BR112014005026B1 - válvula, método para acionar uma válvula, válvula de coluna de revestimento para uso em operações de fratura e método para uso na fratura hidráulica de um poço - Google Patents

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Abstract

VÁLVULA, MÉTODO PARA ACIONAR UMA VÁLVULA, VÁLVULA DE COLUNA DE REVESTIMENTO PARA USO EM OPERAÇÕES DE FRATURA E MÉTODO PARA USO NA FRATURA HIDRÁULICA DE UM POÇO.A presente invenção refere-se à válvula (10) para uso em fratura hidráulica através de revestimento de cimento em um poço que permite o fluxo de cimento até o poço durante o processo de cimentação e, na posição aberta, permite que o fluido de fratura hidráulica seja direcionado através do revestimento de cimento para fraturar a formação adjacente à válvula (10). A válvula (10) é construída de modo a reduzir a probabilidade de a válvula (10) ficar obstruída como resultado de cimento ou outro material estranho.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO
[001] Esta invenção refere-se a uma válvula utilizada parahidraulicamente fraturar múltiplas zonas em um poço de petróleo e gás sem perfurar o revestimento de cimento. Um método de completação de poço de petróleo/gás relativamente novo envolve o uso de uma válvula que é instalada como parte da coluna de revestimento do poço e que irá prover um fluxo de cimento dentro do revestimento, quando o elemento de válvula estiver em uma posição fechada, e permitir o fluxo axial de fluido de fratura através do revestimento de cimento para fraturar a formação perto da válvula. A invenção descrita aqui é uma válvula aperfeiçoada usada neste processo.
DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA
[002] Desenhos comuns para válvulas usadas no método decompletação descrito acima são propensos a falhas porque o cimento ou outros detritos interferem com a abertura da válvula depois de o processo de cimentação ter sido completado. Porções da camisa deslizante ou pistões comumente usados ficam expostos ou ao fluxo de cimento ou ao cimento que flui entre o poço e a coluna de revestimento.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[003] A válvula de acordo com a invenção supera as dificuldadesdescritas acima com o isolamento de uma camisa deslizante entre um alojamento externo e um mandril interno. Um disco de ruptura no mandril interno é rompido em uma pressão selecionada. A pressão irá então atuar contra uma extremidade da camisa deslizante e deslocar a camisa para uma posição aberta, de modo que o fluido de fratura seja direcionado contra o revestimento de cimento. A camisa deslizante inclui uma porca de anel de travamento para impedir que a camisa deslize de volta para uma posição de fechamento.
BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DO(S) DESENHO(S)
[004] A Figura 1 é uma vista lateral da válvula de acordo comuma concretização da invenção.
[005] A Figura 2 é uma vista em seção transversal da válvula naposição fechada tomada ao longo da linha 2-2 da Figura 1.
[006] A Figura 3 é uma vista em seção transversal da válvulatomada ao longo da linha 3-3 da Figura 2.
[007] A Figura 4 é uma vista em seção transversal da camisadeslizante.
[008] A Figura 5 é uma vista em seção transversal do suporte deanel de travamento.
[009] A Figura 6 é uma vista em seção transversal do anel detravamento.
[0010] A Figura 7 é um vista de extremidade do anel detravamento.
[0011] A Figura 8 é uma vista em seção transversal da válvula naposição aberta.
[0012] A Figura 9 é uma vista ampliada da área circundada naFigura 8.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0013] Conforme mostrado na Figura 1, uma concretização daválvula 10 da invenção inclui um alojamento principal 13 e duas porções de conector de extremidade similares 11, 12.
[0014] O alojamento principal 13 é uma peça cilíndrica oca comporções roscadas 61 em cada extremidade que recebem porções roscadas 18 de cada conector de extremidade. Os conectores de extremidade 11 e 12 podem ser interna ou externamente roscados para conexão à coluna de revestimento. Conforme mostrado na Figura 2, o alojamento principal 13 inclui uma ou mais aberturas 19, que são circundadas por uma cobertura protetora circular 40. A cobertura 40 é formada de um material de alta resistência ao impacto.
