclui um mandril do cone (202) tendo uma superfície troncocônica externa (220), um cone condutor (206) deslizante e disposto ao redor do mandril do cone (200) tendo uma superfície troncocônica (228) com um diâmetro externo máximo (230) e um cone flexível (204) deslizante e disposto pelo menos parcialmente ao redor da superfície troncocônica externa (220) do mandril do cone (202). em uma configuração de expansão, a superfície troncocônica externa (220) escora radialmente o cone flexível (204) de tal maneira que ele tenha um primeiro diâmetro externo máximo (232) que seja maior do que o diâmetro externo máximo (230) do cone condutor (206). em uma configuração de retração, o cone flexível (204) se desloca axialmente em relação à superfície troncocônica externa (220) de tal maneira que ele tenha um segundo diâmetro externo màximo (234) que não seja maior do que o diâmetro externo máximo (230) do cone condutor (206).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção se relaciona, em geral, com o equipamento utilizado em conjunto com as operações realizadas em poços subterrâneos, em particular, com um conjunto de cone de expansão para instalar um agente de sustentação da coluna do revestimento em um furo de poço subterrâneo tendo uma coluna de revestimento previamente instalada no seu interior.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

[002] Sem limitar o escopo da presente invenção, o seu fundamento será descrito com referência à construção de um poço subterrâneo, como um exemplo.

[003] Na prática convencional, a perfuração de um poço de petróleo ou de gás envolve criar um furo de poço que atravessa numerosas formações subterrâneas. Por uma variedade de razões, cada uma das formações através das quais o furo passa é preferivelmente isolada. Por exemplo, é importante evitar uma passagem indesejada dos fluidos da formação para o interior do furo de poço e de uma indesejável passagem dos fluidos do furo de poço para o interior da formação. Em adição, é importante prevenir que os fluidos das formações produtoras adentrem ou contaminem as formações não produtoras.

[004] Para evitar esses problemas, a arquitetura convencional de poço inclui a instalação de um revestimento de aço pesado no interior do furo de poço. Em adição ao fornecimento da função de isolamento, o revestimento também fornece uma estabilidade ao furo de poço para compensar as geomecânicas das formações tais como as forças de compactação, as forças sísmicas, as forças tectônicas, por conseguinte, prevenindo o desabamento da parede do furo de poço.

[005] Em uma construção de um furo de poço típico, depois que uma parte superior de um poço tenha sido perfurada e uma coluna de revestimento tenha sido instalada no seu interior, a perfuração recomeça para estender o poço até a próxima profundidade desejada. No sentido de permitir a passagem da broca de perfuração e de outras ferramentas através da coluna de revestimento previamente instalada, cada seção sucessiva do poço é perfurada com um diâmetro menor do que o da sessão anterior. Em adição, cada sucessiva coluna de revestimento instalada no interior do furo de poço tem um diâmetro externo menor do que aquele da coluna de revestimento previamente instalada.

[006] As colunas de revestimento são geralmente fixadas no interior do furo de poço por uma camada de cimento entre a parede externa do revestimento e a parede do furo de poço. Quando uma coluna de revestimento for localizada em sua posição desejada no interior do furo de poço, uma pasta de cimento é bombeada via o interior do revestimento, ao redor da extremidade inferior do revestimento e para cima no interior do anular. Assim que o anular ao redor do revestimento estiver suficientemente preenchido com a pasta de cimento, é permitido endurecer a pasta de cimento. O cimento se instala no anular, sustentando e posicionando o revestimento e formando uma barreira substancialmente impermeável.

[007] Em uma abordagem, cada coluna de revestimento se estende para baixo no interior do furo de poço a partir da superfície de tal maneira que somente a seção inferior de cada coluna do revestimento seja adjacente à parede do furo de poço. Alternativamente, os revestimentos do furo de poço podem incluir uma ou mais colunas de revestimento os quais não se estendem até a superfície do furo de poço, mas, ao invés, se estendem tipicamente para baixo no interior da parte não revestida do furo de poço a partir das proximidades da extremidade de fundo de um revestimento previamente instalado. As colunas de revestimento são tipicamente abaixadas no interior do furo de poço sobre uma coluna de trabalho que pode incluir uma ferramenta de instalação que se liga à coluna do revestimento. A coluna do revestimento tipicamente inclui um agente de sustentação do revestimento na sua extremidade furo acima que é instalado mecanicamente ou hidraulicamente. Em um exemplo, um cone de expansão é passado para baixo através do agente de sustentação do revestimento para radialmente se expandir e deformar plasticamente o agente de sustentação do revestimento em um engate de preensão e vedação à coluna de revestimento previamente instalada.

[008] Entretanto, tem sido encontrado que uma vez que o cone de expansão tenha passado através e deformado plasticamente o agente de sustentação do revestimento, a resiliência da coluna do revestimento e do agente de sustentação do revestimento podem resultar em uma redução do diâmetro interno do agente de sustentação do revestimento. Quando a tal redução do diâmetro interno ocorre, a retração do cone de expansão de volta através do agente de sustentação do revestimento previamente instalado pode ser difícil. Consequentemente aparece a necessidade para um cone de expansão que seja operado para plasticamente deformar o agente de sustentação do revestimento em engate de preensão e vedação com a coluna de revestimento. Aparece também uma necessidade para que o tal cone de expansão opere para ser retirado através do agente de sustentação do revestimento mesmo depois que a resiliência da coluna do revestimento ou do agente de sustentação do revestimento reduza o diâmetro interno do agente de sustentação do revestimento depois da sua instalação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] A presente invenção aqui revelada está direcionada para um conjunto de cone de expansão para instalar um agente de sustentação de revestimento em um furo de poço subterrâneo tendo uma coluna de revestimento previamente instalada no seu interior. O conjunto de cone de expansão da presente invenção utiliza uma configuração de cone duplo que inclui um cone flexível que é operado para deformar plasticamente o agente de sustentação do revestimento e para engate de preensão e vedação com a coluna de revestimento. Em adição, o conjunto do cone de expansão da presente invenção é operado para ser retirado através do agente de sustentação do revestimento mesmo depois que a resiliência da coluna do revestimento ou do agente de sustentação do revestimento reduzir o diâmetro interno do agente de sustentação do revestimento após a sua instalação.

