BR112014022825B1

BR112014022825B1 - Barreira anular de fundo de poço, sistema de fundo de poço, e método para fornecer vedação

Info

Publication number: BR112014022825B1
Application number: BR112014022825-6A
Authority: BR
Inventors: Jørgen Hallundbæk; Lars Stæhr
Original assignee: Welltec Oilfield Solutions Ag
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2021-07-27
Also published as: US9963952B2; CN104246116A; CA2867517C; MX2014011142A; CN104246116B; WO2013144181A1; MY167143A; EP2644820A1; EP2831367A1; BR112014022825A2; AU2013241855A1; RU2014140984A; RU2636951C2; US20150068774A1; MX348057B; AU2013241855B2; CA2867517A1; DK2831367T3; EP2831367B1

Abstract

barreira anular com uma vedação. a presente invenção refere-se a uma barreira anular de fundo de poço (1) com uma extensão axial dotada de uma superfície externa voltada para uma superfície interna de uma estrutura externa (2). a barreira anular de fundo de poço compreende uma parte tubular (5), uma parte expansível (3), e pelo menos um elemento de vedação anular (41). o elemento de vedação anular (41) é conectado com a parte expansível (3) e tem um comprimento axial ao longo da extensão axial da barreira anular do fundo de poço que é menos de 50% de um comprimento da barreira anular do fundo de poço ao longo da extensão axial da barreira anular do fundo de poço. o elemento de vedação anular compreende um elemento de mola (43). também, a presente invenção refere-se a um sistema de fundo de poço e a um método de fornecer vedação.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a uma barreira anular do fundo de poço com uma extensão axial dotada de uma superfície externa voltada para uma superfície interna de uma estrutura externa, que compreende uma parte tubular, uma parte expansível, e pelo menos um elemento de vedação anular. Também, a presente invenção refere-se a um sistema de fundo de poço e a um método de fornecer vedação.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[002] Nos furos de poço, as barreiras anulares do fundo de poço são usadas para diferentes finalidades, como para fornecer uma barreira para fluir entre uma estrutura tubular interna e uma externa ou entre uma estrutura tubular interna e a parede interna do furo de sondagem. As barreiras anulares do fundo de poço são encaixadas como parte da estrutura tubular do poço. Uma barreira anular do fundo de poço tem uma parede interna circundada por uma luva expansível anular. A luva expansível é tipicamente feita de um material elastomé- rico, mas também pode ser feita de metal. A luva é fixada em suas extremidades à parede interna da barreira anular do fundo de poço.

[003] A fim de vedar uma zona entre uma estrutura tubular inter na e uma externa ou uma estrutura tubular do poço e o furo de sondagem, uma segunda barreira anular é usada, como mostrada na US7,216,706 ou na US4,515,213. A primeira barreira anular é expandida em um lado da zona a ser vedada e a segunda barreira anular é expandida no outro Lado desta zona, e deste modo, a zona é vedada.

[004] A qualidade da vedação de uma zona vedada é, muitas ve zes, definida pelo fluxo dos fluidos do furo de sondagem que passam por uma vedação, por exemplo, as exigências de uma determinada pelo usuário. Portanto, um determinado nível de fluido que vaza para dentro ou para longe da zona vedada é tipicamente permitido e aceitável, mas a qualidade da vedação é comprometida se muito fluido puder passar pela vedação.

[005] Quando as barreiras anulares forem expandidas, elas tipi camente tendem a se retrair quando a expansão tiver acabado. Este efeito de retração ocorre quando a pressão na parte expansível usada para expandir a parte expansível for terminada. A terminação da pressão da expansão irá resultar em uma pequena diminuição no tamanho da parte expansível devido à retração elástica do material expandido. Também, outros efeitos de assentamento, como a equalização da pressão na barreira anular, podem causar uma minimização menor do tamanho da barreira. Mesmo quando se usam os metais, como aço, um efeito de retração de uma porcentagem pequena pode ser esperado. O efeito de retração da parte expansível afeta negativamente a qualidade da vedação fornecida pela barreira anular do fundo de poço 1, uma vez que a vedação se torna pior depois da expansão em ter-mos de impermeabilidade ou da quantidade de fluido que possivelmente passa pela vedação.

[006] É, então, desejável fornecer uma solução por meio da qual os problemas causados pelos efeitos de retração e outros efeitos de assentamento do material da barreira anular depois da expansão possam ser evitados.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] É um objetivo da presente invenção superar total ou parci almente as desvantagens e os inconvenientes acima da técnica anterior. Mais especificamente, é um objetivo fornecer uma barreira anular do fundo de poço melhorada que, apesar dos problemas com os efeitos de retração e outros efeitos de assentamento em todos os materi- ais usáveis para as barreiras anulares, pode fornecer vedação melhorada, desse modo, aumentando a qualidade da vedação fornecida pela barreira anular do fundo de poço.

[008] Os objetivos acima, juntos com inúmeros outros objetos, vantagens e características, que se tornarão evidentes a partir da descrição abaixo, são alcançados por uma solução de acordo com a presente invenção por uma barreira anular do fundo de poço com uma extensão axial dotada de uma superfície externa voltada para uma superfície interna de uma estrutura externa, que compreende: - uma parte tubular, - uma parte expansível disposta ao redor da parte tubular, e - pelo menos um elemento de vedação anular conectado com a parte expansível e dotado de um comprimento axial ao longo da extensão axial da barreira anular do fundo de poço que é menos de 50% de um comprimento da barreira anular do fundo de poço ao longo da extensão axial da barreira anular do fundo de poço, em que o elemento de vedação anular compreende um elemento de mola.

