BR112015008913B1

BR112015008913B1 - Válvula de inserção semiautônoma

Info

Publication number: BR112015008913B1
Application number: BR112015008913-5A
Authority: BR
Inventors: Bruce Edward Scott; Joseph Steven Grieco; James Dan Vick Jr.
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc.
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2021-07-27
Also published as: GB2521781B; US9909387B2; GB2521781A; WO2014065813A1; BR112015008913A2; US20150275620A1; GB201504511D0; NO347381B1; NO20150440A1

Abstract

válvula de inserção semiautônoma. determinados aspectos e concretizações da presente invenção são dirigidos para uma válvula de inserção semiautônoma. a válvula de inserção semiautônoma inclui um corpo, um mecanismo de fechamento acoplado ao corpo, um mecanismo de acionamento autônomo acoplado ao corpo, e um sistema de controle disposto no corpo. o corpo contata uma parede interna de uma válvula de segurança subterrânea e faz com que um mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea abra, permitindo que o fluido escoe em direção da superfície do furo de poço. o mecanismo de fechamento permite, de forma seletiva, que o fluido escoe em direção da superfície do furo de poço. o mecanismo de acionamento autônomo aciona o mecanismo de fechamento de forma independente a partir de um mecanismo de acionamento de válvula de segurança subterrânea, que aciona o mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea. o subsistema de controle inclui um ou mais dispositivos de transmissão e recepção que pode comunicar sinais de forma sem fio. o subsistema de controle fecha o mecanismo de fechamento em resposta a perda do sinal de comunicação entre os dispositivos de transmissão e recepção e uma fonte de sinal.

Description

Campo técnico da invenção

[0001] A presente invenção refere-se geralmente a dispositivos para controlar o fluxo do fluido em um furo de poço em uma formação subterrânea e, mais particularmente, (embora não necessariamente de forma exclusiva), para uma válvula de inserção semiautônoma para limitar de forma seletiva, o fluxo de fluido de um furo de poço.

Antecedentes

[0002] Um poço de óleo ou gás para a extração de fluidos, tais como hidrocarbonetos de óleo de petróleo a partir de uma formação subterrânea, pode incluir uma ou mais válvulas de segurança subterrâneas para restringir o fluxo de fluido a partir do poço. Uma válvula de segurança subterrânea pode incluir um mecanismo de fechamento acionado de forma seletiva, tal como (mas não limitados a) uma válvula de lingueta. Selecionando uma posição aberta ou fechada do mecanismo de fechamento pode impedir ou, de outra forma, restringir o fluxo de fluidos a partir da formação subterrânea em direção a superfície do poço.

[0003] A válvula de segurança subterrânea pode, ocasionalmente, parar de funcionar. Em um exemplo, a válvula de segurança subterrânea pode experimentar mau funcionamento fazendo com que a válvula de segurança subterrânea entre em uma configuração à prova de falhas. Em uma configuração à prova de falhas, o mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea pode ser ajustado para uma posição fechada, impedindo desse modo o fluxo de fluido a partir do poço. Em outro exemplo, uma válvula de segurança subterrânea pode requerem manutenção periódica. O mecanismo de fechamento pode ser ajustado para uma posição fechada, enquanto as operações de manutenção são executadas.

[0004] Quando uma válvula de segurança subterrânea não está funcionando corretamente ou, de outra forma inoperante, uma válvula de inserção tendo um segundo mecanismo de fechamento pode ser empregada no furo de poço. A válvula de inserção pode ser posicionada dentro do volume interno da válvula de segurança subterrânea. Posicionando a válvula de inserção dentro do volume interno da válvula de segurança subterrânea inoperante, pode se ajustar o mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea para uma posição aberta. O mecanismo de fechamento da válvula de inserção pode ser atuado, de forma seletiva, para permitir, impedir, ou de outro modo, controlar o fluxo de fluido na direção da superfície do poço. A válvula de inserção pode assim permitir a produção continuada do poço quando a válvula de segurança subterrânea está inoperante.

[0005] As soluções anteriores envolvem uma válvula de segurança subterrânea inoperante, e a válvula de inserção utilizando o mesmo mecanismo de acionamento para acionar os seus respectivos mecanismos de fechamento. Por exemplo, o mecanismo de fechamento de uma válvula de inserção pode ser acionado pela mesma linha de controle que é utilizada para acionar o mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea. Em caso de mau funcionamento da linha de controle, nem o mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea nem o mecanismo de fechamento da válvula de inserção podem ser acionados, impedindo deste modo a produção contínua de fluido a partir furo de poço.

[0006] Soluções anteriores podem também envolver a utilização de válvulas de inserção energizadas por bateria. Tais soluções requerem a pressurização da válvula de inserção acima, a fim de abrir a válvula de inserção. Tais soluções também utilizam um mecanismo de fechamento de deslocamento vertical (“poppet”) que pode causar uma grande restrição no percurso de fluxo, o que pode não ser adequado para algumas aplicações da válvula de segurança envolvendo a produção de longo prazo a partir de um poço.

[0007] É desejável que uma válvula de inserção inclua um mecanismo de acionamento para acionar um mecanismo de fechamento da válvula de inserção que pode operar, de forma independente, a partir de um mecanismo de acionamento para acionar um mecanismo de fechamento de uma válvula de segurança subterrânea.

Sumário

[0008] Certos aspectos e características da presente invenção são direcionados a uma válvula de inserção semiautônoma que pode ser disposta em um furo de poço através de uma formação de produção de fluido.

[0009] Em um aspecto, a válvula de inserção semiautônoma pode incluir um corpo, um mecanismo de fechamento acoplado ao corpo, um mecanismo de acionamento autônomo acoplado ao corpo, e um subsistema de controle disposto no corpo. O corpo pode contatar uma parede interna de uma válvula de segurança subterrânea que é configurada para fechar um mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea em resposta a um mau funcionamento. O corpo pode fazer com que o mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea abrir e permitir que o fluido escoe em direção da superfície do furo de poço. O mecanismo de fechamento pode permitir, de forma seletiva, que o fluido escoe em direção da superfície do furo de poço. O mecanismo de acionamento autônomo pode acionar o mecanismo de fechamento de forma independente a partir de um mecanismo de acionamento da válvula de segurança subterrânea que aciona o mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea. O subsistema de controle inclui um ou mais dispositivos de transmissão e recepção que podem comunicar os sinais, de modo sem fio. O subsistema de controle pode fazer com que o mecanismo de acionamento autônomo feche o mecanismo de fechamento em resposta a uma perda de sinal de comunicação entre os um ou mais dispositivos de transmissão e recepção e uma fonte de sinal.