[0010] Em um aspecto, a presente invenção está direcionada para um conjunto de cone de expansão para instalar um agente de sustentação de revestimento. O conjunto do cone de expansão inclui um mandril do cone tendo uma superfície externa troncocônica, um cone condutor deslizante disposto ao redor do mandril do cone e tendo uma superfície troncocônica externa com um diâmetro externo máximo e um cone flexível deslizante e disposto pelo menos parcialmente ao redor da superfície troncocônica externa do mandril do cone. Em uma configuração de expansão, a superfície troncocônica externa do mandril do cone escora radialmente o cone flexível de tal maneira que o cone flexível tenha um primeiro diâmetro externo máximo que seja maior do que o diâmetro externo máximo do cone condutor. Em uma configuração de retração, o cone flexível se desloca axialmente em relação à superfície troncocônica externa do mandril do cone de tal maneira que o cone flexível tenha um segundo diâmetro externo máximo que não seja maior do que o diâmetro externo máximo do cone condutor.

[0011] Em uma modalidade, o mandril do cone tem uma superfície cilíndrica externa e o cone o condutor é deslizante e disposto pelo menos parcialmente ao redor da superfície cilíndrica externa do mandril do cone. Em outra modalidade, o cone condutor é deslizante e disposto pelo menos parcialmente ao redor da superfície troncocônica externa do mandril do cone. Em algumas modalidades, o cone condutor e o cone flexível são adjacentes um ao outro. Em certas modalidades, o cone flexível inclui um conjunto de ranhuras tendo segmentos que se deslocam radialmente. Nesta modalidade, os segmentos que se deslocam radialmente do cone flexível são radialmente escorados pela superfície troncocônica externa do mandril do cone quando o conjunto do cone de expansão estiver em uma configuração de expansão.

[0012] Em uma modalidade, o cone condutor e o cone flexível se deslocam axialmente juntos em relação à superfície troncocônica externa do mandril do cone quando o conjunto do cone de expansão é operado a partir da configuração de expansão para a configuração de retração. Em outra modalidade, o mandril do cone tem uma cobertura de extremidade que limita axialmente o percurso do cone condutor quando conjunto do cone de expansão é operado a partir da configuração de expansão para a configuração de retração.

[0013] Em outro aspecto, a presente invenção está direcionada para um método de instalação de um agente de sustentação de revestimento. O método inclui associar operacionalmente uma ferramenta de instalação tendo um conjunto de cone de expansão com uma coluna de revestimento que inclui o agente de sustentação do revestimento, abaixar a ferramenta de instalação e a coluna do revestimento no interior de um revestimento de um furo de poço, aplicar uma força para baixo na direção do interior do furo de poço ao conjunto do cone de expansão de tal maneira que um cone condutor e um cone flexível do conjunto do cone de expansão expandam radialmente pelo menos uma parte do agente de sustentação do revestimento para entrar em contato com o revestimento do furo de poço, e o cone flexível tendo um primeiro diâmetro máximo que é maior do que o diâmetro máximo externo do cone condutor, desacoplar a ferramenta de instalação da coluna do revestimento, aplicar uma força na direção furo acima ao conjunto do cone de expansão e axialmente deslocar o cone condutor e o cone flexível em relação a uma superfície troncocônica externa do mandril do cone de tal maneira que o cone flexível venha a ter um segundo diâmetro externo máximo que não seja maior do que o diâmetro externo máximo do cone condutor.

[0014] Em ainda outro aspecto, a presente invenção está dirigida para um sistema de sustentação do revestimento expansível. O sistema inclui uma coluna de revestimento tendo um agente de sustentação do revestimento disposto em uma extremidade furo acima da coluna, uma ferramenta de instalação em operação associada com o agente de sustentação do revestimento e um conjunto de cone de expansão em operação associada com a ferramenta de instalação. O conjunto do cone de expansão inclui um mandril do cone tendo uma superfície troncocônica externa, um cone condutor deslizante disposto ao redor do mandril do cone e tendo uma superfície troncocônica externa com um diâmetro externo máximo e um cone flexível deslizante disposto pelo menos parcialmente ao redor da superfície troncocônica externa do mandril do cone. Em uma configuração de expansão, a superfície troncocônica externa do mandril do cone escora radialmente o cone flexível de tal maneira que o cone flexível tenha um primeiro diâmetro externo máximo que seja maior do que o diâmetro externo máximo do cone condutor. Em uma configuração de retração, o cone flexível desloca-se axialmente em relação à superfície troncocônica externa do mandril do cone de tal maneira que o cone flexível tenha um segundo diâmetro externo máximo que não seja maior do que o diâmetro externo máximo do cone condutor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] Para uma mais completa compreensão das características e das vantagens da presente invenção, será feita agora referência à descrição detalhada da invenção em paralelo com as figuras que acompanham nas quais os numerais correspondentes nas diferentes figuras se referem às partes correspondentes e nas quais: A Figura 1 é uma ilustração esquemática de uma plataforma costa afora de petróleo e gás que instala uma coluna de revestimento em uma coluna de revestimento previamente instalada em um furo de poço subterrâneo de acordo com uma modalidade da presente invenção; A Figura 2A - 2H são vistas de secções em corte transversal de consecutivas secções axiais de um aparelho para instalar uma coluna de revestimento em uma coluna de revestimento previamente instalada em um furo de poço subterrâneo de acordo com uma modalidade da presente invenção; A Figura 3 é uma vista de uma seção em corte transversal de um conjunto de cone de expansão para instalar um agente de sustentação do revestimento em uma coluna de revestimento de acordo com uma modalidade da presente invenção em uma primeira configuração operacional; A Figura 4 é uma vista de uma seção em corte transversal de um conjunto de cone de expansão para instalar um agente de sustentação do revestimento em uma coluna de revestimento de acordo com uma modalidade da presente invenção em uma segunda configuração operacional; A Figura 5 é uma vista explodida de um conjunto de cone de expansão para instalar um agente de sustentação de revestimento em uma coluna de revestimento de acordo com uma modalidade da presente invenção; A Figura 6 é uma vista de uma seção em corte transversal de um conjunto de cone de expansão para instalar um agente de sustentação do revestimento em uma coluna de revestimento de acordo com outra modalidade da presente invenção em uma primeira configuração operacional; e A Figura 7 é uma vista de uma seção em corte transversal de um conjunto de cone de expansão para instalar um agente de sustentação do revestimento em uma coluna de revestimento de acordo com outra modalidade da presente invenção em uma segunda configuração operacional.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0016] Enquanto que a construção e o uso das várias modalidades da presente invenção serão comentadas em detalhes a seguir, deverá ser entendido que a presente invenção fornece diversos conceitos aplicáveis da invenção, os quais podem ser incorporados em uma larga variedade de contextos específicos. As modalidades específicas aqui comentadas são meramente ilustrativas de maneiras específicas para realizar e usar a invenção, e não delimitam o escopo da invenção.