[009] O comprimento axial do elemento de vedação anular ao longo da extensão axial da barreira anular do fundo de poço pode, pre-ferivelmente, ser menos do que 40% do comprimento da barreira anular do fundo de poço ao longo da extensão axial da barreira anular do fundo de poço, mais preferivelmente menos do que 25% do comprimento da barreira anular do fundo de poço, ainda mais preferivelmente menos do que 10% do comprimento da barreira anular do fundo de poço.

[0010] Em uma modalidade, o elemento de vedação anular pode compreender adicionalmente uma luva de vedação anular conectada com a parte expansível e que define uma cavidade do elemento de vedação anular entre a parte expansível e a luva de vedação anular, e o elemento de mola pode ser disposto na cavidade do elemento de vedação anular.

[0011] Ademais, o elemento de mola pode ser uma luva de veda ção anular corrugada.

[0012] A invenção, adicionalmente, refere-se a uma barreira anular do fundo do poço, em que o elemento de vedação anular compreende uma luva de vedação anular conectada com a parte expansível e que define uma cavidade do elemento de vedação anular entre a parte expansívele a luva de vedação anular, e em que o elemento expansível é disposto na cavidade do elemento de vedação anular.

[0013] Além do mais, o elemento de mola pode ser um dispositivo de mola ou uma mola, como uma mola em espiral ou helicoidal.

[0014] Também, a luva de vedação anular pode ser feita de um material metálico.

[0015] Ademais, um elemento expansível pode ser disposto na cavidade do elemento de vedação anular.

[0016] A dita parte expansível pode ser uma luva expansível que circunda a parte tubular.

[0017] Em uma modalidade, a luva expansível pode ser uma luva de metal.

[0018] Ademais, o elemento de mola pode ser feito de um material metálico.

[0019] Adicionalmente, a luva de vedação anular de fundo de poço pode ter pelo menos uma abertura ou ser perfurada.

[0020] Por perfurado entende-se que a luva tem uma pluralidade de aberturas.

[0021] Ademais, o elemento expansível pode ser feito de um mate rial dilatável.

[0022] Adicionalmente, a luva de vedação anular pode ser feita de um material metálico.

[0023] Além do mais, a luva de vedação anular pode ser feita de um material elastomérico.

[0024] Em uma modalidade, a parte expansível pode ter uma luva expansível que circunda a parte tubular, sendo que a parte tubular compreende uma abertura para injetar fluido pressurizado no espaço definido pela luva expansível e pela parte tubular.

[0025] Adicionalmente, a luva de vedação anular pode ser feita de um material que tem um módulo E inferior à parte expansível.

[0026] A barreira anular do fundo de poço descrita acima pode compreender adicionalmente partes de conexão para conectar a luva de vedação anular com a parte expansível.

[0027] Além do mais, a parte expansível pode compreender adici onalmente uma válvula.

[0028] Também, a barreira anular do fundo de poço pode, adicio nalmente, compreender um sensor para determinar uma pressão exercida pelo elemento de vedação anular na superfície interna da estrutura externa.

[0029] A barreira anular do fundo de poço pode compreender adi cionalmente um sensor para determinar uma temperatura do fluido na cavidade do elemento de vedação anular.

[0030] Ademais, a barreira anular do fundo de poço pode compre ender um sensor para determinar um comprimento do perímetro da barreira anular do fundo de poço.

[0031] Além do mais, a barreira anular do fundo de poço pode compreender uma primeira parte de conexão que circunda e é conectada com uma primeira extremidade da parte tubular e uma segunda parte de conexão que circunda e é conectada com uma segunda extremidade da parte tubular.

[0032] Adicionalmente, a barreira anular do fundo de poço pode compreender uma primeira parte de conexão que circunda e é conec- tada com a parte tubular e uma segunda parte de conexão que circunda e é conectada com a parte tubular.

[0033] Em uma modalidade, a parte expansível pode ser conecta da com a primeira parte de conexão e a segunda parte de conexão, a parte expansível, as primeira e segunda partes de conexão e a parte tubular que envolve um espaço interno, e a primeira parte de conexão pode ser deslizavelmente conectada com a parte tubular.

[0034] Ademais, a mola pode ser uma mola em espiral.

[0035] A mola espiralada pode ser enrolada com uma pluralidade de enrolamentos ao redor da parte expansível.

[0036] Além do mais, pelo menos uma mola espiralada pode for mar um laço fechado ao redor da parte expansível e ter duas extremidades unidas de modo a formar um anel.

[0037] Ademais, a barreira anular do fundo de poço pode compre ender uma parte expansível dotada de um eixo geométrico central que se estende fora da parte tubular na direção longitudinal.

[0038] Além do mais, o eixo geométrico central da parte expansí vel pode se enrolar ao redor da parte tubular na direção longitudinal.

[0039] Adicionalmente, uma seção transversal do tubo expansível pode ter o formato substancialmente oval em uma posição relaxada.

[0040] Ademais, uma seção transversal do tubo expansível pode ser substancialmente circular em uma posição expandida.

[0041] Em uma modalidade, a barreira anular do fundo de poço pode compreender uma pluralidade de partes expansíveis que se estendem no lado de fora da parte tubular na direção longitudinal.

[0042] Ademais, a barreira anular do fundo de poço pode compre ende uma pluralidade de elementos de mola em uma cavidade do elemento de vedação anular.