[0010] Em outro aspecto, uma válvula de inserção semiautônoma pode incluir um corpo, um mecanismo de fechamento acoplado ao corpo, um mecanismo de acionamento autônomo acoplado ao corpo, um subsistema de energia por bateria, e um subsistema de controle disposto no corpo. O corpo pode contatar uma parede interna de uma válvula de segurança subterrânea. O corpo pode fazer com que um mecanismo de fechamento de válvula de segurança subterrânea abrir e permitir que o fluido escoe em direção da superfície do furo de poço. O mecanismo de fechamento pode permitir, de forma seletiva, que o fluido escoe em direção da superfície do furo de poço. O mecanismo de acionamento autônomo pode acionar o mecanismo de fechamento de forma independente a partir de um mecanismo de acionamento de válvula de segurança subterrânea que está configurado para acionar o mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea. O subsistema de energia por bateria pode fornecer energia para o mecanismo de acionamento autônomo. O subsistema de controle inclui um ou mais dispositivos de transmissão e recepção que pode comunicar sinais, de modo sem fio. O subsistema de controle pode fazer com que o mecanismo de acionamento autônomo feche o mecanismo de fechamento em resposta a uma perda de sinal de comunicação entre um ou mais dispositivos de transmissão e recepção e uma fonte de sinal.

[0011] Em outro aspecto, é provido um conjunto que pode ser disposto em um furo de poço através da formação de produção de fluido. O conjunto pode incluir uma válvula de segurança elétrica subterrânea e uma válvula de inserção semiautônoma. A válvula de segurança elétrica subterrânea pode ser acoplada a um cabo, e configurada para receber energia elétrica através de um cabo. A válvula de segurança elétrica subterrânea pode fechar um mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea em resposta a um mau funcionamento. A válvula de inserção semiautônoma pode incluir um corpo, um mecanismo de fechamento acoplado ao corpo, um mecanismo de acionamento autônomo acoplado ao corpo, pelo menos um terminal, e um subsistema de controle disposto no corpo. O corpo da válvula de inserção semiautônoma pode contatar uma parede interna da válvula de segurança elétrica subterrânea. O corpo pode fazer com que um mecanismo de fechamento de válvula de segurança subterrânea abrir e permitir que o fluido escoe em direção da superfície do furo de poço. O mecanismo de fechamento pode permitir, de forma seletiva, que o fluido escoe em direção da superfície do furo de poço. O mecanismo de acionamento autônomo pode acionar o mecanismo de fechamento de forma independente a partir de um mecanismo de acionamento de válvula de segurança subterrânea que é configurado para acionar o mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea. O terminal pode ser acoplado eletricamente à válvula de segurança elétrica subterrânea. O mecanismo de acionamento autônomo pode receber energia através do terminal. O subsistema de controle inclui um ou mais dispositivos de transmissão e recepção que pode comunicar sinais, de forma sem fio. O subsistema de controle pode fazer com que o mecanismo de acionamento autônomo feche o mecanismo de fechamento em resposta a uma perda de sinal de comunicação entre um ou mais dispositivos de transmissão e recepção e uma fonte de sinal.

[0012] Estes aspectos e características ilustrativos são mencionados não para limitar ou definir a invenção, mas para prover exemplos para auxiliar a compreensão dos conceitos inventivos descritos nesta divulgação. Outros aspectos, vantagens e características da presente invenção tornarão evidentes após a revisão de toda a divulgação.

Breve descrição dos desenhos

[0013] A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de poço tendo uma válvula de segurança subterrânea que pode ser utilizada com uma válvula de inserção semiautônoma de acordo com um aspecto da presente invenção;

[0014] A Figura 2 é uma vista lateral em corte transversal de uma válvula de segurança subterrânea onde uma válvula de inserção semiautônoma pode ser posicionada de acordo com um aspecto da presente invenção;

[0015] A Figura 3 é uma vista lateral em corte transversal de uma válvula de inserção semiautônoma movida por um subsistema de energia por bateria de acordo com um aspecto da presente invenção;

[0016] A Figura 4 é uma vista lateral em corte transversal da válvula de inserção semiautônoma movida por um subsistema de energia por bateria posicionado no interior da válvula de segurança subterrânea de acordo com um aspecto da presente invenção;

[0017] A Figura 5 é uma vista lateral em corte transversal de uma válvula de segurança elétrica subterrânea na qual uma válvula de inserção semiautônoma pode ser posicionada de acordo com um aspecto da presente invenção;

[0018] A Figura 6 é uma vista lateral em corte transversal de uma válvula de inserção semiautônoma movida por uma conexão elétrica com uma ferramenta de fundo de poço de acordo com um aspecto da presente invenção;

[0019] A Figura 7 é uma vista lateral em corte transversal da válvula de inserção semiautônoma movida por uma conexão elétrica com uma ferramenta de fundo de poço posicionada no interior da válvula de segurança subterrânea acordo com um aspecto da presente invenção;

[0020] A Figura 8 é um diagrama de um exemplo de mecanismo de acionamento autônomo de uma válvula de inserção semiautônoma de acordo com um aspecto da presente invenção; e

[0021] A Figura 9 é um diagrama de um exemplo de mecanismo de acionamento autônomo de uma válvula de inserção semiautônoma de acordo com um aspecto da presente invenção. Descrição detalhada

[0022] Certos aspectos e exemplos da presente invenção são direcionados a uma válvula de inserção semiautônoma que pode ser disposta em um furo de poço através de uma formação de produção de fluido. A válvula de inserção semiautônoma pode ser posicionada dentro do volume interno da válvula de segurança subterrânea, de modo que um mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea (por exemplo, uma válvula de lingueta) é ajustado como uma posição aberta. Por exemplo, uma válvula de segurança subterrânea acoplada a uma linha de controle não funcionando pode ser configurada para fechar em resposta ao mau funcionamento, cessando assim a produção do fluido a partir da formação. A válvula de inserção pode ser utilizada para abrir a válvula de segurança subterrânea com defeito e permitir, de forma seletiva, a produção continuada de fluido a partir da formação. A válvula de inserção semiautônoma pode incluir um mecanismo de fechamento que pode ser acionado de forma independente sem utilizar a linha de controle não funcionando. A válvula de inserção semiautônoma pode permitir a produção continuada em um sistema de poço sem depender de uma linha de controle ou outro mecanismo de acionamento da válvula de segurança abaixo da não funcionando.

