BR112016005226B1

BR112016005226B1 - Aparelho para uso em um poço e dispositivo de controle de fluxo

Info

Publication number: BR112016005226B1
Application number: BR112016005226-9A
Authority: BR
Inventors: Jason A. Allen
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2022-03-03
Also published as: GB2535345A; AU2014318246A1; WO2015038263A1; AU2014318246B2; BR112016005226A2; US20150075800A1; US9404350B2; GB2535345B; GB201604368D0

Abstract

aparelho para uso em um poço e dispositivo de controle de fluxo. a presente invenção refere-se a um dispositivo de controle de fluxo para uso em um poço, o qual em uma modalidade não limitante, pode incluir uma passagem de fluxo principal e um orifício de gotejamento, no qual a passagem de fluxo principal se fecha quando um fluido suprido em uma primeira extremidade da válvula excede uma taxa selecionada e se abre quando o fluido suprido está abaixo da taxa selecionada, e no qual o orifício de gotejamento continua permitindo o fluido através da mesma.

Description

REFERÊNCIAS CRUZADAS AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Esse pedido reivindica os benefícios do Pedido de Patente Norte Americano n° 14/028060, depositado em 16 de Setembro de 2013, que é incorporado nesse documento por referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES 1. Campo da Invenção

[002] A presente invenção refere-se em geral a um aparelho e métodos para a completação de um poço destinado à produção de hidrocarbonetos a partir de formações de subsuperfície, incluindo o fraturamento de zonas de formação selecionadas em um poço, acondicionamento de areia e alagamento da formação com um fluido. 2. Antecedentes da Técnica

[003] Poços são furados nas formações de subsuperfície para a produção de hidrocarbonetos (óleo e gás). Os poços modernos podem se estender por profundidades, geralmente mais de 1500 metros (cerca de 15.000 pés). Os hidrocarbonetos são capturados em várias regiões de captura feitas nas formações de subsuperfície em diferentes profundidades. Tais seções da formação são referidas como reservatórios ou formações ou zonas munidas de hidrocarboneto. Algumas formações possuem alta mobilidade, a qual é uma medida para facilitar o fluxo de hidrocarbonetos a partir do reservatório para dentro de um poço furado através do reservatório e sob pressões naturais no fundo de poço. Algumas formações possuem baixa mobilidade e os hidrocarbonetos capturados nelas não são capazes de se mover com facilidade a partir do reservatório para dentro do poço. Métodos de estímulo são tipicamente empregados para melhorar a mobilidade dos hidrocarbonetos ao longo dos reservatórios. Um desses métodos, referido como fraturamento (também referido como "fracing" ou "fraturamento"), é geralmente utilizado para criar rachaduras no reservatório e permitir que o fluido da formação (fluido de formação) flua a partir do reservatório para dentro do poço. Para fraturar múltiplas zonas, um conjunto contendo uma coluna externa com uma coluna interna dentro de si é estendida ou instalada no poço. A coluna externa é transportada até o poço por uma tubulação presa à sua extremidade superior e ela inclui vários dispositivos correspondentes a cada zona a ser fraturada para prover um fluido com agente de escoramento para cada uma dessas zonas. A coluna interna inclui dispositivos fixados a uma tubulação para operar determinados dispositivos na coluna externa e facilitar o fraturamento e/ou outras operações de tratamento no poço. Para tratar de modo seletivo uma zona em um poço com múltiplas zonas, é desejável que se tenha uma coluna interna que possa ser seletivamente correspondente a qualquer zona em um poço com múltiplas zonas e possa efetuar uma operação de poço em tal zona selecionada. Assim que uma zona tiver sido tratada, o poço é enchido com o fluido de tratamento, o qual pode incluir um fluido de base, tal como água, agente de escoramento, tal como areia ou partículas de areia sintética e um aditivo, tal como goma guar. Uma válvula, tal como válvula de checagem, é geralmente usada para prover um caminho de fluxo de fluido a partir de um anel entre uma coluna externa e uma coluna interna usado para a operação de tratamento na coluna interna, de modo que um novo fluido possa ser suprido ao anel para remover o fluido de tratamento do poço. Esse processo é geralmente referido como circulação inversa.

[004] A presente invenção provê um aparelho e métodos para permitir a circulação inversa de fluido.