[0043] Além do mais, tanto um elemento expansível, como um ma terial dilatável, quanto um elemento de mola pode ser disposto na ca- vidade do elemento de vedação anular.

[0044] A presente invenção refere-se adicionalmente a um sistema de fundo de poço que compreende uma estrutura tubular do poço e pelo menos uma barreira anular do fundo de poço conforme descrito acima, em que a parte tubular forma parte da estrutura tubular do poço.

[0045] Ademais, uma pluralidade de barreiras anulares do fundo de poço pode ser posicionada a uma distância entre si ao longo da parte tubular.

[0046] A invenção refere-se, ademais, a um método de fornecer vedação que compreende as etapas de: - inserir uma barreira anular do fundo de poço conforme descrito acima em um furo de sondagem, - expandir a parte expansível ao injetar fluido pressurizado em uma abertura, - comprimir o elemento de mola quando a superfície externa da barreira anular do fundo de poço engata a superfície interna da estrutura externa ao injetar adicionalmente fluido pressurizado na abertura, - minimizar a parte expansível quando a injeção de fluido pressurizado tiver acabado devido à retração da parte expansível, e - descomprimir o elemento de mola para que a pressão exercida pelo elemento de vedação anular na superfície interna da estrutura externa seja mantida e um efeito de vedação da barreira anular do fundo de poço é mantido.

[0047] Além do mais, a invenção refere-se a um método de forne cervedação que compreende as etapas de: - inserir uma barreira anular do fundo de poço conforme descrito acima em um furo de sondagem, - expandir a parte expansível ao injetar fluido pressurizado em uma abertura, - minimizar a parte expansível ao terminar a injeção de fluido pressurizado devido a retração da parte expansível, e - expandir o elemento expansível para que a pressão exercida pelo elemento de vedação anular na superfície interna da estrutura externa seja mantida e um efeito de vedação da barreira anular do fundo de poço é mantido.

[0048] Em uma modalidade, a parte expansível pode ser feita de um material dilatável que dilata ao permitir que um fluido entre na cavidade do elemento de vedação anular.

[0049] Em uma outra modalidade, a parte expansível pode ser fei ta de um material dilatável, e a dilatação pode ser controlada ao injetar, deliberadamente, um fluido na cavidade do elemento de vedação anular usando meios de injeção.

[0050] Por fim, a invenção refere-se a um método de fornecer ve dação que compreende as etapas de: - inserir uma barreira anular do fundo de poço conforme descrito acima em um furo de sondagem, - expandir a parte expansível ao injetar fluido pressurizado em uma abertura, e - injetar um fluido na cavidade do elemento de vedação anular.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0051] A invenção e suas muitas vantagens serão descritas em mais detalhes abaixo com referência aos desenhos esquemáticos em anexo, que, para fins de ilustração, mostram algumas modalidades não limitantes e em que:

[0052] A Figura 1a mostra uma vista esquemática de uma parte de uma barreira anular do fundo de poço dotada de um elemento de ve- dação anular,

[0053] A Figura 1b mostra uma vista esquemática de uma parte de uma barreira anular do fundo de poço dotada de uma outra modalidade de um elemento de vedação anular,

[0054] A Figura 2 mostra uma vista esquemática de uma barreira anular do fundo de poço,

[0055] As Figuras 3a-3c mostram vistas esquemáticas de uma ou tra barreira anular do fundo de poço,

[0056] As Figuras 4a-4c mostram vistas esquemáticas de uma ou tra barreira anular do fundo de poço,

[0057] A Figura 5 mostra uma vista esquemática de uma outra bar reira anular do fundo de poço,

[0058] A Figura 6 mostra uma vista esquemática de uma outra bar reira anular do fundo de poço,

[0059] A Figura 7 mostra uma vista em seção transversal de uma barreira anular de fundo de poço, e

[0060] A Figura 8 mostra uma vista em seção transversal de uma outra barreira anular de fundo de poço.

[0061] Todas as Figuras são altamente esquemáticas e não ne cessariamente em escala, e elas mostram apenas aquelas partes que são necessárias para elucidar a invenção, sendo as outras partes omitidas ou meramente sugeridas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0062] As barreiras anulares do fundo de poço 1, de acordo com a presente invenção são tipicamente encaixadas como parte da coluna da estrutura tubular do poço antes de a estrutura tubular do poço 23 ser abaixada no fundo de poço do furo de sondagem, conforme mostrado na vista em seção transversal de uma barreira anular do fundo de poço na Figura 2. A estrutura tubular do poço 23 é construída pelas partes da estrutura tubular do poço juntadas como uma longa coluna da estrutura tubular do poço. Muitas vezes, as barreiras anulares são encaixadas entre as partes da estrutura tubular do poço quando a coluna da estrutura tubular do poço é encaixada.

[0063] A barreira anular do fundo de poço 1 é usada para uma va riedade de finalidades, todas das quais exigem que uma parte expansível3 da barreira anular do fundo de poço 1 seja expandida, para que uma superfície externa 11 da barreira anular do fundo de poço 1 apoie uma superfície interna 21 de uma estrutura externa 2, como um invólucro de furo de sondagem ou uma formação que circunda um furo de sondagem. A barreira anular do fundo de poço 1 tem uma extensão axial paralela à direção da extensão do furo de sondagem.

