BR112015011882B1

BR112015011882B1 - Sistema de tubulação com fios

Info

Publication number: BR112015011882B1
Application number: BR112015011882-8A
Authority: BR
Inventors: Volker Krueger; Ingo Roders; Stephan Mueller; Christian Fulda; Henning Rahn
Original assignee: Baker Hughes Ventures & Growth Llc
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2021-08-24
Also published as: BR112015011882A2; US10443315B2; US20140144699A1; GB2524917B; WO2014085179A1; US20200040664A1; GB2524917A; NO20150699A1; NO347097B1; GB201511138D0; US11131149B2

Abstract

sistema de tubulação com fios. a presente invenção refere-se a um sistema de tubulação com fios que inclui um segmento de tubulação com fios (14) possuindo uma primeira extremidade e uma segunda extremidade e um primeiro acoplador na primeira extremidade e um segundo acoplador na segunda extremidade. o sistema também inclui uma linha de transmissão disposta no segmento de tubulação com fios (14) entre as primeira e segunda extremidades. a linha de transmissão inclui um condutor interno (101), um material isolante (102) que circunda o condutor interno (101), um condutor externo (103) que circunda o material isolante (102) e o condutor interno (101) para a pelo menos uma parte de um comprimento da linha de transmissão, o condutor externo (103) sendo formado por deformação em torno de uma folha de material do condutor interno (101) em um elemento substancialmente tubular.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente US13/687563, depositado em 28 de novembro de 2012, que é aqui incorporado por referência na sua totalidade.

Antecedentes

[0002] Durante as operações de perfuração e compleição de subterrâneos, uma tubulação ou outro canal é abaixado em um poço em uma formação de terra durante ou após as operações de perfuração. Essas tubulações são geralmente configuradas como vários segmentos de tubulações para formar uma "cadeia", tais como a coluna de perfuração ou cadeia de produção. À medida que a cadeia é reduzida no poço, os segmentos de tubulação adicionais são acoplados à cadeia por vários mecanismos de acoplamento, tais como acoplamentos roscados.

[0003] Os segmentos de tubulação podem ser ligados com as junções de ferramentas que incluem uma configuração de macho-fêmea roscado muitas vezes referida como uma ligação de pino-caixa. A ligação de pino-caixa inclui um elemento macho, ou seja, uma "extremidade do pino", que inclui uma parte roscada externa, e um elemento fêmea, isto é, uma "extremidade da caixa", que inclui uma parte roscada interna e está configurada para receber a extremidade do pino em uma ligação roscada.

[0004] [004] Vários sinais de energia e/ou de comunicação podem ser transmitidos através dos segmentos de tubulação por meio de uma configuração de "tubulação com fios". Tais configurações incluem condutores elétricos, óticos ou outros que se prolongam ao longo do comprimento dos segmentos de tubulação selecionados. Os condutores são ligados operativamente entre os segmentos de tubulação através de uma variedade de configurações de acoplamento.

[0005] Algumas configurações das tubulações com fios incluemum dispositivo de transmissão montado na ponta do pino, bem como na extremidade da caixa. O dispositivo de transmissão, ou "acoplador", pode transmitir energia, dados ou ambos a um acoplador adjacente. O acoplador na extremidade do pino pode ser ligado através de um cabo coaxial ao acoplador na extremidade da caixa.

BREVE DESCRIÇÃO

[0006] É aqui descrito um sistema de tubulação com fios que inclui um segmento de tubulação com fios possuindo uma primeira extremidade e uma segunda extremidade e um primeiro acoplador na primeira extremidade e um segundo acoplador na segunda extremidade. O sistema também inclui uma linha de transmissão disposta no segmento de tubulação com fios entre as primeira e segunda extremidades, que inclui um condutor interno, um material isolante que circunda o condutor interno e um condutor externo que envolve o material isolante e o condutor interno para, pelo menos, uma parte de um comprimento da linha de transmissão, o condutor externo formado pela deformação ao redor do condutor interno de uma folha de material em um elemento substancialmente tubular.