[0023] A válvula de inserção semiautônoma pode incluir um corpo, um mecanismo de fechamento acoplado ao corpo, um mecanismo de acionamento autônomo acoplado ao corpo, e um subsistema de controle disposto no corpo. O corpo pode ser posicionado dentro do volume interno de uma válvula de segurança subterrânea. O posicionamento do corpo dentro do volume interno da válvula de segurança subterrânea, faz com que um mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea esteja em uma posição aberta, permitindo deste modo o fluxo de fluido na direção da superfície do furo de poço. O mecanismo de fechamento da válvula de inserção semiautônoma pode permitir, de forma seletiva, o fluxo de fluido na direção da superfície do furo de poço. O mecanismo de acionamento autônomo pode acionar o mecanismo de fechamento da válvula de inserção semiautônoma, independentemente, a partir de um mecanismo de acionamento para o acionamento de um mecanismo de fechamento da válvula de segurança subterrânea. Um exemplo não limitativo de um mecanismo de acionamento da válvula de segurança subterrânea é uma linha de controle acoplada à válvula de segurança subterrânea. O subsistema de controle inclui um ou mais dispositivos de transmissão e recepção que podem comunicar sinais, de modo sem fio. O subsistema de controle pode fazer com que o mecanismo de acionamento autônomo feche o mecanismo de fechamento em resposta a uma perda de sinal de comunicação entre um ou mais dispositivos de transmissão e recepção e uma fonte de sinal. Por exemplo, o subsistema de controle pode detectar a perda de comunicação com uma unidade de controle na superfície ou em outra ferramenta de fundo de poço. O subsistema de controle pode configurar o mecanismo de acionamento para ajustar o mecanismo de fechamento para uma posição fechada.

[0024] A válvula de inserção semiautônoma também pode incluir um mecanismo de alimentação de energia para prover energia para o mecanismo de acionamento autônomo. O mecanismo de alimentação de energia pode incluir qualquer dispositivo, ferramenta, ou grupo de dispositivos ou ferramentas para gerar energia elétrica a ser provida para o mecanismo de acionamento autônomo e/ou o acoplamento do mecanismo de acionamento autônomo a uma fonte de energia elétrica.

[0025] Em alguns aspectos, o mecanismo de alimentação pode ser um subsistema de energia por bateria acoplado ao corpo da válvula de inserção semiautônoma. O subsistema de energia por bateria pode ser acoplado, seletivamente, ao corpo, de tal forma que o subsistema de energia por bateria é recuperável, de forma separada, da válvula de inserção semiautônoma. A recuperação, de forma separada, do subsistema de energia por bateria da válvula de inserção semiautônoma, pode permitir que o subsistema de energia por bateria seja substituído, enquanto o mecanismo de fechamento da válvula de inserção semiautônoma impede o fluxo de fluido, estendendo assim o tempo de vida operacional da válvula de inserção semiautônoma.

[0026] Em outros aspectos, o mecanismo de alimentação de energia pode incluir pelo menos um terminal que pode ser eletricamente acoplado a uma ferramenta adicional no furo de poço. O mecanismo de acionamento autônomo pode receber energia elétrica através de uma conexão formada por pelo menos um terminal. Em alguns aspectos, a ferramenta adicional pode ser a válvula de segurança subterrânea, tal como uma válvula de segurança elétrica subterrânea. O terminal da válvula de inserção semiautônoma pode ser eletricamente acoplado a um terminal da válvula de segurança elétrica subterrânea. A válvula de inserção semiautônoma pode receber energia da válvula de segurança elétrica subterrânea através da conexão elétrica. Em outros aspectos, a ferramenta adicional no furo de poço pode ser uma ferramenta separada da válvula de segurança subterrânea, tal como (mas não limitados a) uma estação de ancoragem (“docking station”). O terminal da válvula de inserção semiautônoma pode ser eletricamente acoplado a um terminal da estação de ancoragem para receber energia para o mecanismo de acionamento autônomo.

[0027] Em alguns aspectos, o mecanismo de acionamento autônomo inclui um êmbolo e uma bomba. O êmbolo pode aplicar uma força para fazer com que o mecanismo de fechamento da válvula de inserção semiautônoma esteja em uma posição aberta, permitindo assim o fluxo de fluido na direção da superfície do furo de poço. O êmbolo pode ser acionado pela bomba. A bomba pode acionar o êmbolo por meio da comunicação de pressão a partir de uma fonte de pressão para o êmbolo. A bomba pode ser uma bomba eletromecânica configurada para receber energia a partir do mecanismo de fornecimento de energia. O mecanismo de acionamento autônomo também pode incluir um mecanismo de liberação, tal como uma válvula de descarga, que é configurada para liberar a pressão aplicada ao êmbolo, fazendo assim com que o mecanismo de fechamento da válvula de inserção semiautônoma esteja em uma posição fechada. O mecanismo de liberação pode receber energia do mecanismo de alimentação de energia.

[0028] Em aspectos adicionais ou alternativos, o subsistema de controle pode incluir um módulo de processamento. O módulo de processamento pode controlar o mecanismo de acionamento autônomo em resposta aos sinais a partir do sistema de controle. Em alguns aspectos, o subsistema de controle pode se comunicar diretamente, de forma sem fio, com o sistema de controle na superfície. Em outros aspectos, o subsistema de controle pode se comunicar diretamente, de forma sem fio, com uma ferramenta adicional no furo de poço que está em comunicação com o sistema de controle na superfície, tal como (mas não limitado a) um sistema de ancoragem se comunicando com o sistema de controle por meio de um cabo. A ferramenta adicional pode restabelecer sinais entre o sistema de controle e o subsistema de controle da válvula de inserção semiautônoma.