[0064] Conforme mostrado nas Figuras 1a e 1b, a barreira anular do fundo de poço 1 compreende uma parte tubular 5 a ser encaixada como parte da estrutura tubular do poço e uma parte expansível 3 que circunda a parte tubular. A parte expansível 3 pode ter uma luva expansível,conforme mostrado na Figura 2, que pode ser expandida ao injetar um fluido através de uma abertura 51 da parte tubular 5, desse modo, aumentando um espaço 6 entre a parte expansível 3 e a parte tubular 5. Fora da parte expansível, pelo menos um elemento de vedação anular 4 é disposto em conexão com a parte expansível 3. O elemento de vedação anular 4 tem um comprimento axial ao longo da extensão axial da barreira anular do fundo de poço 1 que é menos do que 50% de um comprimento da barreira anular ao longo da extensão axial da barreira anular. Deste modo, a área da superfície que entra em contato com a superfície interna 21 da estrutura externa 2 é menor do que a superfície da parte expansível 3 voltada para a superfície interna 21 da estrutura externa. Consequentemente, a pressão entre a superfície interna 21 da estrutura externa e a superfície externa 11 da barreira anular é aumentada para melhorar o efeito de vedação.

[0065] Na Figura 1a, o elemento de vedação anular 4 compreende uma luva de vedação anular 41 conectada com a parte expansível 3, desse modo, definindo uma cavidade do elemento de vedação anular 42 entre a parte expansível 3 e a luva de vedação anular 41. Um elemento de mola 43 é disposto na cavidade do elemento de vedação anular 42 para que quando a barreira anular do fundo de poço 1 for expandida e engatar a superfície interna 21 da estrutura externa 2, o elemento de mola 43 é comprimido. Quando a parte expansível 3 é completamente expandida escora e apoia a superfície interna 21 da estrutura externa 2 criando uma vedação, a expansão é terminada, por exemplo, ao despressurizar ou liberar o fluido usado para a injeção através da abertura 51 para o espaço e deixando o fluido fluir através da abertura 51 para a parte tubular. Então, o material da parte expansível3 retrai, diminuindo uma pressão exercida na superfície interna 21 e, desse modo, diminuindo a impermeabilidade da vedação. O efeito de retração e outros efeitos de assentamento ocorrem quando a pressão na parte expansível usada para expandir a parte expansível é terminada. A terminação da pressão de expandir irá resultar em uma pequena diminuição no tamanho da parte expansível devido à retração elástica do material expandido e outros efeitos de assentamento como a equalização da pressão na barreira anular também podem ocasionar uma minimização do tamanho da barreira. No entanto, uma vez que o elemento de mola 43 foi comprimido durante a expansão, fornecendo uma força de mola inerente no elemento de mola, o elemento de mola 43 se expande quando a parte expansível expandida 3 se assenta depois da expansão, desse modo, mantendo a pressão exercida na superfície interna 21 da estrutura externa 2 obtida durante a expansão da barreira anular do fundo de poço 1. A habilidade de vedação da barreira anular do fundo de poço 1 é substancialmente aumentada à medida que a lacuna pequeníssima entre a estrutura externa 2 e a parte expansível3 é reduzida em comparação com as soluções da técnica an terior que não têm um elemento de mola. Como pode ser visto, a luva de vedação anular 41 tem uma entrada 45 para deixar que o fluido do poço na cavidade pressione contra a luva por dentro se a pressão que circunda a barreira anular aumentar.

[0066] Na Figura 1b, a barreira anular do fundo de poço 1 compre ende um elemento de vedação anular 4 dotado de um elemento de mola onde o elemento de mola é uma luva de vedação anular corrugada 43B. Assim, a luva de vedação anular corrugada 43 forma parte da luva de vedação anular 41 que tem a entrada 45. Quando a luva expansível da barreira anular do fundo de poço 1 é expandida, a luva de vedação anular corrugada 43B é comprimida, fornecendo uma força de mola inerente na luva de vedação anular corrugada 43B. Quando o processo de expansão tiver terminado, a luva expansível tende a retrair-se, resultando em uma pressão reduzida entre a estrutura externa 2 e a barreira anular do fundo de poço 1 ou até mesmo em uma lacuna pequena entre o elemento de vedação anular 4 e a estrutura externa 2. Simultaneamente, a luva de vedação anular corrugada comprimida 43B se expande, desse modo, mantendo a pressão exercida na superfície interna 21 da estrutura externa 2 obtida durante a expansão da barreira anular do fundo de poço 1. A habilidade de vedação da barreira anular do fundo de poço 1 é substancialmente aumentadaà medida que a pressão entre a estrutura externa 2 e a barreira anular do fundo de poço 1 aumenta ou a lacuna pequena entre a estrutura externa 2 e a parte expansível 3 é reduzida ou removida. À medida que a luva de vedação anular corrugada 43B comprime o fluido dentro, a luva 43B é pressionada para fora da cavidade 42, e à medida que a luva 43B expande, o fluido entre na cavidade 42.