SUMÁRIO

[005] Em um aspecto, um aparelho para uso em um poço é apresentado, o qual em uma modalidade não limitante inclui um dispositivo de controle de fluxo para uso em um poço que, em uma modalidade não limitante, pode incluir uma passagem de fluxo principal e um orifício de gotejamento, no qual a passagem de fluxo principal se fecha quando um fluido suprido em uma primeira extremidade da válvula excede uma taxa selecionada e se abre quando o fluido suprido está abaixo da taxa selecionada, e no qual o orifício de gotejamento conitnua permitindo o fluido através da mesma.

[006] Exemplos das características mais importantes de um sistema e métodos de tratamento de poço foram resumidos ao invés de amplamente abordados para que a descrição detalhada dos mesmos, a qual será disponibilizada mais adiante, possa ser melhor compreendida e para que as contribuições à técnica possam ser apreciadas. Obviamente que existem características adicionais, as quais serão descritas posteriormente e as quais formarão o assunto das reivindicações em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] Para uma compreensão detalhada do aparelho e dos métodos apresentados aqui, referência deve ser feita aos desenhos em anexo e à descrição detalhada dos mesmos, onde elementos semelhantes geralmente recebem números de referência semelhantes e nos quais:

[008] a Figura 1 mostra um poço revestido exemplar e com múltiplas zonas, o qual possui um conjunto operacional instalado em si que inclui uma coluna externa e uma coluna interna para executar uma operação de tratamento, de acordo com uma modalidade não limitante da presente invenção;

[009] a Figura 2 mostra a posição da coluna interna para circulação inversa para remover o fluido de tratamento do poço usando um dispositivo de controle de fluxo feito de acordo com uma modalidade não limitante;

[0010] a Figura 3 mostra uma modalidade não limitante de um dispositivo de controle de fluxo (também referido aqui como a "válvula" ou "válvula de inversão") em uma posição aberta, o qual pode ser utilizado para, dentre outras coisas, a circulação inversa; e

[0011] a Figura 4 mostra o dispositivo da figura 3 em uma posição fechada para permitir a circulação inversa.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[0012] A figura 1 é um diagrama unifilar de uma seção de um sistema de poço 100, o qual é mostrado incluindo um poço 101 feito na formação 102 para executar uma operação de tratamento na mesma, tal como o fraturamento da formação (também referido aqui como "fracing" ou fraturamento), acondicionamento de cascalho, alagamento, etc. O poço 101 está coberto com um revestimento 104, tal como uma coluna de seções unidas de tubos de metal, conhecido na técnica. O espaço ou anel 103 entre o revestimento 104 e o poço 101 é cheio com cimento 106. A modalidade particular da figura 1 é mostrada para seletivamente fraturar uma ou mais zonas em qualquer sequência ou ordem selecionada ou desejada. No entanto, o poço 101 pode ser configurado para executar outras operações de trabalho ou tratamento, incluindo, mas não estando limitado a: acondicionamento de cascalho e alagamento de uma zona selecionada para mover o fluido até a zona em direção a um poço de produção (não mostrado). A formação 102 é mostrada incluindo múltiplas zonas Z1-Zn, as quais podem ser fraturadas ou tratadas para a produção de hidrocarbonetos a partir das mesmas. Cada uma dessas zonas é mostrada incluindo perfurações que se estendem a partir do revestimento 104, através do cimento 106 e até uma determinada profundidade na formação 102. Na figura 1, a Zona Z1 é mostrada incluindo perfurações 108a, a Zona Z2 incluindo perfurações 108b e a Zona Zn incluindo perfurações 108n. As perfurações em cada zona provêm passagens de fluido para o fraturamento de cada uma dessas zonas. As perfurações também provêm passagens de fluido para o fluido de formação 150 fluir a partir da formação 102 para dentro 104a do revestimento 104. O poço 101 inclui um vedador de reservatório 109 próximo ao fundo 101a do poço 101. O vedador de reservatório 109 é tipicamente instalado depois da instalação do revestimento 204 e cimentação do poço 101. O vedador de reservatório 109 é testado em uma classificação de pressão antes do tratamento do poço, tal como fraturamento e acondicionamento, a classificação de pressão essa que pode estar abaixo das pressões esperadas no poço 101 depois de uma zona ter sido tratada e isolada.