[0017] Referindo-se inicialmente à figura 1, um aparelho para instalar uma coluna de revestimento em uma coluna de revestimento previamente instalada em um furo de poço subterrâneo sendo desdobrado a partir de uma plataforma costa afora de petróleo e gás está esquematicamente ilustrado e designado genericamente como 10. Uma plataforma semissubmersível 12 está centrada sobre uma formação submersa de petróleo e gás 14 localizada abaixo do fundo do mar 16. Uma tubulação submarina 18 se estende a partir do convés 20 da plataforma 12 para a instalação da cabeça de poço 22, que inclui os preventores de erupção 24. A plataforma 12 tem um aparelho elevador 26, uma torre de perfuração 28, uma Catarina, um gancho 32, uma cabeça injetora 34 para içar e abaixar as colunas de tubulação, tal como uma coluna de revestimento 36.

[0018] Um furo de poço 38 se estende através de vários estratos da terra incluindo uma formação 14. Uma parte superior do furo de poço 38 inclui o revestimento 40 que está cimentado no interior do furo de poço 38 pelo cimento 42. Disposto no interior da parte inferior do furo de poço 38 está a coluna do revestimento 36. A coluna do revestimento 36 está sendo abaixada para dentro do furo de poço sobre uma coluna de trabalho 44 que inclui uma ferramenta de instalação 46 que liga a coluna de trabalho 44 à coluna do revestimento 36. A coluna do revestimento 36 inclui um agente de sustentação da coluna do revestimento 48 na sua extremidade furo acima que é operado para ser hidraulicamente instalado pela passagem de um conjunto do cone de expansão de uma ferramenta de instalação 46 através do agente de sustentação do revestimento 48 para radialmente expandir e deformar plasticamente o agente de sustentação do revestimento 48 para engate de preensão e vedação com a coluna de revestimento 40. Como mostrado, a coluna do revestimento 36 é posicionada no interior do furo de poço 38 de tal forma que a extremidade inferior 50 da coluna do revestimento 36 se estende até as proximidades do fundo 52 do furo de poço 38.

[0019] Muito embora a figura 1 represente um furo de poço inclinado, deverá ser entendido por aqueles mais versados na técnica que o aparelho para instalar uma coluna de revestimento em uma coluna de revestimento previamente instalada em um furo de poço subterrâneo da presente invenção é igualmente adequado para uso em furos de poço tendo outras orientações que incluem os furos de poço verticais, os furos de poço horizontais, furos de poço multilaterais ou similares. Por conseguinte, deverá ser entendido por aqueles mais versados na técnica que o uso de termos direcionais tais como acima, abaixo, superior, inferior, para cima, para baixo, para dentro do furo e similares são usados com relação às modalidades ilustrativas na medida em que estão representados nas figuras, e a direção furo acima estando no sentido do topo ou da esquerda da figura correspondente e a direção para dentro do furo estando no sentido do fundo ou da direita da figura correspondente. Também, muito embora a figura 1 represente uma operação costa afora, deverá ser entendido por aqueles mais versados na técnica que o aparelho para instalar uma coluna de revestimento em uma coluna de revestimento previamente instalada em um furo de poço subterrâneo da presente invenção é igualmente bem apropriado para o uso nas operações em terra.

[0020] Referindo-se em seguida às figuras 2A-2H, estão representados um aparelho ou uma ferramenta de instalação 100 para instalar uma coluna de revestimento em uma coluna de revestimento 40 previamente instalada em um furo de poço subterrâneo 38. O aparelho 100 é usado para passar uma coluna de revestimento 102 para baixo pelo interior do furo de poço. A coluna do revestimento 102 inclui uma pluralidade de substancialmente seções de tubulações que são formadas preferencialmente a partir de juntas de tubulações que são acopladas em conjunto na superfície. Na modalidade ilustrada, a coluna do revestimento 102 inclui um receptáculo de enlace 104, um agente de sustentação de revestimento 106 e um número qualquer desejado de tubulações do revestimento 108 de tal forma que a coluna do revestimento 102 irá se estender desde depois da extremidade da coluna do revestimento 40 até substancialmente ao fundo do furo de poço 38.

[0021] O aparelho 100 é posicionado pelo menos parcialmente dentro da coluna do revestimento 102 e é operado para transportar, aplicar uma força para baixo e instalar a coluna do revestimento 102 no interior do poço. O aparelho 100 inclui uma pluralidade de substancialmente membros de tubulações que podem ser referidos como um subconjunto de tubulação do mandril 110 que coopera em conjunto para formar um furo central 112 que se estende pelo interior do furo. O subconjunto de tubulação do mandril 110 inclui um corpo superior 114 que pode ser rosqueado e acoplado em vedação com outros componentes da coluna de trabalho na sua extremidade superior. O corpo superior 114 é deslizante e acoplado em vedação com um conjunto do mandril interno 116 que se estende até a extremidade inferior do aparelho 100. O conjunto do mandril interno 116 é formado a partir de uma pluralidade de seções que são rosqueadas e acopladas em vedação em conjunto pelos conectores 118. O conjunto do mandril interno 116 pode ser rosqueado e acoplado em vedação com outros componentes da coluna de trabalho em sua extremidade inferior. Uma luva externa 120 é acoplada em rosca ao corpo superior 114 e inclui um receptor inferior 122 que é posicionado ao redor do conjunto do mandril interno 116. O corpo superior 114 inclui uma pluralidade de ressaltos 124 que cooperam com um perfil de ranhura 126 do conjunto do mandril interno 116, como melhor visto na figura 2A.