[0067] A Figura 2 mostra uma vista esquemática de uma barreira anular do fundo de poço 1 em um estado expandido, que compreende dois elementos de vedação anulares 4 que têm a luva de vedação anular 41 disposta fora da parte expansível 3 envolvendo o membro de mola 43. A parte expansível 3 foi conectada com a parte tubular 5 por uma primeira parte de conexão 32 e uma segunda parte de conexão 33. A primeira parte de conexão 32 conecta uma primeira extremidade 27 da luva expansível com uma primeira extremidade 22 da parte tubular, e a segunda parte de conexão 33 conecta uma segunda extremidade 28 da luva expansível com a segunda extremidade 24 da parte tubular. Uma ou mais das partes de conexão 32, 33 podem ser fixa- damente conectadas com a parte tubular ou deslizavelmente conectadas com a parte tubular 5 para diminuir a pressão necessária para ex-pandir a parte expansível 3. Conforme ilustrado, o membro de mola 43 é, em um estado comprimido, indicado pela seção transversal com formato oval do elemento de mola 43. Uma vez que o elemento de mola 43 é comprimido, ele irá descomprimir até seu formato circular original se o diâmetro da parte expansível 3 for diminuído, por exemplo, durante a retração da parte expansível 3. Também, uma pressão do furo de sondagem aumentada diminui o diâmetro da parte expansível 3 ao aplicar uma força externa na parte expansível. Este tipo de diminuição de diâmetro da parte expansível 3 também pode ser absorvida pela descompressão do elemento de mola 43.

[0068] As Figuras 3a-3c mostram três situações consecutivas du rante a expansão de uma barreira anular do fundo de poço 1 de acordo com a invenção. A Figura 3a mostra a barreira anular do fundo de poço 1 apenas depois de a expansão ter sido começada onde o fluido entrou no espaço 6 e o elemento de mola 43 está em um estado não comprimido. Conforme mostrado na Figura 3b, o elemento de mola 43 começa a comprimir quando a luva de vedação anular engata a superfície interna 21 da estrutura externa 2 durante a expansão. Conforme mostrado na Figura 3c, a parte expansível 3 retrai parcialmente quando a expansão tiver terminado, desse modo, aumentando uma distân- cia entre a superfície interna 21 da estrutura externa 2 e a parte ex-pansível.Uma vez que o elemento de mola 43 estava em um estado comprimido, o elemento de mola 43 irá reverter ou irá para seu estado não comprimido original com uma seção transversal circular, conforme mostrado na Figura 3a.

[0069] As Figuras 4a-4d mostram quatro situações consecutivas durante a expansão de uma outra barreira anular do fundo de poço 1 em que a barreira anular do fundo de poço compreende diversos elementos de mola 43. A Figura 4a mostra a barreira anular do fundo de poço 1 logo após a expansão ter sido começada. O elemento de mola 43 mostrado nas Figuras 1 a 3 é circulado por um elemento expansível 44, como um elemento feito de um material dilatável. Esta é uma solução para o mesmo problema, isto é, superar os problemas do efeito de retração em uma barreira anular ao fornecer um elemento de vedação anular capaz de aumentar sua dimensão depois de o diâmetro da parte expansível 3 diminuir devido aos efeitos de retração no material da parte expansível. Os elementos de mola 43 mostrados na Figura 4a estão em um estado não expandido. Conforme mostrado na Figura 4b, o elemento de vedação anular 4 engata a superfície interna 21 da estrutura externa 2 em direção à extremidade de expansão, desse modo, criando uma vedação apertada entre a superfície interna 21 e a luva de vedação anular 41. Quando a expansão é terminada, a parte expansível3 retrai parcialmente devido ao efeito de retração, resultando em uma perda completa ou parcial do efeito de vedação, conforme mostrado na Figura 4c. No entanto, conforme mostrado na Figura 4c, permite-se que o fluido do furo de sondagem 20 entre na cavidade do elemento de vedação anular através de uma entrada ou perfuração 45, desse modo, entrando em contato com o elemento expansível 44, que pode ser feito de um material dilatável, fazendo com que ele comece aumentando seu volume quando entra em contato com o fluido do furo de sondagem 20, conforme mostrado na Figura 4d. Quando o elemen-toexpansível 44 começa a se expandir à medida que ele é misturado com o fluido do furo de sondagem, a vedação entre a superfície interna 21 da estrutura externa 2 e o elemento de vedação anular 4 são restaurados e a barreira anular é, agora, mais apertada. O elemento expansível 44 pode, alternativamente, ser composições químicas sensíveis à pressão, eletricamente sensíveis, magneticamente sensíveis ou sensíveis à radiação, que podem ser iniciadas ao aplicar uma pressão, como a pressão de expansão, uma corrente elétrica, um campo magnético ou radiação, respectivamente.

[0070] A Figura 5 mostra uma outra barreira anular do fundo de poço 1 que compreende dois elementos de vedação anulares 4 separados, cada um compreendendo três elementos de mola de laço fechado ou helicoidais 43 na cavidade do elemento de vedação anular 42. A parte expansível 3 foi conectada com a parte tubular 5 por uma primeira parte de conexão 32 e uma segunda parte de conexão 33. Uma ou mais das partes de conexão 32, 33 pode ser deslizavelmente conectada com a parte tubular 5 para diminuir a pressão necessária para expandir a parte expansível 3. Conforme visto na Figura 6, a luva de vedação anular 4 pode ser conectada com a parte expansível pelas partes de conexão 46 também. As partes de conexão 46 podem servir para uma finalidade adicional além de conectar a luva de vedação anular 41 à parte expansível, ou seja, restringir a expansão da parte expansível 3 em determinadas regiões, resultando em uma estrutura corrugada da parte expansível expandida 3, conforme mostrado na Figura 6. Esta estrutura corrugada aumenta a resistência da barreira anular do fundo de poço 1, desse modo, aumentando a pressão de colapso, isto é, a pressão no furo de sondagem, que pode fazer com que a barreira anular do fundo de poço 1 se quebre. Além disso, as partes de conexão 46 protegem a luva de vedação anular 41 quando a barreira anular é inserida no poço como parte da estrutura tubular do poço. Ademais, a barreira anular do fundo de poço 1 pode compreender um sensor 47 para determinar o grau de expansão da barreira anular do fundo de poço 1, por exemplo, ao medir a pressão na superfície interna da estrutura externa ou ao medir o diâmetro da luva de vedação anular 41 ou o diâmetro da parte expansível 3. A barreira anular também pode compreender uma válvula 49, como uma válvula de única via, para permitir que o fluido do furo de sondagem entre na barreira anular do fundo de poço 1 se a pressão do fluido do furo de sondagem se tornar maior do que a pressão dentro da barreira anular, desse modo, impedindo um colapso da barreira anular do fundo de poço 1.