[0013] Depois do revestimento, cimentação, perfuração e instalação do vedador de reservatório, o poço 101 está pronto para operações de tratamento, tal como o fraturamento e o acondicionamento de cascalho de cada uma das zonas de produção Z1- Zn. Embora o sistema 100 seja descrito com referência ao fraturamento e acondicionamento das de zonas de produção areia, o aparelho e os métodos descritos aqui ou com modificações óbvias também podem ser utilizados para outras operações de tratamento de poço, incluindo, mas não estando limitado a: acondicionamento de cascalho e alagamento com água. A formação 102 possui um fluido 150 na pressão de formação (P1) e o poço 101 é enchido com um fluido 152, tal como fluido de completação, fluido esse que provê pressão hidrostática (P2) dentro do poço 101. A pressão hidrostática P2 é maior do que a pressão de formação P1 ao longo da profundidade do poço 101, o que impede o fluxo de fluido 150 da formação 102 dentro do revestimento 104 e explosões.

[0014] Ainda com referência à figura 1, para fraturar (tratar) uma ou mais zonas Z1-Zn, um conjunto de sistemas 110 é disposto dentro do revestimento 104 por um elemento de transporte 112, o qual pode ser um elemento tubular composto por uma seção de tubulações conectadas, conhecido na técnica. Em uma modalidade não limitante, o conjunto de sistemas 110 inclui uma coluna externa 120 e uma coluna interna 160 disposta dentro da coluna externa 120. A coluna externa 120 inclui um tubo 122 e uma variedade de dispositivos associados com cada uma das zonas Z1-Zn para executar as operações de tratamento descritas em mais detalhes logo abaixo. Em uma modalidade não limitante, a coluna externa 120 inclui um elemento de vedação 123a, localizado fora e próximo a uma extremidade inferior 123 da coluna externa 120. A coluna externa 120 também inclui um vedador inferior 124a, um vedador superior 124m e vedadores intermediários 124b, 124c, etc. O vedador inferior 124a isola o vedador de reservatório 109 contra a pressão hidráulica exercida na coluna externa 120 durante o fraturamento e o acondicionamento de areia das zonas de produção Z1- Zn. Neste caso, o número de vedadores na coluna externa 120 é maior do que o número de zonas Z1-Zn. Em alguns casos, o vedador inferior 109, no entanto, pode ser utilizado como o vedador inferior 124a. Em uma modalidade não limitante, os vedadores intermediários 124b, 124c, etc. podem ser configurados para serem independentemente instalados em qualquer ordem desejada para fraturar e acondicionar qualquer uma das zonas Z1-Zn em qualquer ordem desejada. Em outra modalidade, alguns ou todos os vedadores podem ser configurados para serem instalados ao mesmo tempo ou substancialmente ao mesmo tempo. Em um aspecto, os vedadores 124a-124m podem ser vedadores hidraulicamente assentados ou instalados. Em outro aspecto, os vedadores 124a-124m podem ser mecanicamente assentados ou instalados.

[0015] Ainda com referência à figura 1, a coluna externa 120 também inclui uma tela adjacente a cada zona. Por exemplo, a tela S1 é mostrada disposta adjacente à zona Z1, a zona adjacente Z2 da tela S2 e a tela Sn adjacente à zona Zn. O vedador inferior 124a e o vedador intermediário 124b, quando instalados, irão isolar a zona Z1 em relação às zonas remanescentes: os vedadores 124b e 124c irão isolar a zona Z2 e os vedadores 124m-1 e 124m irão isolar a zona Zn. Em uma modalidade não limitante, cada vedador possui um dispositivo de ativação de vedador associado, tal como uma válvula, que permite a instalação seletiva do seu vedador correspondente em qualquer ordem desejada. Na figura 1, um dispositivo de ativação de vedador 125a está associado com o vedador inferior 124a,o dispositivo 125b, com o vedador intermediário 124b, o dispositivo 125c, com o vedador intermediário 124c e o dispositivo 125m, com o vedador superior 124m. Em um aspecto, os vedadores 124a-224m podem ser vedadores hidraulicamente ativados. Em um aspecto, o vedador inferior 124a e o vedador superior 124m podem ser ativados ao mesmo tempo ou substancialmente ao mesmo tempo quando um fluido sob pressão for suprido no tubo 112. Em uma modalidade não limitante, os dispositivos de ativação associados com os vedadores intermediários 124b, 124c, etc. podem incluir um dispositivo de pistão balanceado que remains sob uma condição de pressão equilibrada (também referida aqui como o "modo inativo") para impedir que a pressão diferencial entre a parte interna 120a e o exterior 120b da coluna externa 120 ative o vedador. Quando um dispositivo de ativação de vedador é ativado por um mecanismo externo, ele permite que a pressão do fluido na coluna externa 120 faça o seu vedador associado ser assentado ou instalado.