[0022] A ferramenta de instalação 100 tem um subconjunto de liberação 128, como melhor visto na figura 2B, que inclui uma luva de escora 130 que é fixada a uma extensão do mandril externo 132 por uma pluralidade de pinos de cisalhamento 134. A extensão do mandril externo 132 é rigidamente acoplada ao conjunto do mandril interno 116 por uma pluralidade de pinos de retenção 136. Como melhor visto na figura 2C, a extensão do mandril externo 132 é acoplada em rosca ao mandril externo 138 o qual é recebido em vedação no interior do receptáculo de enlace 104. Um subconjunto de transferência de carga representado como um anel 140 tendo roscas de cisalhamento é posicionado por roscas sobre o mandril externo 138 e de encontro ao topo do receptáculo de enlace 104.

[0023] Como melhor visto nas figuras 2D-2E, a ferramenta de instalação 100 tem um subconjunto de comando do cone de expansão 142 que inclui um pistão 144, uma luva de comando 146, um anel de sustentação 148, um mandril do cone 150, uma cobertura de extremidade 152, um cone flexível 154 e um cone condutor 156. O cone condutor 156 tem uma forma troncocônica tendo um primeiro diâmetro externo que é menor do que o diâmetro interno do agente de sustentação do revestimento 106 e um segundo diâmetro externo que é maior do que o diâmetro interno do agente de sustentação do revestimento 106. O cone flexível 154 tem uma superfície externa que tem um diâmetro externo maior do que o segundo diâmetro externo do cone condutor 156. Juntos, o cone flexível 154 e o cone condutor 156 podem ser referidos como um conjunto de cone duplo. Juntos, o mandril do cone 150, o cone flexível 154 e o cone condutor 156 podem ser referidos como o conjunto do cone de expansão. O cone flexível 154 e o cone condutor 156 são inicialmente recebidos em uma parte lançadora de cone 158 do agente de sustentação do revestimento 106, onde o diâmetro interno do agente de sustentação do revestimento 106 é largo o suficiente para alojar o cone flexível 154 e o cone condutor 156 sem ter sido expandido radialmente.

[0024] Como melhor visto na figura 2G, uma luva de contorno 160 é fixada em conexão com o conjunto do mandril interno 116 por um ou mais pinos de cisalhamento 162. Como melhor visto na figura 2F, a ferramenta de instalação 100 tem um subconjunto de engaste 164 que inclui um retentor 166, os pinos de travamento 168, uma liga de mola 170 e um conjunto de engaste 172. O conjunto de engaste 172 coopera com um perfil de associação 174 da coluna do revestimento 102 e é sustentado no interior do perfil de associação 174 por uma parte radialmente expandida ou uma escora 176 do conjunto do mandril interno 116.

[0025] Em operação, a ferramenta de instalação 100 é usada para instalar a coluna do revestimento 102 em uma coluna de revestimento 40. Importante, isto é alcançado sem o risco de ter o conjunto do cone de expansão preso no interior do agente de sustentação do revestimento 106 após a instalação do agente de sustentação do revestimento 106 no interior da coluna de revestimento 40 devido a uma redução do diâmetro interno do agente de sustentação do revestimento 106 causado, por exemplo, pela confiança do agente de sustentação do revestimento 106, da coluna do revestimento 40 ou de ambos. Especificamente, o uso do conjunto do cone de expansão da presente invenção capacita uma redução seletiva do diâmetro do cone flexível 154, por conseguinte, prevenindo o apresamento do conjunto do cone de expansão no interior do agente de sustentação do revestimento 106 depois que o agente de sustentação do revestimento 106 tenha sido instalado.

[0026] Na modalidade ilustrada, na medida em que a coluna do revestimento 102 estiver sendo passada para baixo no interior do furo de poço via a coluna de trabalho 44, uma força significativa pode ser requerida para empurrar a coluna do revestimento 102 até a sua posição desejada, particularmente nos furos de poço com desvio, horizontais e multilaterais. A força a partir da superfície é aplicada através da coluna de trabalho 44 ao corpo superior 114. Na configuração de condução da ferramenta de instalação 100, o corpo superior 114 aplica uma força para baixo ao conjunto do mandril interno 116 via os ressaltos 124 e o perfil de ranhura 126. Esta força para baixo é transferida do conjunto do mandril interno 116 para o mandril externo 138 via os pinos de travamento 136 e a extensão do mandril externo 132. A força para baixo é então aplicada a partir do mandril externo 138 para o receptáculo de enlace 104 da coluna do revestimento 102 via o subconjunto de transferência de carga 140, como melhor visto na figura 2C. Consequentemente, a força para baixo a partir da coluna de trabalho 44 é aplicada à coluna do revestimento 102 pelo subconjunto de transferência de carga 140 sobre o receptáculo de enlace 104 sem a aplicação de uma força para baixo pelo conjunto do cone de expansão.

[0027] Uma vez que a coluna do revestimento 102 tenha sido posicionada na localização desejada no interior do furo de poço 38, o agente de sustentação do revestimento 106 pode ser expandido. Para expandir o agente de sustentação do revestimento 106, o conjunto do cone de expansão é comandado pelo interior do furo de poço a partir da parte lançadora do cone 158 através do agente de sustentação do revestimento 106 pelo subconjunto de comando do cone de expansão 142. Na medida em que o conjunto de cone duplo passa através do agente de sustentação do revestimento 106 ele se expande radialmente e deforma plasticamente o agente de sustentação do revestimento 106. Preferivelmente, o conjunto de cone duplo é dimensionado para se expandir radialmente e plasticamente deformar o agente de sustentação do revestimento 106 de tal maneira que o diâmetro externo do agente de sustentação do revestimento 106 seja pressionado em um engate de preensão e vedação com a coluna do revestimento 40. Na modalidade ilustrada, o agente de sustentação do revestimento 106 inclui uma pluralidade de vedações em circunferência 178 para facilitar atingir uma vedação com a coluna do revestimento 40.