[0007] É também descrito um método de formação de uma linhade transmissão da tubulação com fios que inclui: prover um conjunto que inclui um condutor interno envolvido por um material isolante; prover uma folha de material rígido; deformar a folha em torno do material isolante de tal modo que exista uma lacuna entre as extremidades da folha; e soldar as bordas em conjunto para formar um condutor externo substancialmente tubular.

[0008] É também descrito um método de formação de uma linhade transmissão da tubulação com fios que inclui: prover um conjunto que inclui um condutor interno envolvido por um material isolante; pro ver uma folha de material rígido; deformar a folha parcialmente em torno do material isolante; comprimir o material isolante com um pino de impulso; e soldar, depois da compressão, as bordas em conjunto para formar um condutor externo substancialmente tubular.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] As seguintes descrições não devem ser consideradas como limitativas de qualquer maneira. Com referência aos desenhos anexos, os elementos semelhantes são numerados da mesma forma:

[0010] A figura 1 ilustra uma modalidade exemplar de um segmento de tubulação com fios de uma perfuração de poço e/ou sistema de exploração;

[0011] A figura 2 ilustra uma modalidade exemplar de uma extremidade da caixa do segmento da figura 1;

[0012] A figura 3 ilustra uma modalidade exemplar de uma extremidade do pino do segmento da figura 1;

[0013] A figura 4 mostra uma vista lateral em corte de uma linhade transmissão de acordo com uma modalidade;

[0014] As figuras 5a a 5c mostram um exemplo de como um condutor externo pode ser formado de acordo com uma modalidade;

[0015] A figura 6 mostra uma vista lateral em corte de uma linhade transmissão ligada aos conectores de acordo com uma modalidade;

[0016] A figura 7 mostra uma vista lateral em corte de uma linhade transmissão de acordo com uma modalidade;

[0017] A figura 8 mostra uma vista em perspectiva de uma linhade transmissão, uma vez que está para ser formada de acordo com uma modalidade; e

[0018] A figura 9 mostra uma vista lateral em corte da linha detransmissão da figura 8, uma vez que está para ser formada.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0019] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades dosistema descrito, do aparelho e método são aqui apresentadas a título de exemplificação e não de limitação com referência às figuras.

[0020] Com referência à figura 1, uma modalidade exemplar deuma parte de uma perfuração de poço, sistema de exploração e/ou de produção 10 inclui um canal ou cadeia 12, tal como uma coluna de perfuração ou cadeia de produção, que está configurado para estar disposto em um poço para realização de operações tais como a perfuração do poço, fazer medições de propriedades do poço e/ou a formação ao redor do poço, ou facilitar a produção de gás ou de líquido.

[0021] Por exemplo, durante as operações de perfuração, fluidode perfuração ou "lama" de perfuração é introduzido na cadeia 12 a partir de uma fonte, tal como um tanque de lama ou "fossa" e circula sob pressão, através da cadeia 12, por exemplo, através de uma ou mais bombas de lama. O fluido de perfuração passa por dentro da cadeia 12 e é descarregado na parte inferior do poço, através de uma lacuna em uma broca localizada na extremidade do poço da cadeia 12. O fluido de perfuração circula por cima do poço entre a cadeia 12 e a parede do poço e é descarregado para o tanque de lama ou outra localização.

[0022] A cadeia 12 pode incluir pelo menos um segmento de tubulação com fios 14 possuindo uma extremidade acima do poço 18 e uma extremidade de fundo de poço 16. Como aqui descrito, "acima do poço" se refere a uma localização perto do ponto onde começou a perfuração em relação a uma localização de referência quando o segmento 14 está disposto em um poço, e "fundo de poço" se refere a um local afastado do ponto onde a perfuração iniciou ao longo do poço em relação ao local de referência. Deve ser entendido que a extremidade acima do poço 18 poderia ser abaixo da extremidade de fundo de poço 16, sem se afastar do âmbito da invenção aqui.