[0016] Ainda com referência à figura 1, em uma modalidade não limitante, cada uma das telas S1-Sn pode ser feita conectando-se em série duas ou mais seções de tela com elementos de interconexão para formar uma tela com um comprimento desejado, no qual as interconexões provêm uma comunicação axialmente fluida entre as seções de tela adjacentes. Por exemplo, a tela Sn é mostrada incluindo seções de tela 126 interconectadas pelas conexões 128. As conexões 128 podem incluir um dispositivo de comunicação de fluxo, tal como uma válvula de manga corrediça ou uma manga 132a, para introduzir o fluxo de fluido 150 na coluna externa 120 a partir da formação 102. De maneira similar, outras telas também podem incluir várias seções de tela e dispositivos de conexão correspondentes. As conexões 128 permitem o fluxo axial entre as seções de tela 126. A coluna externa 120 também inclui para cada zona um dispositivo de controle de fluxo, referido como uma saída de pasta fluida ou uma saída de cascalho, tal como uma válvula de manga corrediça ou outra válvula, na parte superior do poço ou acima de sua tela correspondente para prover comunicação fluida entre a parte interna 120a da coluna externa 120 e cada uma das zonas Z1-Zn. Conforme mostrado na figura 1, uma saída de pasta fluida 140a é provida para a zona Z1 entre a tela S1 e o seu vedador intermediário 124b, um dispositivo 140b para a zona Z2 e um dispositivo 140n para a zona Zn. Na figura 1, o dispositivo 140a é mostrado aberto enquanto os dispositivos 140b-140n são mostrados na posição fechada para que nenhum fluido possa passar a partir da parte interna 120a da coluna externa 120 para qualquer uma das zonas Z2- Zn, até que o fundo do poço seja aberto.

[0017] Ainda em outro aspecto, a coluna externa 120 também pode incluir uma vedação invertida abaixo e outra acima de cada dispositivo de controle do fluxo de entrada para executar uma operação de tratamento. Na figura 1, as vedações invertidas 144a e 144b são mostradas associadas com a saída de pasta fluida 140a, as vedações invertidas 146a e 146b, com a saída de pasta fluida 140b e vedações invertidas 148a e 148b com a saída de pasta fluida 140n. Em um aspecto, as vedações invertidas 144a, 144b, 146a, 146b, 148a e 148b podem ser configuradas para serem empurradas para dentro 120 da coluna externa 120 ou removidas da parte interna da coluna externa 120 depois da compleção das operações de tratamento ou durante a instalação de uma coluna de produção (não mostrada) para a produção de hidrocarbonetos a partir do poço 101. Empurrar as vedações invertidas para dentro 120a da coluna externa 120 ou remover essas vedações da parte interna 120a da coluna externa 120 provê o aumento do diâmetro interno da coluna externa 120 de modo a viabilizar a instalação de uma coluna de produção para a produção de hidrocarbonetos a partir das zonas Z1-Zn comparada a uma coluna externa com vedações se estendendo para dentro 120a da coluna externa 120. As vedações 144a, 144b, 146a, 146b, 148a e 148b pode ser, no entanto, disposta na parte externa da coluna interna instead on a parte interna da coluna externa. Em uma modalidade não limitante, a coluna externa 120 também inclui um perfil de indicação ou um perfil de localização de zona 190 (perfil 190a para a zona Z1, o perfil 190b para a zona Z2 e o perfil 190n para a zona Zn) para cada zona e um perfil de assentamento correspondente 192 (192a para a zona Z1, 192b para a zona Z2 e 192n para a zona Zn).