[0028] Como comentado acima, o subconjunto de comando do cone de expansão 142 inclui uma luva de comando 146 que comanda o conjunto do cone de expansão através do agente de sustentação do revestimento 106. A extremidade furo acima da luva de comando inicialmente limita o mandril externo 138 que sustenta a luva de comando 146 contra o movimento furo acima em relação ao conjunto do mandril interno 116. O mandril externo 138 é fixado ao conjunto do mandril interno 216 pelo os pinos de retenção 136 via a extensão do mandril externo 132.

[0029] Na modalidade de ilustrada, a luva de comando 146 transporta um pistão singelo 144 que veda de encontro ao conjunto do mandril interno 116. Aqueles mais versados na técnica irão reconhecer que pistões adicionais poderiam ser utilizados para multiplicar a força hidráulica aplicada sobre a luva de comando 146. A pressão aplicada ao pistão 144 movimenta a luva de comando 146 e, portanto, o conjunto do cone de expansão para baixo dentro do furo de poço. No fundo do seu percurso, o subconjunto de comando do cone de expansão 142 impacta a luva de contorno 160 transportada sobre o conjunto do mandril interno 116 causando os pinos de cisalhamento 162 a cisalhar e abrir os orifícios de contorno 180 no interior do conjunto do mandril interno 116 equalizando a pressão no pistão 144.

[0030] Depois de expandir o agente de sustentação do revestimento 106, a ferramenta de instalação 100 pode ser desacoplada da coluna do revestimento e retirada para a superfície. Como descrito acima, a força para baixo na direção do interior do furo de poço aplicada a partir da coluna de trabalho 44 é transferida para o subconjunto de transferência de carga 140 o qual limita o receptáculo de enlace 104. Na modalidade ilustrada, o subconjunto de transferência de carga 140 é um anel que tem roscas de cisalhamento. Uma força suficiente na direção para baixo dentro do furo de poço irá causar o cisalhamento das roscas do anel o que permitirá o movimento relativo entre o subconjunto do mandril 110 e a coluna do revestimento 102. Deslocar o subconjunto do mandril 110 para baixo no interior do furo de poço em relação à coluna do revestimento 102 liberta o conjunto de engaste 172 permitindo o conjunto de engaste 172 a retrair para o interior e se liberar do perfil de associação 174, por conseguinte, libertando a ferramenta de instalação 100 da coluna do revestimento 102. Em seguida, a ferramenta de instalação 100 pode ser retirada furo acima a partir da coluna do revestimento 102 para fora do furo de poço.

[0031] Mais especificamente, como melhor visto na figura 2H, o conjunto de engaste 172 é radialmente sustentado em engate com o perfil de associação 174 via a escora 176 durante a instalação e a expansão. O conjunto de engaste 172 é liberado do engate com o perfil de associação 174 pelo movimento da escora 176 para baixo dentro do furo de poço em relação ao conjunto de engaste 172. Mais movimento para baixo dentro do furo de poço do conjunto do mandril interno 116 em relação ao subconjunto de engaste 164 permite os pinos de retenção 168 se retraírem para o interior da parte radialmente reduzida do conjunto do mandril interno 116 devido à força de solicitação da mola de liga 170. O conjunto de engaste 172 é impedido de se deslocar de volta para dentro do furo de poço e de reengatar com o perfil de associação 174 na medida em que os pinos de retenção 168 são impedidos de se movimentar após o ressalto 182 pela mola de liga 170. Nesta configuração, a ferramenta de instalação 100 pode ser retirada furo acima a partir da coluna do revestimento 102 para fora do furo de poço. Como descrito em maior detalhe abaixo, a ferramenta de instalação 100 poderá ser retirada furo acima a partir da coluna do revestimento 102 sem emperrar o conjunto do cone de expansão no interior do agente de sustentação do revestimento 106, uma vez que o conjunto de cone duplo é operado para se deslocar axialmente em relação ao mandril do cone 150 o que habilita o cone flexível 154 a se contrair radialmente. Esta contração radial do cone flexível 154 assegura que a ferramenta de instalação 100 possa ser retirada furo acima a partir da coluna do revestimento 102 para fora do furo de poço sem emperrar no interior do agente de sustentação do revestimento 106.

[0032] Alternativamente, a ferramenta de instalação 100 pode ser liberada da coluna do revestimento 102 sem cisalhar o subconjunto de transferência de carga 140 ou antes de operar o subconjunto de comando 142, se requerido. Especificamente, a aplicação de uma força de torção seguida pela aplicação de uma força para baixo dentro do furo de poço libera o conjunto do mandril interno 116 da coluna do revestimento 102. Como melhor visto nas figuras 2A-2B, o corpo superior 114 projeta para o interior os ressaltos 124 que operam no interior do perfil de ranhura 126 do conjunto do mandril interno 116. O perfil de ranhura 126 inclui uma pluralidade de pares de ranhuras, cada uma consistindo de uma ranhura longa e de uma ranhura curta de tipo conhecido por aqueles mais versados na técnica como ranhuras - J. As ranhuras curtas do perfil de ranhura 126 definem os receptáculos superiores 184 e as ranhuras longas do perfil de ranhura 126 define os receptáculos inferiores 186. Na configuração de instalação, os ressaltos 124 são acolhidos nos respectivos receptáculos superiores e são operados para transmitir uma força na direção para baixo dentro do furo de poço para o conjunto do mandril interno 116. Quando for desejado desacoplar a ferramenta de instalação 100 da coluna do revestimento 102, a rotação do corpo superior 114 desaloja os ressaltos 124 dos receptáculos superiores 184 que permite o corpo superior 114 a se mover para baixo dentro do furo de poço em relação ao conjunto do mandril interno 116 enquanto os ressaltos 124 atravessam as ranhuras longas até serem recebidos nos respectivos receptáculos inferiores 186.