[0023] Pelo menos um furo interno ou outro canal 20 estende-seao longo do comprimento de cada segmento 14, para permitir que a lama de perfuração, ou outros fluidos fluam através dele. Uma linha de transmissão 22 está localizada dentro do segmento com fios 14 para prover proteção aos condutores elétricos, óticos ou outros, que podem fazer parte da linha de transmissão para estar disposto ao longo do segmento com fios 14. Em uma modalidade, a linha de transmissão 22 é um cabo coaxial. Em outra modalidade, a linha de transmissão 22 é formada de qualquer forma de transporte da energia ou de dados, incluindo, por exemplo, um par trançado. No caso onde a linha de transmissão 22 é um cabo coaxial, ele pode incluir um condutor interno circundado por um material dielétrico. O cabo coaxial pode também incluir uma camada de blindagem que circunda o dielétrico. Em uma modalidade, a camada de blindagem está acoplada eletricamente a um condutor externo que pode ser formado, por exemplo, por uma tubulação rígida ou semirrígida de um material condutor.

[0024] O segmento 14 inclui uma ligação de fundo de poço 24 euma ligação de cima do poço 26. O segmento 14 está configurado de modo que a ligação de cima do poço 26 seja posicionada em uma localização acima do poço em relação à ligação de fundo de poço 24. A ligação de fundo de poço 24 inclui uma parte de ligação macho 28 que possui uma seção roscada externa, e é aqui referida como uma "extremidade do pino" 24. A ligação de cima do poço 26 inclui uma parte de ligação fêmea 30 que tem uma seção interna roscada, e é aqui referida como uma "extremidade da caixa" 26.

[0025] A extremidade do pino 24 e a extremidade da caixa 26 sãoconfiguradas de modo que a extremidade do pino 24 de um segmento da tubulação com fios 14 pode ser colocada no interior da extremidade da caixa 26 de outro segmento da tubulação com fios 14 para efetuar uma ligação fixa entre as mesmas para ligar o segmento 14 com outro segmento adjacente 14 ou outro componente do fundo do poço. Deve ser entendido que um segmento de tubulação com fios pode consistir em muitos (por exemplo, três) segmentos. Em uma modalidade, o exterior da parte de acoplamento macho 28 e o interior da parte de acoplamento fêmea 30 são afunilados. Embora a extremidade do pino 24 e a extremidade da caixa 26 sejam descritas como possuindo partes roscadas, a extremidade do pino 24 e a extremidade da caixa 26 podem ser configuradas ligadas usando qualquer mecanismo adequado, tal como parafusos ou roscas ou um encaixe de interferência.

[0026] Em uma modalidade, o sistema 10 está operacionalmenteligado a uma unidade de processamento da superfície ou do fundo de poço que pode agir para controlar os vários componentes do sistema 10, tais como a perfuração, componentes de extração e de produção ou submarinos. Outros componentes incluem máquinas para aumentar ou diminuir os segmentos 14 e acoplar operacionalmente o segmento 14, e os dispositivos de transmissão. A unidade de processamento de fundo de poço ou da superfície também pode coletar e processar dados gerados ou transmitidos pelo sistema 10 durante a perfuração, produção ou outras operações.