[0018] Ainda com referência à figura 1, a coluna interna 160 (também referida aqui como a coluna operacional) pode ser um elemento tubular metálico 161 que em uma modalidade inclui uma ferramenta de deslocamento para abertura 162 e uma ferramenta de deslocamento para fechamento 164 ao longo da extremidade inferior 161a da coluna interna 160. A coluna interna 160 também pode incluir uma válvula de inversão 166 que permite a remoção de fluido de tratamento de dentro do poço depois após o tratamento de cada zona, e uma ferramenta localizadora de tensão superior 168 para localizar a parte superior dos locais de assentamento, tais como os locais 194 para a zona Z1, 194b para a zona e 194n para a zona Zn) quando a coluna interna for puxada para cima, e uma ferramenta de assentamento ou ferramenta localizadora de assentamento 170. Em um aspecto, a ferramenta de assentamento 170 pode ser configurada para localizar cada zona e em seguida, assentar a coluna interna em cada um desses locais para executar uma operação de tratamento. A coluna interna 160 inclui um tampão 172 acima de uma ferramenta localizadora de assentamento 170, o que impede a comunicação fluida entre o espaço 172a acima do tampão 172 e o espaço 172b abaixo do tampão 172. A coluna interna 160 também inclui uma ferramenta de interseção 174 (também referida aqui como o "orifício de fraturamento") para a provisão de um caminho de fluido 175 entre a coluna interna 160 e a coluna externa 120. Em um aspecto, o orifício de fraturamento 174 também inclui passagens de fluxo 176, passagens essas que podem ser feitas através do orifício de fraturamento 174 para prover comunicação fluida entre os espaços 172a e 172b. Em uma modalidade, as passagens 176 são suficientemente estreitas para que exista nelas uma quantidade relativamente pequena de fluxo de fluido. As passagens 176, no entanto, são suficientes para prover fluxo de fluido e desse modo, comunicação através de pressão entre os espaços 172a e 172b.

[0019] Para executar uma operação de tratamento em uma zona particular, por exemplo, na zona Z1, o vedador inferior 124a e o vedador superior 124m são assentados ou instalados. O assentamento do vedador superior 124m e do vedador inferior 124a ancora a coluna externa 120 dentro do revestimento 104. A zona de produção Z1 é em seguida isolada de todas as outras zonas. Para isolar a zona Z1 das zonas remanescentes Z2-Zn, a coluna interna 160 é manipulada de modo a fazer com que a ferramenta de abertura 164 abra uma válvula de monitoramento 133a na tela S1. A coluna interna 160 é em seguida manipulada (movida para cima e/ou para baixo) dentro da coluna externa 120 para que a ferramenta de assentamento 170 identifique o perfil de localização ou de indicação 190a. A ferramenta de assentamento 170 é em seguida manipulada para que se assente no perfil de assentamento 192a. Quando a ferramenta de assentamento 170 está assentada no local 192a, o orifício de fraturamento 174 torna- se adjacente à saída de pasta fluida 140a. O tubo 161 da coluna interna 160 possui uma seção de vedação que entra em contato com as vedações invertidas 144a e 144b, isolando ou vedando desse modo a seção 165 entre as vedações 144a e 144b que contém a saída de pasta fluida 140a e o orifício de fraturamento 174 adjacente à saída de pasta fluida 140a, provendo ao mesmo tempo uma comunicação fluida entre a coluna interna e a saída de pasta fluida 140a. A seção de vedação 165 da seção 169 permite que o orifício inferior 127a do dispositivo de assentamento de vedador 125b seja exposto à pressão da seção 165 enquanto o orifício superior 127b é exposto à pressão da seção 169. O vedador 124b é em seguida assentado para isolar a zona Z1. Assim que o vedador 124b tiver sido assentado, a manga de fraturamento 140a é aberta, conforme mostrado na figura 1, para suprir pasta fluida ou outro fluido à zona Z1 e executar um fraturamento ou uma operação de tratamento. Assim que a zona Z1 tiver sido tratada, o fluido de tratamento no poço é removido fechando-se a válvula de inversão 166 para prover um caminho de fluido a partir da superfície existente no espaço (ou anel) entre a coluna externa 120 e a coluna interna 160 para que um fluido suprido dentro de tal anel na superfície faça o fluido de tratamento se mover para a superfície, processo esse que é referido como circulação inversa. Depois da circulação inversa, a coluna interna 160 pode ser então movida para o dispositivo de assentamento 170 em outra zona para operações de tratamento. Uma modalidade não limitante de um dispositivo de fluxo para a circulação inversa é descrita logo abaixo com referência às figuras 3-4.

[0020] A figura 2 mostra a posição da coluna interna 160 na coluna externa com a válvula de inversão 160 fechada, de modo a executar a operação de circulação inversa. Para executar a circulação inversa, a coluna interna é movida para fazer a ferramenta localizadora de tensão superior 168 localizar e se engatar no perfil de localização de tensão superior 194a. Nessa posição, o orifício de fraturamento se úne à vedação 146a e cria uma passagem de fluido entre o anel 280 e a seção da coluna interna 282 acima do dispositivo 172. O dispositivo de fluxo 166 é então fechado, conforme descrito em mais detalhes com referência à figura 4, para impedir o fluxo de fluido a partir da seção 282 e da seção 284 abaixo do dispositivo de fluxo 166. Um fluido suprido dentro do anel 280 irá fluir para dentro da seção 282 através da abertura do orifício de fraturamento 275 para mover o fluido na seção 282 para a superfície, conforme mostrado pelas setas 250.