[0071] Também, a luva de vedação anular 41 pode ser perfurada na forma de entradas 45, e conforme mostrado na Figura 6, a parte expansível 3 pode ser deslizavelmente conectada com a parte tubular 5 e apertada por vedações 48.

[0072] A Figura 7 mostra uma vista em seção transversal da bar reira anular do fundo de poço conforme mostrado nas Figuras 1, 2, 3, 5 e 6, que compreende um elemento de mola 43. Conforme ilustrado, o enroscamento do elemento de mola 43 é preferivelmente transversal à extensão axial da barreira anular do fundo de poço 1 para que o elemento de mola 43 escore a luva de vedação anular 41 por todo lado ao redor da circunferência da luva de vedação anular 41. Deste modo, é capaz de criar uma vedação justa em direção à superfície interna 21 da estrutura externa 2 que é normal e substancialmente circular nos ambientes de fundo de poço. Os elementos de mola 43 podem ser unidos extremidade com extremidade, formando anéis de molas espi- raladas conforme mostrado na Figura 7. A barreira anular da Figura 7 é mostrada em sua posição expandida.

[0073] Conforme mostrado na Figura 8, a barreira anular pode compreender uma pluralidade de partes expansíveis 3, na forma de tubos expansíveis alongados, que se estendem fora da parte tubular 5. As partes expansíveis 3 podem ser dispostas ao redor da periferia da parte tubular 5. Um eixo geométrico central A1 de cada uma das partes expansíveis 3, então, se estende fora da parte tubular 5 na direção longitudinal da barreira anular do fundo de poço 1. Isso é em oposição ao projeto das barreiras anulares da técnica anterior, conforme descrito na técnica antecedente, onde a parte tubular que se estende em uma direção longitudinal, como um invólucro, é circundada por uma luva expansível que circula a parte tubular. Os tubos expansíveis são presos à parte tubular 5. A barreira anular do fundo de poço 1 compreende um elemento de incrustação 31 fornecido em uma superfície externa 34 da pluralidade de partes expansíveis 3. O elemento de incrustação31, então, forma uma luva expansível. Por meio do presente, o elemento de incrustação 31 ou a luva expansível é adaptado para for-necer uma barreira de vedação entre a parte tubular e o elemento de vedação anular 4. O elemento de incrustação e/ou a luva expansível pode ser feito de metal, polímero, elastômero, borracha, um material dilatável, etc. Um material dilatável pode aumentar ainda mais o efeito de vedação do elemento de vedação ou da luva expansível conforme o material pode ser projetado para dilatar-se quando ele entra em contato com os tipos específicos de fluido, como água presente no furo de sondagem, um líquido ou gás injetado, etc.

[0074] A parte expansível 3 e a luva de vedação anular 41 são, nas modalidades preferidas, feitas de um material metálico para ser capaz de suportar altas temperaturas. Também, o elemento de mola 43 é preferivelmente feito de materiais metálicos nas modalidades preferidas onde a resistência ao calor é importante. Deste modo, todas as partes e vedações são feitas de metal capaz de suportar o ambiente rigoroso no fundo de poço com alta temperatura, alta pressão e um fluido de poço que contém ácido.

[0075] Se as temperaturas de funcionamento inferiores estiverem presentes no poço, a luva de vedação anular pode ser feita de um material elastomérico.

[0076] A luva de vedação anular 4 pode ser preferivelmente feita de um material que tem um módulo E menor do que a parte expansível para facilitar a expansão da barreira anular do fundo de poço 1.

[0077] O elemento de mola 43 é preferivelmente uma mola em es piral ou mola helicoidal 43, mas não é restrito para ser molas em espiral, e no caso de diversos enrolamentos em uma cavidade do elemento de vedação anular 42, os enrolamentos podem ser molas de laço fechado paralelas ou uma mola em espiral longa enrolada ao redor da parte tubular 5.

[0078] Para aumentar a possível razão de expansão da barreira anular do fundo de poço 1 entre o estado não expandido e o expandido, a parte expansível 3 pode ter um eixo geométrico central A1 que se estende fora da parte tubular 5 na direção longitudinal, conforme mostrado na Figura 8. O eixo geométrico central da parte ou do tubo expansível também pode, em algumas modalidades, enrolar ao redor da parte tubular na direção longitudinal. Estes tipos de partes expansíveis 3 podem ter o formato substancialmente oval na seção transversal em uma posição relaxada e substancialmente circular quando expandidas. Ademais, a barreira anular do fundo de poço 1 pode compreender uma pluralidade de tais partes expansíveis 3 que se estendem no lado de fora da parte tubular na direção longitudinal.

[0079] Tanto os elementos expansíveis 44 quanto os elementos de mola 43 podem ser dispostos na mesma cavidade do elemento de vedação anular para melhorar o efeito de vedação da barreira anular do fundo de poço 1, conforme mostrado nas Figuras 4a-d.