[0027] Como aqui descrito, "coluna de perfuração" ou "cadeia" serefere a qualquer estrutura ou suporte apropriado para a redução de uma ferramenta através de um poço ou ligação de uma broca de perfuração à superfície, e não se limita à estrutura e à configuração aqui descritas. Por exemplo, uma cadeia poderia ser configurada como uma broca de perfuração, cadeia de produção de hidrocarboneto ou cadeia de avaliação de formação. O termo "transportador", como aqui utilizado, significa qualquer dispositivo, componente do dispositivo, combinação de dispositivos, meio e/ou elemento que podem ser utilizados para transmitir, alojar, apoiar ou de outra forma facilitar a utilização de outro dispositivo, componente do dispositivo, combinação de dispositivos, meio e/ou elemento. Transportadores não limitantes exemplares incluem colunas de perfuração do tipo tubulação em espiral, do tipo tubulação articulada e qualquer combinação ou parte dela. Outros exemplos de transportadores incluem carcaças de tubulações, fios, sondas de fios, sondas de linha afiada, disparos em queda, submarinos de fundo de poço, colunas de perfuração e de BHA.

[0028] Com referência às figuras 2 e 3, o segmento 14 inclui, pelomenos, um dispositivo de transmissão 34 (também referido como um "acoplamento" aqui) disposto no mesmo e localizado na extremidade do pino 24 e/ou na extremidade da caixa 26. O dispositivo de transmissão 34 é configurado para prover comunicação de, pelo menos, um dado e energia entre os segmentos adjacentes 14, quando a extremidade do pino 24 e a extremidade da caixa 26 estão envolvidas. O dispositivo de transmissão 34 pode ser de qualquer tipo adequado, tal como uma bobina indutiva, contatos elétricos capacitivos ou diretos, acoplador ressonante, ou um anel de ligação ótica. O acoplador pode estar disposto no interior ou exterior do acostamento ou no meio. Deve ser entendido que o dispositivo de transmissão 34 também pode ser incluído em um elemento repetidor disposto entre os segmentos adja-centes 14 (por exemplo, no interior da extremidade da caixa). Em tal caso, o dado / energia é transmitido a partir do dispositivo de transmissão de um segmento, para o repetidor. O sinal pode então ser passado "como está", amplificado, e/ou modificado no repetidor e fornecido ao segmento adjacente 14.

[0029] Independentemente da configuração, deve-se entenderque cada dispositivo de transmissão 34 pode ser conectado a uma ou mais linhas de transmissão 22. Independentemente da configuração, deve-se entender que cada dispositivo de transmissão 34 pode ser conectado a uma ou mais de transmissão linhas 22. As modalidades aqui descritas são direcionadas conforme tais linhas de transmissão 22 podem ser formadas. Em uma modalidade, um transportador (ou um fio rodeado dielétrico ou um par torcido) tem uma placa de material rígido enrolado em torno dele. Embora um versado na técnica irá compreender que vários métodos podem ser usados para formar as linhas de transmissão particulares aqui descritas, uma abordagem consiste em utilizar os ensinamentos da Patente US No. 5,122,209 para formar a linha de transmissão.

[0030] Em maiores detalhes, e fazendo agora referência à figura4, uma vista lateral em corte de uma linha de transmissão 22 é ilustrada. Esta modalidade inclui um condutor interno 101 que pode ser formado por um fio metálico contínuo ou trançado. Um material isolante, tal como a camada dielétrica 102 circunda o condutor interno 101 pela maior parte do comprimento do condutor interno 101. Embora não seja mostrado, deve ser entendido que a linha de transmissão 22 pode incluir uma camada de blindagem que envolve a camada dielétrica 102. A combinação da camada dielétrica 102 e do condutor interno 101 pode ser formada de qualquer maneira conhecida. Em uma modalidade, a combinação é formada de tal modo que o material dielétrico 102 e o condutor interno 101 estão fortemente ligados.

[0031] Tal como ilustrado, uma parte 108 do condutor interno 101se estende para além de uma extremidade da camada dielétrica 102. Esta parte 108 pode ser referida como a extensão do condutor interno de vez em quando aqui. A extensão do condutor interno 108 fornece um ponto de contato para que possa ser feita uma ligação elétrica ao acoplador 34 (figura 3).

[0032] A linha de transmissão ilustrada 22 inclui um conector 104disposto nas extremidades da camada dielétrica 102. Os conectores 104 servem para prover um meio para prover uma ligação elétrica entre o condutor interno 101 e um acoplador 34. Deve ser entendido que os conectores 104 são opcionais e podem ser omitidos em uma moda- lidade.