[0021] A figura 3 mostra uma modalidade não limitante de um dispositivo de controle de fluxo 300 (também referido aqui como a "válvula" ou "válvula de inversão" para facilitar a explanação e não como forma de limitação), o qual pode ser hidraulicamente ativado para controlar o fluxo de um fluido que passa através de si e o qual pode ser utilizado em operações de poço, incluindo, mas não estando limitadas a: circulação inversa de um fluido nas operações de tratamento de poço, tal como "fracing", acondicionamento de areia e acondicionamento de cascalho. O dispositivo 300 da figura 3 é mostrado aberto ou em uma posição aberta para que o fluido 301 no tubo 302, na parte superior do poço ou a montante 303a do dispositivo 300, possa fluir até um local no fundo do poço ou a jusante 303b do dispositivo 300. Em um aspecto, o dispositivo 300 inclui um alojamento de válvula 320 conectado a um substituto superior 312, tal como by uma conexão rosqueada 314. O substituto superior 312 possui um furo de fluxo contínuo 313. O alojamento de válvula 320 inclui uma passagem de fluxo ou uma área de fluxo 325 e contém uma face de vedação ou anteparo de vedação 324 e aloja um elemento de orientação, tal como a mola 326, próximo a uma extremidade 328 oposta ao anteparo de vedação 324. A extremidade inferior 326a da mola 326 encosta-se a um elemento retentor de mola 329 fixado ao alojamento de válvula 320, por exemplo, por uma conexão rosqueada 327.

[0022] Ainda com referência à figura 3, o dispositivo de controle de fluxo 300 possui um mecanismo ou unidade móvel de válvula 330 que se move para dentro do alojamento de válvula 320 para fechar o fluxo de um fluido 301 que flui através do dispositivo 300 em resposta ao fluxo, bem como a pressão do fluido 301. O mecanismo de válvula 330 inclui um corpo de válvula axialmente móvel 340, que se move axialmente no substituto superior 312 e no alojamento de válvula 320 em resposta à pressão aplicada ao mesmo pelo fluido 301 suprido na tubulação 302 fixada ao substituto superior 312. Em um aspecto, o corpo de válvula 340 está configurado para se mover axialmente para dentro do alojamento de válvula 320. A extremidade superior ou de entrada de poço do corpo de válvula 340 inclui uma ou mais passagens de fluxo, tais como as passagens 352a e 352b (também referidas aqui como passagens principais) e um orifício de gotejamento 374. O corpo de válvula 340 possui um furo 341 (uma passagem de fluxo) que recebe o fluido 301 a partir das passagens de fluxo 352a, 352b e do orifício de gotejamento 374. A passagem 341 permite que esse fluido recebido flua para o fundo do poço através do dispositivo 300. O corpo de válvula 340 também pode incluir um elemento de vedação 342 que se projeta radialmente para fora a partir de si e se move para dentro da área de fluxo 325 no alojamento de válvula 320. O elemento de vedação 342 possui um perfil externo ou face de vedação 344 que corresponde ao perfil da parte interna ou da vedação do anteparo 324 no alojamento de válvula 320. O corpo de válvula 340 também inclui um elemento de ativação de mola 348, que se projeta radialmente para fora e para dentro do alojamento de válvula 320 e atua sobre a extremidade superior 326b da mola 326. Passagens de fluxo, tais como um ou mais bocais 350a e 350b permitem que o fluxo de fluido 301 recebido pelo tubo 302 flua para dentro da área de fluxo 325 e do alojamento de válvula 320. O fluido da área 325 flui para dentro do furo 341 do corpo de válvula 340 através das passagens 372 no corpo de válvula 340, conforme mostrado pelas setas 370 e 380. Uma passagem relativamente pequena 374 (também referida como o "orifício de gotejamento") é provida no elemento móvel 340 para permitir o fluxo irrestrito de uma quantidade relativamente pequena de fluido 301 a partir do tubo 302 para dentro do furo 341 do corpo de válvula 340.