[0029] Em alguns aspectos, a fonte de pressão para o mecanismo de acionamento autônomo pode ser um reservatório de fluido acoplado ao corpo da válvula de inserção semiautônoma. O reservatório de fluido pode ser, de forma seletiva, acoplado ao corpo de modo que o reservatório de fluido seja separadamente recuperável da válvula de inserção semiautônoma.

[0030] Em outros aspectos, a fonte de pressão para o mecanismo de acionamento autônomo pode ser um reservatório de fluido dielétrico da válvula de segurança subterrânea. Por exemplo, uma válvula de segurança elétrica subterrânea pode incluir um reservatório de fluido dielétrico para proteger os componentes da válvula de segurança elétrica subterrânea de contaminação de água ou outros fluidos no fundo do poço. O reservatório de fluido dielétrico pode incluir ou ser envolvido por uma barreira, tal como uma vedação ou barreira deslizável. A válvula de inserção semiautônoma pode incluir um mecanismo de acionamento adicional configurado para romper uma vedação ou mover uma barreira deslizante, permitindo assim que a válvula de inserção semiautônoma acessar o reservatório de fluido dielétrico da válvula de segurança elétrica subterrânea.

[0031] Estes exemplos ilustrativos são dados para apresentar ao leitor a matéria geral do assunto aqui discutido e não se destinando a limitar o escopo dos conceitos apresentados. As seções seguintes descrevem os vários aspectos adicionais e exemplos com referência aos desenhos, nos quais, números iguais indicam elementos iguais, e descrições direcionais são utilizadas para descrever os aspectos ilustrativos. As seções a seguir utilizam descrições direcionais tais como “acima”, “abaixo”, “superior”, “inferior”, “para cima”, “para baixo”, “esquerda”, “direita”, “acima do poço”, “fundo do poço”, etc. em relação aos aspectos ilustrativos conforme eles estão descritos nas figuras, sendo o sentido para cima na direção do topo da figura correspondente, e a direção para baixo sendo em direção a base da figura correspondente, sendo a direção acima do poço em direção à superfície do poço, e a direção de fundo de poço sendo em direção ao fundo do poço. Como os exemplos ilustrativos, os números e as descrições direcionais incluídos nas seções seguintes não devem ser utilizados para limitar a presente invenção.

[0032] A Figura 1 ilustra esquematicamente um sistema de poço 100 com uma válvula de segurança subterrânea que pode ser utilizado com uma válvula de inserção semiautônoma. O sistema de poço 100 inclui um furo de poço 102 estendendo através de várias camadas de terra. O furo de poço 102 tem uma seção substancialmente vertical 104. A seção substancialmente vertical 104 pode incluir uma coluna de revestimento 108 cimentada em uma porção superior da seção substancialmente vertical 104. A seção substancialmente vertical 104 estende-se através de uma formação subterrânea tendo hidrocarboneto 110.

[0033] A coluna de tubulação 112 se estende a partir da superfície para dentro do furo de poço 102. A coluna de tubulação 112 pode definir uma passagem provendo um conduto para a produção de fluidos da formação para a superfície.

[0034] A válvula de segurança subterrânea 114 é posicionada dentro de uma passagem definida pela coluna de tubulação 112. A válvula de segurança subterrânea 114 é descrita como o bloco funcional na Figura 1. A pressão da formação subterrânea 110 pode fazer com que os fluidos escoem a partir da formação subterrânea 110 para a superfície. A válvula de segurança subterrânea 114 pode incluir equipamentos capazes de restringir ou impedir a produção de fluidos da formação.

[0035] Embora a Figura 1 mostre a válvula de segurança subterrânea posicionada na seção substancialmente vertical 104, uma válvula de segurança subterrânea pode estar localizada, adicionalmente, ou de forma alternativa, em uma seção desviada, tal como uma seção substancialmente horizontal. Em alguns aspectos, as válvulas de segurança subterrâneas 114 podem ser dispostas nos furos de poços tendo tanto uma seção substancialmente vertical, e uma seção substancialmente horizontal. As válvulas de segurança subterrâneas 114 podem ser dispostas em ambientes de furo aberto, tal como está representado na Figura 1, ou em poços revestidos.

[0036] As Figuras 2-3 ilustram, respectivamente, uma vista lateral em corte transversal de uma válvula de segurança subterrânea 114 e uma válvula de inserção semiautônoma 202, tendo um mecanismo de acionamento autônomo 204 movido por um subsistema de energia por bateria 206.

[0037] A válvula de segurança subterrânea 114 pode incluir um perfil de atracagem 222 e um mecanismo de fechamento 224.

[0038] O perfil de atracagem 222 pode incluir uma superfície configurada para intertravar com outra ferramenta de fundo de poço (por exemplo, a válvula de inserção semiautônoma 202) de tal modo que a ferramenta de fundo de poço é orientada (ou “ancorada”) no volume interno da válvula de segurança subterrânea 114. O perfil de atracagem 222 pode ser acoplado a ou integral com o corpo da válvula de segurança subterrânea 114. Embora a Figura 2 represente uma válvula de segurança subterrânea 114 utilizando um perfil de atracagem 222 para orientar uma ferramenta, qualquer mecanismo adequado pode ser utilizado para orientar uma ferramenta dentro do volume interno da válvula de segurança subterrânea 114. Os exemplos não limitativos de outros mecanismos de orientação incluem um perfil de conexão (“nipple”) ou um mecanismo de chave.