[0033] Quando o corpo superior 114 se movimenta para baixo no interior do furo de poço em relação ao conjunto do mandril interno 116, libera o conjunto do mandril interno 116 da extensão do mandril externo 132. Na medida em que o corpo superior 114 se movimenta para baixo dentro do furo de poço, o receptor inferior 122 entra em contacto com o subconjunto de liberação 128 e cisalha os pinos de cisalhamento 134 retendo a luva de escora 130 na extensão do mandril externo 132. A luva de escora 130 sustenta os pinos de travamento 136 que engatam com o conjunto do mandril interno 116 e fixa o conjunto do mandril externo 132 em relação ao conjunto do mandril interno 116. Então, quando não apoiados, os pinos de retenção se libertam do conjunto do mandril interno 116 e permitem o conjunto do mandril interno 116 se mover em relação ao subconjunto de liberação 128.

[0034] Depois que o conjunto do mandril interno 116 for liberado da extensão do mandril externo 132, o corpo superior 114 atua sobre o conjunto do mandril interno 116 para comandar o conjunto do mandril interno 116 para baixo dentro do furo de poço em relação à coluna do revestimento 102. Comandar o conjunto do mandril interno 116 dentro do furo de poço em relação ao agente de sustentação do revestimento 102 move a escora 176 para fora do engate com o conjunto de engaste 172, como descrito acima, de maneira que a ferramenta de instalação 100 possa ser retirada furo acima a partir da coluna do revestimento 102 e para fora do furo de poço.

[0035] Referindo-se em seguida à figura 3, está representado um conjunto de cone de expansão para instalar um agente de sustentação do revestimento em uma coluna de revestimento de acordo com uma modalidade da presente invenção que é designado genericamente como 200. O conjunto do cone de expansão 200inclui um mandril do cone 202, um cone flexível 204, um cone condutor 206 e uma cobertura de extremidade 208. Como declarado acima, o cone flexível 204 e o cone condutor 206 podem ser referidos como um conjunto de cone duplo 210. O mandril do cone 202 inclui uma ranhura em circunferência 212 que é operada para receber uma vedação de cascalhos 214 no seu interior. Preferivelmente, a vedação de cascalhos 214 é operado para fornecer uma vedação com a coluna do revestimento 102 a qual pode ou não estar em uma vedação impermeável. O mandril do cone 202 também inclui um ressalto superior 216operado para limitar a extensão do percurso para cima do cone flexível 204. Abaixo do ressalto superior 216, o mandril do cone 202 tem uma superfície cilíndrica 218. Abaixo da superfície cilíndrica, o mandril do cone 202 tem uma superfície troncocônica externa 220. Preferivelmente, a superfície troncocônica externa 220tem um ângulo de rampa entre cerca de dez graus e cerca de vinte graus e mais preferivelmente de cerca de quinze graus. O mandril do cone 202 ainda inclui um ressalto inferior 222 operado para limitar a extensão do percurso para cima do cone condutor 206. Abaixo do ressalto inferior 222, o mandril do cone 202 tem uma superfície cilíndrica 224. A cobertura de extremidade 208 inclui um ressalto 226 operado para limitar a extensão do percurso para baixo do conjunto de cone duplo 210.

[0036] Na modalidade ilustrada, o cone condutor 206 é deslizante e disposto em vedação ao redor da superfície cilíndrica 224 do mandril do cone 202 e é operado para passear axialmente ao longo da superfície cilíndrica 224 entre o ressalto 222 do mandril do cone 202 e o ressalto 226 da cobertura de extremidade 208. O cone condutor 206 tem uma superfície troncocônica externa 228 com um diâmetro externo máximo 230 na sua extremidade superior. Preferivelmente, a superfície troncocônica externa 228 tem um ângulo de rampa entre cerca de cinco graus e cerca de quinze graus e mais preferivelmente de cerca de dez graus. Observar que o ângulo de rampa da superfície troncocônica externa 220 é preferivelmente maior do que o ângulo de rampa da superfície troncocônica externa 228. Uma parte superior do cone flexível 204 é deslizante e disposta ao redor da superfície cilíndrica 218 do mandril do cone 202. Uma parte superior do cone flexível 204 é deslizante e disposta ao redor da superfície troncocônica externa 220 do mandril do cone 202.

[0037] Como melhor visto na figura 3, o conjunto do cone de expansão 200 está em sua configuração de instalação e de expansão onde o conjunto de cone duplo 210 está na sua localização superior. Nesta configuração, o cone flexível 204 tem um diâmetro externo máximo 232 que é maior do que o diâmetro externo máximo do cone condutor 206. Este diâmetro externo máximo maior 232 é atingido devido à interação da superfície troncocônica externa 220 do mandril do cone 202 e o cone flexível 204. Como melhor visto na figura 5, o cone flexível 204 está na forma de um conjunto de ranhuras que inclui uma parte de anel sólido 236 e uma pluralidade de segmentos que se deslocam radialmente 238 tendo ranhuras 240 entre si. Embora o cone flexível tenha sido representado como tendo dezesseis segmentos que se deslocam radialmente 238, deverá ser entendido por aqueles mais versados na técnica que os cones flexíveis da presente invenção podem ter outros números de segmentos que se deslocam radialmente tanto maior quanto menor do que dezesseis sem se desviar do princípio da presente invenção. Os segmentos que se deslocam radialmente 238 são operados para flexionarem radialmente para fora ou radialmente para dentro dependendo da força aplicada. Preferivelmente, na configuração de instalação e de expansão do conjunto do cone de expansão 200, a superfície troncocônica externa 220 do mandril do cone 202 escora radialmente para fora os segmentos que se deslocam radialmente 238 de tal forma que o diâmetro externo máximo 232 seja maior do que o diâmetro externo máximo de repouso do cone flexível 204.

[0038] Por exemplo, como melhor visto na figura 4, o conjunto de cone 200 está na sua configuração retraída onde o conjunto de cone duplo 210 está na sua localização inferior. Nesta configuração, o cone flexível 204 tem um diâmetro externo máximo 234 que não é maior do que e preferivelmente menor do que o diâmetro externo máximo 230 do cone condutor 206. Este diâmetro externo máximo menor 234 é atingido como um resultado da superfície troncocônica externa 220 do mandril do cone 202 não mais escorar radialmente para fora os segmentos que se deslocam 238 do cone flexível 204. Na configuração não escorada, os segmentos que se deslocam radialmente 238 retornam para a sua configuração de repouso resultando na redução do diâmetro externo máximo 232 do cone flexível 204 para o diâmetro externo máximo 234 do cone flexível 204.