[0033] Os conectores 104 incluem uma região condutora 106 queentra em contato físico e elétrico com o condutor interno 101. A região condutora 106 pode ser formada, por exemplo, como uma tubulação metálica. Em torno da região condutora 106 está uma camada isolante 105. A camada isolante 105 pode ser formada em qualquer tipo de iso- lante, incluindo, por exemplo, poliéter éter cetona (PEEK), ou um material cerâmico dielétrico.

[0034] Tal como ilustrado um condutor externo 103 circunda ocondutor interno 101, a camada dielétrica 102 e, opcionalmente, os conectores 104. O condutor externo 103 está deformando uma placa de um material condutor rígido ou semirrígido em torno do conjunto interno, incluindo o condutor interno 101 / camada dielétrica 102 e, opcionalmente, os conectores 104. Em uma modalidade, o condutor externo 103 é formado de aço.

[0035] As figuras 5a a 5c mostram uma vista de extremidade dalinha de transmissão 22, que inclui um conector 104. O que, eventualmente, transforma-se o condutor externo 103 começa como uma folha 110 de material condutor. De acordo com uma modalidade, a folha 110 tem uma largura, w, que é menor do que o diâmetro externo do conector 104 e/ou da camada dielétrica 102 que está por trás dele. Claro que, isto não é necessário e a largura pode ser maior do que o diâmetro externo da camada dielétrica. A folha 110 é dobrada em torno do conector 104 / camada dielétrica 102, como mostrado na figura 5b e completado de modo que circunda substancialmente o conector 104 / camada dielétrica 102. Como discutido acima, em uma modalidade, w é menor do que o diâmetro externo do conector 104 / camada dielétri- ca 102. Como tal, uma lacuna 111 irá existir entre as bordas da folha quando elas estiverem totalmente deformadas em torno do conector 104 / camada dielétrica 102, como mostrado na figura 5c. As extremi- dades são soldadas entre si no local da lacuna 111 de tal modo que a lacuna 111 torna-se uma junta soldada e a folha 110 torna-se o condutor externo 108 que, em combinação com a soldadura, circunda completamente o conector 104 / a camada dielétrica 102.

[0036] Na modalidade ilustrada, a folha 110 é mostrada sendodobrada em torno do conector 104. Deve ser entendido que o conector 104 pode ser omitido e provido pelo menos parcialmente no interior do condutor externo 103 em um momento posterior.

[0037] A figura 6 ilustra em uma vista lateral em corte de uma linha de transmissão 22, tal como descrito acima acoplada a uma manga externa 120. A manga externa 120 pode formar uma cavidade de vedação em uma modalidade. A manga 120 pode ser formada de um material condutor (por exemplo, aço) e fornece estrutura rígida na qual uma parte do acoplador 34 e/ou um espaçador 122 pode ser inserida e em que um vedante em torno dessa parte pode ser formado.

[0038] A figura 7 mostra uma modalidade alternativa que é mostrada na figura 6. Nesta modalidade, em vez de prover a manga externa 120, o condutor externo 103 estende-se para além da extremidade do conector 103 para prover uma região de recepção oca 121 que serve para a mesma finalidade que a manga 120 descrita acima. Deve ser entendido que, em qualquer das figuras 6 ou 7, o conector 104 pode ser omitido.

[0039] A figura 8 ilustra um exemplo de como uma linha detransmissão 22 pode ser formada. Em particular, a linha de transmissão 22 inclui uma camada dielétrica 102 e um condutor interno 101, como descrito acima. Neste exemplo, o condutor externo 103 é inicialmente formado como uma peça de chapa metálica. O condutor externo 103 é inicialmente enrolado em torno da camada dielétrica 102, como geralmente descrito acima. Embora o rolamento inicial ocorra antes e o condutor externo 103 seja soldado a laser entre si por feixe de laser 151 em linha de soldadura 152, um pino 153 pode causar um ajuste de interferência entre o dielétrico 102 e o condutor externo 103, empurrando para baixo sobre o dielétrico 102. Na figura 8, a linha de transmissão 22 está para ser movida na direção indicada pela seta 155 durante a fabricação.