[0039] O mecanismo de fechamento 224 pode ser qualquer mecanismo apropriado para prevenir ou, de outra forma, limitar o fluxo de fluido em direção à superfície do furo de poço 102. Um exemplo de um mecanismo de fechamento 224 é uma válvula de lingueta, conforme representado na Figura 2. Uma válvula de lingueta pode incluir uma placa acionada por mola permitindo que os fluidos sejam bombeados em direção ao fundo do furo a partir da superfície em direção à formação de produção de fluido. A válvula de lingueta pode fechar-se quando o fluxo de fluido é direcionado em direção à superfície. Outros exemplos de mecanismos de fechamento incluem (mas não estão limitados a) uma válvula de esfera ou uma válvula reguladora de pressão. A válvula de esfera pode incluir um disco esférico tendo um orifício através do meio de tal modo que os fluidos possam fluir através da válvula de esfera, quando o orifício está alinhado com ambas extremidades da válvula de esfera. A válvula de esfera pode ser fechada para bloquear o fluxo de fluidos através da orientação do disco esférico, de tal modo que o orifício é perpendicular às extremidades da válvula de esfera. Uma válvula reguladora de pressão pode incluir um orifício e uma porção de obturador cônica, tal como uma forma de disco na extremidade de um eixo. O eixo orienta a porção do obturador deslizando através de um guia de válvula. Um diferencial de pressão pode vedar a válvula reguladora de pressão.

[0040] A válvula de segurança subterrânea 114, pode ser posicionada na coluna de revestimento 108 por meio de qualquer mecanismo adequado. Por exemplo, como representado na Figura 2, a válvula de segurança subterrânea 114 é uma válvula de segurança subterrânea posicionada pela tubulação que é colocada na coluna de revestimento 108 utilizando uma seção da coluna de tubulação 112. Uma válvula de segurança subterrânea posicionada pela tubulação 114 pode ser imóvel, uma vez posicionada. Em outros aspectos, a válvula de segurança subterrânea 114 pode ser posicionada através de uma unidade de wireline acoplada à válvula de segurança subterrânea 114.

[0041] A válvula de inserção semiautônoma 202 pode incluir um mecanismo de acionamento autônomo 204 alimentado pelo subsistema de energia por bateria 206. O mecanismo de acionamento autônomo 204 pode incluir um reservatório de fluido 208 a partir do qual a pressão pode ser comunicada a um êmbolo 210 através de uma câmara 209, conforme descrito em detalhe abaixo com referência à Figura 8. A comunicação da pressão ao êmbolo 210 pode fazer com que o êmbolo 210 aplique força a uma luva 214 da válvula de inserção semiautônoma 202. A aplicação de força a uma luva 214 pode fazer com que a luva 214 aplique força ao mecanismo de fechamento 216 da válvula de inserção semiautônoma 202, colocando assim, o mecanismo de fechamento 216 para uma posição aberta. Deixar de aplicar força à luva 214 pode parar a aplicação da força ao mecanismo de fechamento 216, colocando assim, o mecanismo de fechamento 216 para uma posição fechada.

[0042] A válvula de inserção semiautônoma 202 também pode incluir um subsistema de controle 217. O subsistema de controle 217 pode incluir qualquer dispositivo adequado ou grupo de dispositivos para a comunicação de sinais entre a válvula de segurança subterrânea e outro sistema. Por exemplo, controlar o subsistema 217 pode incluir um ou mais dispositivos de transmissão e recepção. Um dispositivo de transmissão e recepção pode incluir um transmissor e um receptor para a transmissão de sinais, de forma sem fio, e recepção de sinais de forma sem fio.

[0043] O subsistema de controle 217 pode ser configurado para se comunicar por meio de uma conexão sem fio com um sistema de controle ou outra ferramenta de fundo de poço. Em um exemplo, um sistema de controle pode estar localizado em uma sonda na superfície. Um operador pode controlar a operação da válvula de inserção semiautônoma 202, utilizando sinais de controle transmitidos a partir do sistema de controle para a válvula de inserção semiautônoma 202 através do subsistema de controle 217. Em outro exemplo, um sistema de controle localizado pode comunicar sinais de controle para um subsistema de comunicação adicional de uma ferramenta adicional no furo de poço 102, tal como (mas não limitados a) a válvula de segurança subterrânea 114 ou uma estação de ancoragem. O subsistema de comunicação adicional da ferramenta adicional pode comunicar os sinais de controle para a válvula de inserção semiautônoma 202.

[0044] O subsistema de controle 217 pode também incluir um dispositivo de processamento. O dispositivo de processamento pode processar sinais recebidos por um ou mais dispositivos de transmissão e recepção, tais como sinais de comando ou de controle transmitidos por uma sonda na superfície do furo de poço. O dispositivo de processamento pode controlar o funcionamento do mecanismo de acionamento autônomo 204 em resposta aos sinais recebidos por um ou mais dispositivos de transmissão e recepção. O dispositivo de processamento pode incluir qualquer circuito de controle adequado para controlar uma ou mais funções do mecanismo de acionamento autônomo 204. Exemplos do dispositivo de processamento incluem um microprocessador, um controlador de interface periférico (“PIC”), um circuito integrado específico de aplicação (“ASIC”), uma disposição de porta de campo programável (“FPGA”), ou outro dispositivo de processamento adequado. O dispositivo de processamento pode incluir um processador ou qualquer número de processadores.

[0045] O subsistema de controle 217 pode também incluir uma ou mais câmaras integrais nas quais o(s) dispositivo(s) de transmissão e recepção e dispositivo(s) de processamento pode(m) ser disposto(s). A(s) câmara(s) pode(m) armazenar fluido não condutor, tal como um fluido de óleo de silicone ou outro fluido de silicone ou fluido dielétrico. O fluido não condutor pode impedir o(s) dispositivo(s) de transmissão e recepção e dispositivo(s) de processamento de serem contaminados pela água ou outros fluidos de fundo de poço em furo de poço 102.

[0046] O subsistema de controle 217 da válvula de inserção semiautônoma 202 pode prover um recurso à prova de falhas. A característica à prova de falhas pode fazer com que a válvula de inserção semiautônoma 202 feche em resposta a uma perda de comunicação entre o(s) dispositivo(s) de transmissão e recepção e uma fonte de sinal, tal como (mas não limitados a) uma unidade de controle na superfície ou outra ferramenta no fundo do poço.