[0015] A válvula 10 inclui um mandril 30 que é formado como umtubo cilíndrico oco que se estende entre os conectores de extremidade 11, 12, conforme mostrado na Figura 2. O mandril 30 inclui uma ou mais aberturas 23 que se estendem através da parede externa do mandril. O mandril 30 também apresenta uma porção roscada intermediária externa 51. Um ou mais discos de ruptura 41, 42 são localizados no mandril, conforme mostrado na Figura 3. Discos de ruptura 41, 42 são localizados dentro de passagens que se estendem entre as superfícies interna e externa do mandril 30. Rebaixos anulares 17 e 27 são providos na superfície externa do mandril para receber vedações adequadas.
[0016] O mandril 30 é confinado entre os conectores deextremidade 11 e 12 com o engate de um ressalto 15 na superfície interna dos conectores de extremidade. Os conectores de extremidade 11 e 12 incluem porções que se estendem longitudinalmente 18 que espaçam entre si o alojamento externo 13 e o mandril 30, formando assim uma câmara 36. Porções 18 apresentam um rebaixo anular 32 para aliviar uma vedação adequada. Um membro de camisa deslizante 20 é localizado dentro da câmara 36 e tem, em geral, uma configuração cilíndrica, conforme mostrado na Figura 4. O membro de camisa deslizante 20 inclui uma porção de diâmetro menor 24 que é roscada em 66. Ele também é provido com entalhes 43 que recebem as porções de extremidade dos pinos de cisalhamento 21. O membro de camisa deslizante 20 também inclui ranhuras anulares 16 e 22 que acomodam vedações anulares adequadas.
[0017] Um suporte de anel de travamento 25 apresenta dentes deengrenagem 61 e retém o anel de travamento 50 que apresenta dentes de engrenagem 51 em sua superfície externa e dentes de engrenagem 55 em sua superfície interna mostrados na Figura 9. O anel de travamento 50 inclui uma abertura em 91, conforme mostrado na Figura 7, que permite que ele seja aumentado no diâmetro, à medida que a camisa deslizante se move da posição fechada para a posição aberta.
[0018] O suporte de anel de travamento 25 apresenta uma folgade diâmetro suficiente, de modo que o anel de travamento possa ser engrenado nos dentes de engrenagem de mandril 63, embora jamais libere o contato roscado com o suporte de anel de trava. O suporte de anel de travamento 25 é roscado em 26 para o engate com roscas 24 no mandril. O suporte de anel de travamento 25 apresenta também uma pluralidade de orifícios 46 e 62 para parafusos de ajuste, não mostrados.
[0019] Em uso, a válvula 10 pode ser conectada à coluna derevestimento por meio de conectores de extremidade 11, 12. Uma ou mais válvulas 10 podem ser incorporadas na coluna de revestimento. Depois que a coluna de revestimento é desdobrada dentro do poço, o cimento é bombeado através do revestimento e para fora do fundo para a coroa anular entre o poço e o revestimento, como é típico na técnica. Depois que o fluxo de cimento é terminado, um tampão ou outro dispositivo é bombeado para limpar o revestimento e liberar a válvula de cimento residual. Quando o tampão ou outro dispositivo tiver sido travado ou vedado na montagem de fundo de poço, a pressão será aumentada para romper o disco de ruptura em uma pressão predeterminada. A pressão de fluido irá atuar sobre o membro de camisa deslizante 20 para fazer com que os pinos de cisalhamento se rompam e então para movê-lo descendentemente ou para a direita, conforme mostrado na Figura 7. Este movimento irá permitir que o fluido de fratura hidráulica saia via a abertura 23 no mandril e as aberturas 19 no alojamento externo. O fluido de fratura hidráulica sob pressão irá remover a cobertura protetora 40 e fazer rachar o revestimento de cimento e também fraturar a fundação adjacente à válvula 10.
[0020] Devido ao fato de o membro de camisa deslizante 20 sergrandemente isolado do fluxo de cimento, a camisa terá uma menor tendência a ficar obstruída ou exigir mais pressão para o acionamento.