[0023] Ainda com referência à figura 3, a unidade de válvula 330 que inclui o corpo de válvula 340, as passagens de fluxo 350a e 350b e o orifício de gotejamento 374 são conectados ou são formados de tal modo que esses elementos possam se mover axialmente em resposta ao fluxo de fluido 301 aplicado à extremidade de entrada do poço da unidade de válvula 330. Quando o fluido 301 é suprido no tubo 302, ele atua sobre a extremidade da entrada do poço da unidade de válvula 330, na qual os bocais 350a e 350b e o orifício de gotejamento 374 permitem que o fluido 301 passe a partir do tubo 302 para dentro do furo 341 do corpo de válvula 340 através da área de fluxo 325 e das passagens 372, conforme mostrado pelas setas 380. A mola 326 que atua sobre o corpo de válvula 340 impede o corpo de válvula 340 e, desse modo, a unidade de válvula 330, de se mover para baixo. Quando a taxa de fluxo de fluido 301 é aumentada, a pressão aplicada pelo fluido 301 sobre a unidade de válvula 330, e desse modo, sobre o corpo de válvula 340, aumenta. Quando a taxa de fluxo excede um valor limite (também referido como uma taxa selecionada ou uma taxa predeterminada), a pressão aplicada sobre a unidade de válvula 330 e desse modo, sobre o corpo de válvula 340, gera uma queda de pressão ou pressão diferencial suficiente ao longo dos bocais 350a e 350b para fazer com que a unidade de válvula do elemento 330 e desse modo, o corpo de válvula 340 e a face de vedação 342, se mova para baixo impelindo a superfície de vedação 344 a encosta-se à superfície de vedação 327 do anteparo 324. Tal ação fecha a passagem de fluido a partir da área de fluxo 325 até as passagens 372 no corpo de válvula 340, impedindo desse modo o fluxo de fluido 301 da tubulação 302 através das passagens de fluxo 350a e 350b. Uma quantidade relativamente pequena do fluido 301, no entanto, continua fluindo a partir da tubulação 302 para dentro do furo 341 através do orifício de gotejamento 374. O orifício de gotejamento equaliza a pressão ao longo das passagens de fluxo 352a e 352b, o que impede a criação de uma condição de vácuo (também referida como liberação de pressão) dentro do corpo de válvula 340, conforme descrito com referência à figura 4. Contanto que a pressão aplicada pelo fluido 301 permaneça acima do valor limite, a válvula 700 continuará fechada.

[0024] A figura 4 mostra o dispositivo 300 na posição fechada. Conforme descrito acima com referência à figura 3, quando a pressão do fluido 301 está acima de um limite ou valor predeterminado, a unidade de válvula 330 que inclui o corpo de válvula 340, as passagens de fluxo 350a, 350b e o orifício de gotejamento 374 se movem para baixo até que a superfície de vedação 344 do elemento de fechamento de válvula 342 encoste-se ao anteparo 324, conforme mostrado na figura 4. A mola 326 é movida para baixo de modo correspondente pela ação do elemento 348, o qual comprime a mola, conforme mostrado pelo estado comprimido 426. Contanto que a pressão aplicada pelo fluido 301 permaneça acima do valor limite, o elemento de fechamento de válvula 342 continuará em contato por vedação com o anteparo 324, fazendo com o dispositivo permaneça fechado para que nenhum ou substancialmente nenhum fluido passe através das passagens de fluxo 350a e 350b. Uma quantidade predeterminada e relativamente pequena de fluido continua fluindo através do orifício de gotejamento 374, o que impede criação de uma condição de vácuo no corpo de válvula 340 (ou seja, impede a liberação de pressão). Quando o fluxo de fluido 701 é reduzido até uma determinada taxa, a pressão diferencial ao longo da entrada do poço e do corpo de válvula diminui até um valor que é insuficiente para manter a mola em seu estado comprimido, em cujo ponto o corpo de válvula 340 se move para cima, o que move o elemento de fechamento de válvula 342 também para cima, abrindo desse modo a passagem 325, o que permite que o fluido 301 passe a partir do tubo 302 até o corpo de válvula 340, conforme descrito com referência à figura 3 acima. Os tamanhos das passagens de fluxo 350a e 350b estão configurados para permitir um fluxo suficiente de fluido 301 através das mesmas quando o dispositivo 300 estiver aberto de modo a evitar a criação de pressão diferencial ao longo da entrada do poço 303a e no fundo de poço 303b acima de um valor desejado ou selecionado até que a taxa de fluxo de fluido 301 exceda um valor limite. O tamanho do orifício de gotejamento 374 está configurado para que o fluxo de fluido 301 que passa através do mesmo não reduza a pressão diferencial para menor do que o valor desejado quando o dispositivo é fechada conforme mostrado na figura 3. O fluxo de fluido 301, no entanto, é suficiente para que, quando a válvula se abrir rápida ou repentinamente, isso não provoque a ocorrência de uma condição de vácuo no corpo de válvula 340. Além disso, quando o dispositivo de fluxo 300 se move no poço com a válvula fechada (durante sua inversão), o orifício de gotejamento 374 permite um fluido de transferência 771 ao longo da válvula, o que impede a ferramenta operacional de liberar pressão. Durante operações de poço, a pressão hidrostática no poço (devido ao peso da coluna de fluido no poço) é maior que a pressão da formação. Se liberação de pressão ocorrer, em alguns casos, a pressão no poço abaixo do dispositivo 300 pode cair até o nível da pressão de formação, fazendo com que o fluido da formação flua para dentro do poço. Em um aspecto, o orifício de gotejamento 374 pode ser configurado para que a suspensão da coluna interna não permita que a pressão no poço caia para menos do que a pressão da formação.