[0080] A invenção também se refere a um método de fornecer uma vedação que compreende as etapas de inserir uma barreira anular em um furo de sondagem e de expandir a parte expansível ao injetar fluido pressurizado em uma abertura. O elemento de mola 43 é, então, comprimido quando a superfície externa 11 da barreira anular engata-se com a superfície interna 21 da estrutura externa 2 ao injetar, adicionalmente, fluido pressurizado na abertura 51. Depois de terminar a injeção de fluido pressurizado na parte expansível, a parte expansível 3 é minimizada devido à retração do material da parte expansível. A minimização da parte expansível resulta em uma descompressão do membro de mola 43 para que a pressão exercida pelo elemento de vedação anular 4 na superfície interna 21 da estrutura externa 2 seja mantida e um efeito de vedação da barreira anular também seja mantido.

[0081] Um efeito de vedação adicional da barreira anular do fundo de poço 1 também é obtido ao permitir que o fluido do furo de sondagem entre na cavidade do elemento de vedação anular 42 no orifício de entrada 45. Ao permitir que o fluido do furo de sondagem entre na luva de vedação anular cavidade 42, uma pressão altíssima no fluido do furo de sondagem não é destrutiva para o efeito de vedação, uma vez que a pressão dentro da luva de vedação anular 41 na luva de vedação anular cavidade 42 é equalizada com a pressão do furo de sondagem. Portanto, o efeito de vedação ainda é garantido durante as altaspressões no furo de sondagem pelo efeito de vedação do elemento de mola 43.

[0082] A invenção também se refere a um outro método de forne cer uma vedação que compreende as etapas de inserir uma barreira anular em um furo de sondagem e de expandir a parte expansível ao injetar fluido pressurizado em uma abertura. Quando a parte expansível for totalmente expandida, a injeção de fluido pressurizado no espaço 6 tiver terminado e a parte expansível 3 é minimizada de maneira correspondente devido à retração do material que constitui a parte ex-pansível3. Devido à retração da parte expansível 3, a vedação fornecida pela barreira anular do fundo de poço 1 pode ter se tornado pior. No entanto, quando a parte expansível 3 tiver expandido, o elemento expansível 44 disposto no elemento de vedação anular 4 também é expandido para que a pressão exercida pelo elemento de vedação anular 4 na superfície interna 21 da estrutura externa 2 seja mantida. Um efeito de vedação da barreira anular também é obtido ao permitir que o fluido do furo de sondagem entre na cavidade do elemento de vedação anular 42 no orifício de entrada 45 e entre em contato com o elemento expansível 44 disposto na cavidade do elemento de vedação anular 42. Deste modo, a luva de vedação anular 41 é energizada, de maneira direcional, por dentro, assim, fechando a lacuna entre a superfície do furo de sondagem 21 e o lado de fora da luva de vedação 41 e alcançando um efeito de vedação mais forte. Alternativamente, um fluido pode ser injetado, de maneira proposital, na parte expansível para começar a dilatar.

[0083] Ademais, a parte expansível 3 preferivelmente tem uma es pessura de parede que é mais fina do que um comprimento da parte expansível, sendo que a espessura é preferivelmente menos do que 25% do comprimento, mais preferivelmente menos do que 15% do comprimento e ainda mais preferivelmente menos do que 10% do comprimento.

[0084] Uma barreira anular do fundo de poço 1 também pode ser chamada de um obturador ou meio expansível semelhante. A estrutura tubular do poço pode ser a tubulação de produção ou invólucro ou um tipo semelhante de tubulação no fundo de poço em um poço ou em um furo de sondagem. A barreira anular do fundo de poço 1 pode ser usada tanto entre a tubulação de produção interna e uma tubulação externa no furo de sondagem ou entre uma tubulação e a parede interna do furo de sondagem. Um poço pode ter diversos tipos de tubulações e a barreira anular do fundo de poço 1 da presente invenção pode ser encaixada para usar em todas elas.

[0085] A válvula 49 pode ser qualquer tipo de válvula capaz de controlar o fluido, como uma válvula esférica, válvula borboleta, válvula de estrangulamento, válvula de retenção ou válvula sem retorno, válvula do diafragma, válvula de expansão, válvula de gaveta, válvula de globo, válvula de guilhotina, válvula de agulha, válvula de pistão, válvula de manga flexível ou válvula bujão.

[0086] A parte expansível 3 pode ser uma luva metálica tubular obtida a partir de uma estrutura tubular estirada a frio ou estirada a quente.

[0087] O fluido usado para expandir a parte expansível pode ser qualquer tipo de fluido do furo de sondagem ou fluido de poço presente no furo de sondagem que circunda a ferramenta e/ou a estrutura tubular do poço. Também, o fluido pode ser cimento, gás, água, polímeros ou um composto de dois componentes, como pó ou partículas que se misturam ou que reagem com um agente aglutinante ou endurecedor ou um fluido termo endurecedor, como resina, comumente usado na técnica. Parte do fluido, como o agente endurecedor, pode estar presente na cavidade entre a parte tubular e a luva expansível antes de injetar um fluido subsequente na cavidade.