[0047] Por exemplo, o(s) dispositivo(s) de processamento pode(m) detectar que nenhum sinal está sendo recebidos pelo(s) dispositivo(s) de transmissão e recepção. O(s) dispositivo(s) de processamento pode(m) configurar o subsistema de energia por bateria 206 para parar o fornecimento de energia para o mecanismo de acionamento autônomo 204 e/ou desconectar o mecanismo de acionamento autônomo 204 do subsistema de energia por bateria 206 ou outra fonte de energia em resposta à detecção que nenhum sinal está sendo recebido. Um mecanismo de segurança contra falhas para o mecanismo de acionamento autônomo 204, pode fazer com que a luva 214 se retraia ou de outro modo, faça com que o mecanismo de fechamento 216 fechar em resposta a uma interrupção da energia sendo fornecida para o mecanismo de acionamento autônomo 204. Adicionalmente ou, de forma alternativa, o(s) dispositivo(s) de processamento pode(m) configurar o mecanismo de acionamento autônomo 204 para retrair a luva 214 em resposta à detecção que nenhum sinal está sendo recebido, fechando assim o mecanismo de fechamento 216.

[0048] A válvula de inserção semiautônoma 202 pode também incluir um perfil de atracagem 220 que é integral com ou acoplado a um corpo 218 da válvula de inserção semiautônoma 202. O perfil de atracagem 220 pode ser configurado para intertravar com o perfil de atracagem 222.

[0049] A válvula de inserção semiautônoma 202 pode ser recuperada a partir do furo de poço 102 através de qualquer mecanismo adequado, tal como (mas não limitado a) uma unidade wireline. Em alguns aspectos, um ou mais componentes da válvula de inserção semiautônoma 202 pode ser recuperado separadamente a partir furo de poço 102. Em um exemplo, o subsistema de energia por bateria 206 pode ser acoplado, de forma seletiva, ao corpo 218. O subsistema de energia por bateria 206 pode ser desacoplado do corpo 218 e recuperado a partir do furo de poço 102 separadamente da válvula de inserção semiautônoma 202. Em outro exemplo, o reservatório de fluido 208 pode ser acoplado, de forma seletiva, ao corpo 218. O reservatório de fluido 208 pode ser desacoplado do corpo 218 e recuperado a partir do furo de poço 102 separadamente da válvula de inserção semiautônoma 202. Em outros aspectos, pode ser recuperada uma única unidade da válvula de inserção semiautônoma 202.

[0050] A Figura 4 representa uma vista lateral em corte transversal da válvula de inserção semiautônoma 202 posicionada dentro da válvula de segurança subterrânea 114. A válvula de inserção semiautônoma 202 pode ser posicionada na coluna de tubulação 112 através de qualquer mecanismo adequado, tal como (mas não limitando a) uma unidade wireline. O perfil de atracagem 220 pode intertravar com o perfil de atracagem 222, assim “ancorando” a válvula de inserção semiautônoma 202 dentro do volume interno da válvula de segurança 114. O posicionamento da válvula de inserção semiautônoma subterrânea 202 dentro do volume interno da válvula de segurança subterrânea 114 pode aplicar uma força ao mecanismo de fechamento 224, colocando assim, o mecanismo de fechamento 224 para uma posição aberta. O mecanismo de fechamento 224 estando em uma posição aberta, pode evitar que a válvula de segurança subterrânea 114 restrinja o fluxo de fluido em direção da superfície do furo de poço 102. A válvula de inserção semiautônoma 202 pode ser configurada para controlar o fluxo de fluido na direção da superfície do furo de poço 102.

[0051] Em aspectos adicionais ou alternativos, uma válvula de inserção semiautônoma pode ser configurada para receber energia a partir de uma outra ferramenta no furo de poço 102. Por exemplo, as Figuras 5-6 ilustram, respectivamente, uma vista lateral em corte transversal de uma válvula de segurança elétrica subterrânea 114’ e uma válvula de inserção semiautônoma 202’ tendo um mecanismo de acionamento autônomo 204 alimentado através de uma conexão elétrica com uma ferramenta de fundo de poço. Uma ferramenta de fundo de poço provendo energia para a válvula de inserção semiautônoma 202’ pode ser a válvula de segurança elétrica subterrânea 114’ ou outra ferramenta de fundo de poço.

[0052] A válvula de segurança elétrica subterrânea 114’ pode ser acoplada a uma linha de controle elétrica 304. A linha de controle elétrica 304 pode conectar a válvula de segurança elétrica subterrânea 114’ a uma fonte de energia no furo de poço 102 ou para uma unidade de controle na superfície do furo de poço 102. A válvula de segurança elétrica subterrânea 114’ pode receber energia elétrica, através da linha de controle elétrica 304.

[0053] A válvula de segurança elétrica subterrânea 114’ pode incluir terminais 306a, 306b. A válvula de segurança elétrica subterrânea 114’ pode formar uma conexão elétrica com os terminais correspondentes de outra ferramenta de fundo de poço, tais como, os terminais 302a, 302b da válvula de inserção semiautônoma 202’. Em alguns aspectos, a conexão elétrica pode ser formada através do contato direto entre os terminais 302a, 302b e os terminais 306a, 306b. Em outros aspectos, a conexão elétrica pode ser formada por acoplamento indutivo aos terminais 302a, 302b e aos terminais 306a, 306b.

[0054] A Figura 7 representa uma vista lateral em corte transversal da válvula de inserção semiautônoma 202’ posicionada dentro da válvula de segurança elétrica subterrânea 114’. O perfil de atracagem 220 pode intertravar com o perfil de atracagem 222 de tal modo que os terminais 302a, 302b estejam direcionados em relação aos terminais 306a, 306b, formando assim uma conexão elétrica entre os terminais 302a, 302b e os terminais 306a, 306b.

[0055] Embora as Figuras 6-7 não ilustre o subsistema de energia por bateria 206, outras implementações são possíveis. Por exemplo, uma válvula de inserção semiautônoma 202 pode incluir tanto um subsistema de energia por bateria 206 e os terminais 302a, 302b. A válvula de inserção semiautônoma 202 pode receber energia através dos terminais 302a, 302b. A energia recebida através dos terminais 302a, 302b pode ser utilizada para carregar um subsistema de energia por bateria 206. O subsistema de energia por bateria 206 pode fornecer energia para o funcionamento do mecanismo de acionamento autônomo 204.