[0021] Na posição aberta, o anel de travamento 50 engata roscas63 no mandril para impedir que a camisa se mova de volta para a posição fechada.
[0022] Um respiro 37 é localizado no alojamento externo 13 parapermitir que o ar saia, quando a válvula estiver sendo montada. O respiro 37 é fechado por um tampão adequado depois da montagem.
[0023] Embora a presente invenção tenha sido descrita comrelação a detalhes específicos, não é pretendido que tais detalhes sejam considerados como limitações sobre o escopo da invenção, exceto na medida em que estejam incluídos nas reivindicações anexas.

Claims (12)

1. Válvula (10) que compreende: um alojamento (13) apresentando uma abertura (19) conectando fluidamente o interior do alojamento com o exterior do alojamento (13), um mandril (30) tendo um orifício através dele e posicionado dentro do alojamento (13) e apresentando uma abertura (23), e uma camisa deslizante (20) disposta entre o alojamento (13) e o mandril (30) e bloqueando a comunicação de fluido entre a abertura (19) no alojamento (13) e a abertura (23) no mandril (30), quando a válvula (10) não estiver na posição fechada, e permitindo o fluxo de fluido entre as aberturas (23) no mandril (30) e as aberturas (19) no alojamento (13), quando a válvula (10) estiver na posição aberta, caracterizadapelo fato de que a válvula compreende um disco de ruptura (41, 42) que, com a ruptura, permite a aplicação de uma pressão de fluido para acionar a camisa deslizante (20) entre as posições aberta e fechada.
2. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapor incluir um conector de extremidade (11, 12) emcada extremidade do alojamento (13) para conexão em uma coluna de revestimento em um poço de petróleo ou gás.
3. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapor adicionalmente incluir uma camisa protetora (40) que cobre as aberturas (19) no alojamento (13).
4. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapor o alojamento (13) e o mandril (30) definirem uma câmara (36) entre eles, na qual a camisa deslizante (20) é disposta.
5. Válvula (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadapelo fato de que a dita válvula é uma válvula de coluna de revestimento para uso em operações de fratura.
6. Método para acionar uma válvula (10), o método caracterizadopor compreender: fazer fluir um fluido através da válvula (10), a válvula (10) compreendendo: um alojamento (13) apresentando uma ou mais aberturas (19), um mandril (30) apresentando uma ou mais aberturas (23), uma camisa deslizante (20) disposta entre o alojamento(13) e o mandril (30) e bloqueando a comunicação de fluido entre a abertura (19) no alojamento (13) e a abertura (23) no mandril (30), quando a válvula (10) estiver na posição fechada, e permitindo o fluxo de fluido entre as aberturas (23) no mandril (30) e as aberturas (19) no alojamento (13), quando a válvula (10) estiver na posição aberta, e um disco de ruptura (41, 42) disposto em uma camisa (20)do mandril (30) de modo que ao romper, permite uma pressão de fluido para mover a camisa deslizante (20) entre as posições aberta e fechada; romper o disco de ruptura (41, 42) em uma pressão de fluido selecionada; fazer fluir fluido através do disco rompido; mover a camisa deslizante (20) responsiva à pressão de fluido entre as posições aberta e fechada; e fazer sair fluido através de uma ou mais aberturas (19, 23) do alojamento (13) e mandril (30).
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por adicionalmente compreender rachar um revestimento de cimento com o fluido.
8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por adicionalmente compreender bombear cimento através da válvula (10) em um poço.
9. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por adicionalmente compreender limpar a válvula (10) com um tampão.
10. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que o fluido que flui através da abertura (23) no mandril (30) e da abertura (19) no alojamento (13) quando a válvula (10) está na posição aberta é configurada para quebrar uma caixa de cimento em um furo de poço.
11. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que a abertura (23) no mandril (30) e a abertura (19) no alojamento (13) são configurados para que o fluido de fratura seja bombeado para lá quando a válvula (10) estiver na posição aberta.
12. Válvula (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que a válvula (10) está configurada para ser limpa com um tampão.
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