[0039] A operação do conjunto do cone de expansão 200 será agora descrita. Como declarado acima, durante a expansão da coluna do revestimento 102, o conjunto do cone de expansão 200 é hidraulicamente comandado para baixo através do agente de sustentação do revestimento 106. O cone condutor 206 fornece a primeira força de expansão radial na medida em que a superfície troncocônica externa 228 e o diâmetro externo máximo 230 entram em contato e passam através do agente de sustentação do revestimento 106 para expandir radialmente e deformar plasticamente o agente de sustentação do revestimento 106. Em seguida da primeira força de expansão radial, o cone flexível 204 fornece uma segunda força de expansão radial na medida em que o diâmetro externo máximo 232 entra em contato e passa a através do agente de sustentação do revestimento 106 para ainda mais expandir radialmente e deformar plasticamente o agente de sustentação do revestimento auxiliar 106. Uma vez que o conjunto do cone de expansão 200 tenha completado o processo de expansão, a ferramenta de instalação 100 pode ser liberada da coluna do revestimento 102, como descrito acima, e a ferramenta de instalação 100 pode ser puxada furo acima. Este movimento para cima da ferramenta de instalação 100 causa o conjunto de cone duplo 110 a se deslocar da sua configuração de instalação e de expansão, como melhor visto na figura 3, para a sua configuração retraída, como melhor visto na figura 4. Mais especificamente, o cone flexível 204 se desloca axialmente em relação à superfície troncocônica externa 220 do mandril do cone 202 de tal forma que os segmentos que se deslocam radialmente 238 do cone flexível 204 radialmente se retraem para o interior resultando no diâmetro máximo externo 234 no qual não é maior do que e preferivelmente é menor do que o diâmetro máximo externo 230 do cone condutor 206. Esta redução no diâmetro máximo externo do cone flexível 204 é importante na medida em que a resiliência da coluna do revestimento 40, do agente de sustentação do revestimento 106 ou em ambos pode vir a causar uma redução no diâmetro interno do agente de sustentação do revestimento 106 após a sua instalação. A redução no diâmetro externo máximo do cone flexível 204 capacita a retirada da ferramenta de instalação 100 mesmo depois de uma tal redução do diâmetro interno do agente de sustentação do revestimento 106.

[0040] Referindo-se em seguida à figura 6, está representado um conjunto de cone de expansão para instalar um agente de sustentação do revestimento em uma coluna de revestimento de acordo com outra modalidade da presente invenção que é genericamente designado como 300. O conjunto de cone de expansão 300 inclui um mandril do cone 302, um cone flexível 304, um cone condutor 306, e uma cobertura de extremidade 308. Como acima declarado, o cone flexível 304 e o cone condutor 306 podem ser referidos como um conjunto de cone duplo 310. O mandril do cone 302 inclui uma ranhura em circunferência 312 que é operada para receber uma vedação de cascalhos 314 no seu interior. O mandril do cone 302 também inclui um ressalto superior 316 operado para limitar a extensão do percurso para cima do conjunto de cone duplo 310. Abaixo do ressalto superior 316, o mandril do cone 302 tem uma superfície cilíndrica 318. Abaixo da superfície cilíndrica 318, o mandril do cone 302 tem uma superfície troncocônica externa 320. Preferivelmente, a superfície troncocônica externa 320 tem um ângulo de rampa entre cerca de dez graus e cerca de vinte graus e mais preferivelmente de cerca de quinze graus. Abaixo da superfície troncocônica 320, o mandril do cone 302 tem uma superfície cilíndrica 324. A cobertura de extremidade 308 inclui um ressalto 326 operado para limitar a extensão do percurso para baixo do conjunto de cone duplo 310.

[0041] Na modalidade ilustrada, o cone condutor 306 é deslizante e disposto em vedação ao redor da superfície cilíndrica 324 do mandril do cone 302 e parcialmente disposto ao redor da superfície troncocônica externa do mandril do cone 302. O cone condutor 306 tem uma superfície troncocônica externa 328 com um diâmetro externo máximo 330 na sua extremidade superior. Preferivelmente, a superfície troncocônica externa 328 tem um ângulo de rampa entre cerca de cinco graus e de cerca de quinze graus e mais preferivelmente de cerca de dez graus. Observar que o ângulo de rampa da superfície troncocônica externa 320 é preferivelmente maior do que o ângulo de rampa da superfície troncocônica externa 328. Uma parte superior do cone flexível 304 é deslizante e disposta ao redor da superfície cilíndrica 318 do mandril do cone 302. Uma a parte inferior do cone flexível 304 é deslizante e disposta ao redor da superfície troncocônica externa 320 do mandril do cone 302.

[0042] Como melhor visto na figura 6, o conjunto do cone 300 está em sua configuração de instalação e de expansão onde o conjunto de cone duplo 310 está em sua localização superior. Nesta configuração, o cone flexível 304 tem um diâmetro externo máximo 332 que é maior do que o diâmetro externo máximo 330 do cone condutor 306. Este diâmetro externo máximo maior 332 é atingido devido à ação de escora da superfície troncocônica externa 320 do mandril do cone 302 de encontro aos segmentos que se deslocam radialmente do cone flexível 304, como descrito acima. Como melhor visto na figura 7, o conjunto do cone 300 está na sua configuração retraída onde o conjunto de cone duplo 310 está na sua localização inferior depois que o cone flexível 304 e o cone condutor 306 tenham sido deslocados axialmente para baixo. Nesta configuração, o cone flexível 304 tem um diâmetro externo máximo 334 que não é maior e é preferivelmente menor do que o diâmetro externo máximo 330 do cone condutor 306. Este diâmetro externo máximo menor 334 é atingido como um resultado da superfície troncocônica externa 320 do mandril do cone 302 não mais escorar radialmente para fora os segmentos que se deslocam radialmente do cone flexível 304. Na configuração não escorada, os segmentos que se deslocam radialmente retornam para a sua configuração de repouso resultando na redução do diâmetro externo máximo 332 do cone flexível 304 para o diâmetro externo máximo 334 do cone flexível 304. Esta redução no diâmetro externo máximo do cone flexível 304 é importante na medida em que a resiliência da coluna do revestimento 40, do agente de sustentação do revestimento 106 ou em ambos pode causar uma redução no diâmetro interno do agente de sustentação do revestimento 106 após a sua instalação. A redução no diâmetro externo máximo do cone flexível 304 capacita a retirada da ferramenta de instalação 100 mesmo depois de uma tal redução do diâmetro interno do agente de sustentação do revestimento 106.