[0056] A Figura 8 representa um exemplo do mecanismo de acionamento autônomo 204. O mecanismo de acionamento autônomo 204 pode incluir o reservatório de fluido 208, uma bomba 402, uma válvula de descarga 406, a câmara 209, o êmbolo 210, e uma linha de fluido 404. A bomba 402 e válvula de descarga 406 podem ser dispostas no reservatório de fluido 208.

[0057] Um dispositivo de processamento da válvula de inserção semiautônoma 202 pode configurar a bomba 402. Um exemplo da bomba 402 é uma bomba eletromecânica. A bomba 402 pode receber energia a partir de um mecanismo de fornecimento de energia, tal como, o subsistema de energia por bateria ou de um ou mais terminais 302a, 302b. A bomba 402 pode comunicar a pressão do êmbolo 210 através do bombeamento do fluido a partir do reservatório de fluido para dentro da câmara 209. Comunicando a pressão ao êmbolo 210 pode fazer com que o êmbolo 210 se afaste do reservatório de fluido 208, conforme representado pela seta descendente na figura 8. O êmbolo 210 pode aplicar uma força à luva 214, fazendo com que assim o mecanismo de fechamento 216 se abra.

[0058] O fluido a partir da câmara 209, que é forçado a passar pela borda do êmbolo 210, pode ser coletado na porção de fole 408 da câmara 209. O fluido coletado na porção de fole 408 da câmara 209 pode ser devolvido para o reservatório de fluido 208 através da linha de fluido 404, proporcionando assim um sistema fechado para o mecanismo de acionamento autônomo 204.

[0059] Embora a Figura 8 represente uma porção de fole 408 para a coleta de fluido que é forçado a passar pela borda do êmbolo 210, outras implementações são possíveis. Por exemplo, como representado na Figura 9, uma vedação 502 pode ser disposta na câmara 209. A vedação 502 pode evitar que o fluido escoe além da borda do êmbolo 210. Em aspectos adicionais ou alternativos, qualquer mecanismo adequado pode ser utilizado para a coleta de fluido que é forçado a passar pela borda do êmbolo 210 ou para evitar que o fluido escoe além da borda do êmbolo 210.

[0060] O mecanismo de fechamento 216 da válvula de inserção semiautônoma 202 pode ser ajustado para uma posição fechada utilizando a válvula de descarga 406 e um mecanismo de retenção 410. O êmbolo 210 pode ser acoplado a um mecanismo de retenção 410, tal como (mas não limitado a) uma mola de expansão. Um mecanismo de retenção 410, tal como uma mola de expansão, pode expandir-se em resposta à pressão sendo comunicada ao êmbolo 210. A válvula de descarga 406 pode ser atuada para fazer com que o fluido bombeado para dentro da câmara 209 seja devolvido para o reservatório de fluido 208, parando assim a comunicação de pressão ao êmbolo 210. A mola de expansão pode contrair-se em resposta a parada de pressão sendo comunicada ao êmbolo 210. A contração da mola de expansão pode parar a aplicação de força pelo êmbolo 210 à luva 214, fechando assim, o mecanismo de fechamento 216.

[0061] Em alguns aspectos, a válvula de descarga 406 pode ser acionada por parar de prover energia para a bomba 402. Um solenoide pode impedir o acionamento da válvula de descarga 406 enquanto a energia é fornecida à bomba 402. Parando de prover energia para a bomba 402 pode-se permitir o acionamento da válvula de descarga 406.

[0062] Embora as Figuras 2-6 mostrem um reservatório de fluido 208 que é a fonte de pressão para o êmbolo 210, outras implementações são possíveis. Em aspectos adicionais ou alternativos, a fonte de pressão para o mecanismo de acionamento autônomo 204 pode ser um reservatório de fluido dielétrico de uma válvula de segurança elétrica subterrânea 114’. A válvula de segurança elétrica subterrânea 114’ pode incluir um reservatório de fluido dielétrico para proteger os componentes da válvula de segurança elétrica subterrânea 114’ a partir de contaminação de água ou outros fluidos de fundo de poço no furo de poço 102. O reservatório de fluido dielétrico pode incluir ou ser fechado por uma barreira, tal como uma vedação ou barreira deslizável. A válvula de inserção semiautônoma pode incluir um mecanismo de acionamento adicional configurado para romper uma vedação ou mover uma barreira deslizante, permitindo assim que a válvula de inserção semiautônoma acesse o reservatório de fluido dielétrico da válvula de segurança elétrica subterrânea.

[0063] A descrição acima da invenção, incluindo os exemplos e aspectos ilustrados, foi apresentada apenas para efeitos de ilustração e descrição e não se destina a ser exaustiva ou para limitar a invenção às formas precisas reveladas. Numerosas modificações, adaptações, e suas utilizações serão evidentes para os técnicos no assunto sem se afastar do escopo da presente invenção.

Claims

1. Válvula de inserção semiautônoma, configurada para ser disposta em um furo de poço (102) através de uma formação de produção de fluido, dita válvula de inserção semiautônoma (202), caracterizadapelo fato de compreender: - um corpo (218) adaptado para contatar uma parede interna de uma válvula de segurança subterrânea (114) e para fazer com que um mecanismo de fechamento (224) de válvula de segurança subterrânea (114) abra e permita que o fluido escoe em direção da superfície do furo de poço (102); - um mecanismo de fechamento (224) acoplado ao corpo (218), o mecanismo de fechamento (224) sendo configurado para permitir, de forma seletiva, que o fluido escoe na direção da superfície do furo de poço (102); - um mecanismo de acionamento autônomo (204) acoplado ao corpo (218), o mecanismo de acionamento autônomo (204) incluindo uma fonte de pressão (208) acoplada, de forma seletiva, ao corpo (218) de tal forma que a fonte de pressão (208) seja separadamente recuperável da válvula de inserção semiautônoma (202), o mecanismo de acionamento autônomo (204) também sendo configurado para acionar o mecanismo de fechamento (224) de forma independente a partir de um mecanismo de acionamento da válvula de segurança subterrânea (114) que está configurado para acionar o mecanismo de fechamento (224) da válvula de segurança subterrânea (114); e - um subsistema de controle (217) disposto no corpo (218) e compreendendo um ou mais dispositivos de transmissão e recepção configurados para comunicar sinais de forma sem fio, o subsistema de controle (217) configurado para fazer com que o mecanismo de acionamento autônomo (204) feche o mecanismo de fechamento (224) em resposta a uma perda de sinal de comunicação entre um ou mais dispositivos de transmissão e recepção e uma fonte de sinal.

2. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de compreender adicionalmente um mecanismo de fornecimento de energia configurado para prover energia ao mecanismo de acionamento autônomo (204).

3. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadapelo fato de o mecanismo de acionamento autônomo (204) compreender: - um êmbolo (210) configurado para aplicar uma força fazendo com que o mecanismo de fechamento (224) esteja em uma posição aberta permitindo o fluxo de fluido em direção à superfície do furo de poço (102); e - uma bomba (402) configurada para comunicar a pressão a partir de uma fonte de pressão (208) ao êmbolo (210), onde a bomba (402) é configurada para receber energia do mecanismo de fornecimento de energia.

4. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadapelo fato de a fonte de pressão (208) compreender um reservatório de fluido (208) do mecanismo de acionamento autônomo (204).

5. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadapelo fato de a fonte de pressão (208) compreender um reservatório de fluido dielétrico da válvula de segurança subterrânea (114).

6. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadapelo fato de compreender adicionalmente um mecanismo de acesso de reservatório configurado para perfurar uma vedação envolvendo o reservatório de fluido dielétrico.

7. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadapelo fato de compreender adicionalmente um mecanismo de acesso de reservatório configurado para abrir uma barreira deslizante envolvendo o reservatório de fluido dielétrico.

8. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadapelo fato de o mecanismo de alimentação de energia compreender um subsistema de energia por bateria (206) acoplado ao corpo (218).

9. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 8, caracterizadapelo fato de o subsistema de energia por bateria (206) ser acoplado, de forma seletiva, ao corpo (218) de tal forma que o subsistema de energia por bateria (206) é separadamente recuperável da válvula de inserção semiautônoma (202).

10. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadapelo fato de o mecanismo de alimentação de energia compreender pelo menos um terminal adaptado para ser eletricamente acoplado a uma válvula de segurança subterrânea (114) no furo de poço (102), onde o mecanismo de acionamento autônomo (204) é configurado para receber energia através de pelo menos um terminal.

11. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadapelo fato de o corpo (218) ser configurado adicionalmente para ser acoplado a uma estação de ancoragem, onde o mecanismo de alimentação de energia compreende pelo menos um terminal configurado para ser eletricamente acoplado com a estação de ancoragem, onde o mecanismo de acionamento autônomo (204) é configurado para receber energia através de pelo menos um terminal.

12. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de o subsistema de controle (217) compreender adicionalmente um módulo de processamento configurado para controlar o mecanismo de acionamento autônomo (204) em resposta aos sinais.

13. Válvula de inserção semiautônoma, configurada para ser disposta em um furo de poço (102) através de uma formação de produção de fluido, dita válvula de inserção semiautônoma (202), caracterizadapelo fato de compreender: - um corpo (218) adaptado para contatar uma parede interna de uma válvula de segurança subterrânea (114) e para fazer com que um mecanismo de fechamento (224) de válvula de segurança subterrânea (114) abra e permita que o fluido escoe em direção da superfície do furo de poço (102); - um mecanismo de fechamento (224) acoplado ao corpo (218), o mecanismo de fechamento (224) sendo configurado para permitir, de forma seletiva, que o fluido escoe em direção da superfície do furo de poço (102); - um mecanismo de acionamento autônomo (204) acoplado ao corpo (218), o mecanismo de acionamento autônomo (204) sendo configurado para acionar o mecanismo de fechamento (224) de forma independente a partir de um mecanismo de acionamento da válvula de segurança subterrânea (114) que está configurado para acionar o mecanismo de fechamento (224) da válvula de segurança subterrânea (114); - um subsistema de energia por bateria (206) configurado para prover energia para o mecanismo de acionamento autônomo (204), o subsistema de energia por bateria (206) sendo acoplado, de forma seletiva, ao corpo (218) de tal forma que o subsistema de energia por bateria (206) é separadamente recuperável da válvula de inserção semiautônoma (202); e - um subsistema de controle (217) disposto no corpo (218) e compreendendo um ou mais dispositivos de transmissão e recepção configurados para comunicar sinais de forma sem fio, o subsistema de controle (217) configurado para fazer com que o mecanismo de acionamento autônomo (204) feche o mecanismo de fechamento (224) em resposta a uma perda de sinal de comunicação entre um ou mais dispositivos de transmissão e recepção e uma fonte de sinal.

14. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 13, caracterizadapelo fato de o mecanismo de acionamento autônomo (204) compreender: - um êmbolo (210) configurado para aplicar uma força fazendo com que o mecanismo de fechamento (224) esteja em uma posição aberta permitindo o fluxo de fluido em direção à superfície do furo de poço (102); e - uma bomba (402) configurada para comunicar a pressão a partir de uma fonte de pressão (208) ao êmbolo (210), onde a bomba (402) é configurada para receber energia através do subsistema de energia por bateria (206).

15. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 14, caracterizadapelo fato de a fonte de pressão (208) compreender um reservatório de fluido (208) do mecanismo de acionamento autônomo (204).

16. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 15, caracterizadapelo fato de o reservatório de fluido (208) ser acoplado, de forma seletiva, ao corpo (218) de tal forma que o reservatório de fluido (208) é separadamente recuperável da válvula de inserção semiautônoma (202).

17. Válvula de inserção semiautônoma, de acordo com a reivindicação 13, caracterizadapelo fato de o subsistema de controle (217) compreender adicionalmente um módulo de processamento configurado para controlar o mecanismo de acionamento autônomo (204) em resposta aos sinais.