[0040] É feita agora referência à figura 9, onde a linha de transmissão 22 está para ser movida na direção indicada pela seta 155. O pino de impulso 153 está a comprimir o material dielétrico 102 de modo a formar um espaço 160 entre ele e o condutor externo 103. O condutor externo 103 é soldado a laser por um feixe 151 em ou perto do local em que o pino de impulso 153 está comprimindo o material dielé- trico 102. À medida que a linha de transmissão 22 é movida na direção 155, o pino de impulso 153 não está mais formando um espaço entre o condutor externo 103 e o material dielétrico 102. Isto resulta em um encaixe de interferência entre o condutor externo 103 e material dielé- trico 102. Em uma modalidade, o encaixe de interferência é formado sem ter de deformar o condutor externo 103 após a sua formação em uma forma tubular (por exemplo, depois de ser soldada).

[0041] Um versado na técnica irá reconhecer que os vários componentes ou tecnologias podem fornecer uma determinada funcionalidade ou funcionalidades necessárias ou benéficas. Por conseguinte, estas funções e características como pode ser necessário, em apoio das reivindicações anexas e suas variações, são reconhecidas como sendo inerentemente incluídas como uma parte dos preceitos aqui explicitados e uma parte da invenção descrita.

[0042] Embora a invenção tenha sido descrita com referência àsmodalidades exemplares, deverá ser entendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos destes sem se afastarem do âmbito da invenção. Em adição, muitas modificações serão apreciadas por aqueles versados na técnica para se adaptar um instrumento em particular, situação ou material aos ensinamentos da invenção sem afastamento do âmbito essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada à modalidade particular descrita como o melhor modo contemplado para realizar a presente invenção, mas que a invenção inclua todas as modalidades que caem dentro do âmbito das reivindicações anexas.

Claims

1. Sistema de tubulação com fios, caracterizado pelo fato de que compreende:um segmento de tubulação com fios (14) possuindo uma primeira extremidade e uma segunda extremidade;um primeiro acoplador na primeira extremidade e um segundo acoplador na segunda extremidade; euma linha de transmissão disposta no segmento de tubulação com fios (14) entre as primeira e segunda extremidades, a linha de transmissão compreendendo:um condutor interno (101);um material isolante (102) que circunda o condutor interno (101);um condutor externo (103) circundando o material isolante (102) e o condutor interno (101) por pelo menos uma parte de um comprimento da linha de transmissão, o condutor externo (103) sendo formado por deformação em torno do condutor interno (101) de uma folha de material em um elemento substancialmente tubular; euma manga externa que circunda uma extremidade do condutor externo (103) para prover uma cavidade de vedação.

2. Sistema de tubulação com fios, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o condutor externo (103) estende-se para além de uma extremidade de, pelo menos, um dos condutores interno e o material isolante (102).

3. Sistema de tubulação com fios, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:um conector disposto, pelo menos parcialmente, entre o material isolante (102) e um acoplador de comunicação, o conector eletricamente acoplando o acoplador de comunicação ao condutor interno (101).

4. Sistema de tubulação com fios, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o conector é, pelo menos, parcialmente disposto no interior do condutor externo (103).

5. Sistema de tubulação com fios, de acordo com a reivindicação 4, em que uma parte do condutor interno (101) se estende para além de uma extremidade do material isolante (102) e está em contato elétrico com o conector.

6. Sistema de tubulação com fios, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que uma parte do condutor interno (101) se estende para além de uma extremidade do material isolan- te (102) e está em contato elétrico com o conector.