[0043] Enquanto esta invenção tenha sido descrita com referência às modalidades ilustrativas, esta descrição não está intencionada para ser compreendida em um sentido de limitação. Várias modificações e combinações das modalidades ilustrativas como também de outras modalidades da invenção serão vislumbradas pelas pessoas mais versadas na técnica por meio da referência à descrição. Está, portanto, intencionado que as reivindicações apensas englobem quaisquer das tais modificações ou modalidades.

Claims (10)

1. Conjunto de cone de expansão para instalar um agente de sustentação de revestimento, caracterizado pelo fato de compreender: um mandril do cone (150) tendo uma superfície troncocônica externa; um cone condutor (156) disposto deslizante ao redor do mandril do cone (150) e tendo uma superfície troncocônica externa com um diâmetro externo máximo; e um cone flexível (154) deslizante disposto pelo menos parcialmente ao redor da superfície troncocônica externa do mandril do cone (150), o cone flexível (154) incluindo uma parte de anel sólido (236) e uma pluralidade de segmentos que se deslocam radialmente (238) tendo ranhuras (240) entre os mesmos, em que, em uma configuração de expansão, a superfície troncocônica externa do mandril do cone (150) escora radialmente os segmentos que se deslocam radialmente (238) do cone flexível (154) de tal maneira que o cone flexível tenha um primeiro diâmetro externo máximo que é maior do que o diâmetro externo máximo do cone condutor (156); e em que, em uma configuração de retração, o cone flexível (154) se desloca axialmente em relação à superfície troncocônica externa do mandril do cone (150) de tal maneira que o cone flexível (154) tenha um segundo diâmetro externo máximo que não é maior do que o diâmetro externo máximo do cone condutor (156), e a superfície troncocônica externa do mandril do cone (150) não escora radialmente para fora os segmentos que se deslocam radialmente (238) do cone flexível (154).

2. Conjunto de cone de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o mandril do cone (150) ter uma superfície cilíndrica externa e em que o cone condutor (156) é disposto deslizante pelo menos parcialmente ao redor da superfície cilíndrica externa do mandril do cone (150).

3. Conjunto de cone de expansão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o cone condutor (156) ser disposto deslizante pelo menos parcialmente ao redor da superfície troncocônica externa do mandril do cone (150).

4. Conjunto de cone de expansão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o cone condutor (156) e o cone flexível (154) são adjacentes entre si.

5. Conjunto de cone de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cone condutor (156) e o cone flexível (154) se deslocam axialmente em conjunto em relação à superfície troncocônica externa do mandril do cone (150) quando o conjunto de cone de expansão é operado a partir da configuração de expansão para a configuração retraída.

6. Conjunto de cone de expansão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 5, caracterizado pelo fato de que o mandril do cone (150) compreende ainda uma cobertura de extremidade (152) que limita o movimento axial do cone condutor (156) quando o conjunto de cone de expansão é operado a partir da configuração de expansão para a configuração retraída.

7. Método para instalar um agente de sustentação do revestimento, caracterizado pelo fato de o método compreender: associar operacionalmente uma ferramenta de instalação (46) tendo um conjunto de cone de expansão com uma coluna do revestimento (36) que inclui um agente de sustentação do revestimento (48); abaixar a ferramenta de instalação (46) e a coluna do revestimento (36) no interior de um revestimento de um furo de poço (40); aplicar uma força na direção para baixo dentro do furo de poço ao conjunto do cone de expansão de tal maneira que um cone condutor (156) e um cone flexível (154) do conjunto do cone de expansão expandem radialmente pelo menos uma parte do agente de sustentação do revestimento (48) para entrar em contato com o revestimento do poço (40), e o cone flexível (154) tendo um primeiro diâmetro máximo que seja maior do que um diâmetro externo máximo do cone condutor (156), o cone flexível (154) incluindo uma parte de anel sólido (236) e uma pluralidade de segmentos que se deslocam radialmente (238) tendo ranhuras (240) entre os mesmos; desacoplar a ferramenta de instalação (46) da coluna do revestimento (36); aplicar uma força na direção furo acima ao conjunto do cone de expansão; e deslocar axialmente o cone condutor (156) e o cone flexível (154) em relação à superfície troncocônica externa do mandril do cone (150) de tal maneira que o cone flexível (154) tenha um segundo diâmetro externo máximo que não seja maior do que o diâmetro externo máximo do cone condutor (150), em que aplicar a força na direção para baixo dentro do furo de poço ao conjunto do cone de expansão compreende adicionalmente radialmente escorar os segmentos que se deslocam radialmente do cone flexível (154) com a superfície troncocônica externa do mandril do cone (150), e em que aplicar a força na direção furo acima ao conjunto do cone de expansão compreender adicionalmente radialmente não escorar os segmentos que se deslocam radialmente do cone flexível (154) com a superfície troncocônica externa do mandril do cone (150).

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de deslocar axialmente o cone condutor (156) e o cone flexível (154) em relação à superfície troncocônica externa do mandril do cone (150) compreender adicionalmente deslocar axialmente o cone condutor (156) sobre uma superfície cilíndrica externa do mandril do cone (150).

9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de deslocar axialmente o cone condutor (156) e o cone flexível (154) em relação à superfície troncocônica externa do mandril do cone (150) compreender adicionalmente deslocar axialmente o cone condutor (156) pelo menos parcialmente sobre a superfície troncocônica externa do mandril do cone (150).

10. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda limitar o deslocamento axial do cone condutor (156) e do cone flexível (154) com uma cobertura de extremidade (152) do conjunto de cone de expansão.

Images