[0088] Por fluido, fluido do furo de sondagem ou fluido do poço en tende-se que seja qualquer tipo de fluido que pode estar presente no fundo de poço dos poços de petróleo e gás, como gás natural, petróleo, lama de petróleo, petróleo bruto, água, etc. Por gás entende-se que seja qualquer tipo de composição de gás presente em um poço, completação ou orifício aberto e por petróleo entende-se que seja qualquer tipo de composição de petróleo, como petróleo bruto, um fluido que contém petróleo, etc. Gás, petróleo e fluidos de água podem, então, todos compreender outros elementos ou substancias além de gás, petróleo e/ou água, respectivamente.

[0089] Por uma estrutura tubular de poço 23 entende-se que seja um invólucro que seja qualquer tipo de cano, tubulação, estrutura tubular, forro, coluna, etc. usado no fundo de poço em relação à produção de petróleo e gás natural.

[0090] Muito embora a invenção tenha sido descrita acima em co nexão com as modalidades preferidas da invenção, será evidente para uma pessoa versada na técnica que diversas modificações são concebíveis sem se separar da invenção, conforme definido pelas reivindicações seguintes.

Claims

1. Barreira anular de fundo de poço (1) com uma extensão axial dotada de uma superfície externa (11) voltada para uma superfície interna (21) de uma estrutura externa (2), que compreende: uma parte tubular (5), uma parte expansível (3) disposta ao redor da parte tubular (5), e pelo menos um elemento de vedação anular (4) conectado com a parte expansível (3) e fora da parte expansível (3) e dotado de um comprimento axial ao longo da extensão axial da barreira anular do fundo de poço (1) que é menos do que 50% de um comprimento da barreira anular do fundo de poço (1) ao longo da extensão axial da barreira anular do fundo de poço (1), caracterizada pelo fato de que o elemento de vedação anular (4) compreende um elemento de mola (43), e o elemento de vedação anular (4) compreende adicionalmente uma luva de vedação anular (41) conectada com a parte expansível (3) e definindo, assim, uma cavidade do elemento de vedação anular (42) entre a parte expansível (3) e a luva de vedação anular (41), e em que o elemento de mola (43) está disposto na cavidade do elemento de vedação anular (42) e o elemento de mola (43) é um dispositivo de mola ou uma mola, tal como uma mola em hélice ou em bobina, de modo que quando ao expandir a barreira anular (1) o elemento de mola (43) é comprimido proporcionando uma força de mola inerente no elemento de mola (43), permitindo ao elemento de mola (43) expandir-se quando a parte ex-pansível(3) expandida se estabeleça após a expansão.

2. Barreira anular de fundo de poço (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a luva de vedação anular (41) é feita de um material metálico ou metal.

3. Barreira anular de fundo de poço (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que um elemento expansível(44) é disposto na cavidade do elemento de vedação anular (42).

4. Barreira anular de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a parte expansível (3) é uma luva expansível que circunda a parte tubular (5).

5. Barreira anular de fundo de poço (1), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a luva expansível (3) é uma luva de metal.

6. Barreira anular de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o elemento de mola (43) é feito de um material metálico ou metal.

7. Barreira anular de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a luva de vedação anular (41, 43B) tem pelo menos uma entrada (45) ou é perfurada.

8. Barreira anular de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente as partes de conexão (46) para conectar a luva de vedação anular (41) com a parte expansível (3).

9. Barreira anular de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um sensor (47) para determinar uma pressão exercida pelo elemento de vedação anular (4) na superfície interna da estrutura externa.

10. Barreira anular de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma primeira parte de conexão (32) que circunda e é co- nectada com uma primeira extremidade (22) da parte tubular (5), e uma segunda parte de conexão (33) que circunda e é conectada com uma segunda extremidade (24) da parte tubular (5), em que a parte expansível (3) é conectada com a primeira parte de conexão (32) e a segunda parte de conexão (33), a parte expansível(3), a primeira e a segunda partes de conexão (32, 33) e a parte tubular (5) envolvendo um espaço interno (6), e em que a primeira parte de conexão (32) é deslizavelmente conectada com a parte tubular (5).

11. Sistema de fundo de poço caracterizado pelo fato de que compreende uma estrutura tubular de poço (23) e pelo menos uma barreira anular de fundo de poço (1) conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, em que a parte tubular (5) forma parte da estrutura tubular do poço (23).

12. Sistema de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de barreiras anulares do fundo de poço é posicionada a uma distância entre si ao longo da parte tubular (5).

13. Método para fornecer vedação, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: inserir a barreira anular do fundo de poço (1) conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10 em um furo de sondagem, expandir a parte expansível (3) ao injetar fluido pressurizado em uma abertura (51), comprimir o elemento de mola (43) quando a superfície externa (11) da barreira anular do fundo de poço (1) engata a superfície interna (21) da estrutura externa (2) ao injetar adicionalmente fluido pressurizado na abertura (51), minimizar a parte expansível (3) quando a injeção de fluido pressurizado tiver acabado devido à retração da parte expansível (3), e descomprimir o elemento de mola (43) para que a pressão exercida pelo elemento de vedação anular (4) na superfície interna (21) da estrutura externa (2) seja mantida e um efeito de vedação da barreira anular do fundo de poço (1) também é mantido.

14. Método para fornecer vedação, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: inserir a barreira anular do fundo de poço (1), conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10 em um furo de sondagem, expandir a parte expansível (3) injetando fluido pressurizado em uma abertura (51), minimizar a parte expansível (3) terminando a injeção de fluido pressurizado devido à retração da parte expansível (3), e expandir o elemento expansível (44) para que a pressão exercida pelo elemento de vedação anular (4) na superfície interna (21) da estrutura externa (2) seja mantida e um efeito de vedação da barreira anular do fundo de poço (1) é mantido.