[0025] Desse modo, o dispositivo de controle de fluxo 300, em um aspecto, pode ser um dispositivo de fluxo que inclui uma passagem de fluxo de gotejamento (uma válvula de checagem de gotejamento) que se fecha quando uma quantidade determinada ou uma quantidade selecionada de pressão diferencial é criada ao longo do dispositivo. O dispositivo de controle de fluxo 300 se fecha quando o fluxo de fluido aplicado ao mesmo fica acima de uma determinada taxa, o que causa uma queda de pressão ao longo do dispositivo de controle de fluxo 300, a qual excede um valor de pressão predeterminado ou selecionado. O dispositivo de controle de fluxo 300, no entanto, permanece aberto quando a coluna operacional está sendo manipulada para executar uma ou mais operações em um poço, tal como colocação da coluna operacional dentro do poço, configuração da coluna operacional para fratura uma zona em particular, suspensão da coluna operacional, etc. O orifício de gotejamento ou passagem de fluxo 374 impede a liberação de pressão, ou seja., impede uma condição de vácuo abaixo da válvula na coluna operacional, o que também pode aumentar a segurança do dispositivo de controle de fluxo para aplicações em múltiplas zonas, nas quais o dispositivo de controle de fluxo pode ser aberto e fechada várias vezes para tratar cada zona. A abertura e o fechamento do dispositivo de controle de fluxo 300 também não exige nenhuma interação com a coluna externa 120, ou seja, a manipulação da ferramenta não é necessária para abrir ou fechar o dispositivo de fluxo 300. A moção do dispositivo 300 em uma determinada velocidade no poço 101 (figura 1) enchido com um fluido de perfuração ou o suprimento de um fluido ao dispositivo 300 em uma determinada taxa ou uma combinação dos mesmos, irá abrir ou fechar o dispositivo 300. Além disso, se a coluna interna for movida para cima em uma taxa alta, a liberação de pressão pode fazer com que a coluna interna 160 seja hidraulicamente travada na coluna externa 120 e pode impedir que a coluna interna continue sendo puxada. O orifício de gotejamento 374 impede tal ocorrência. Um dispositivo de controle de fluxo feito de acordo com uma modalidade da presente invenção também é útil em aplicações em buracos abertos. Em buracos abertos, não há nenhum revestimento dentro do poço, mas os poços podem ser cobertos com uma membrana para impedir a perda de fluido a partir do poço para a formação. A liberação de pressão pode puxar a membrana para dentro do poço, expondo uma maior área à perda de fluido a partir do poço para dentro da formação. Em outras situações, a liberação de pressão pode fazer uma seção do poço, particularmente uma seção macia da formação, desmoronar e fechar o poço. Desse modo, em um aspecto, o dispositivo 300 pode impedir o desmoronamento de uma seção com buraco aberto e a perda de fluido.

[0026] A descrição supracitada refere-se a determinadas modalidades e métodos exemplares. No entanto, várias modificações se tornarão evidentes para aqueles versados na técnica, e que todas as modificações que se encontrarem dentro do escopo das reivindicações em anexo são previstas são englobadas pela descrição supracitada. As palavras "compreendendo" e "que compreende", conforme usadas nas reivindicações, devem ser interpretadas como "incluindo, mas não limitado a". Além disso, o resumo não deve ser usado para limitar o escopo das reivindicações em anexo.

Claims

1. Aparelho para uso em um poço, caracterizado pelo fato de que compreende: um alojamento tendo um eixo longitudinal para fluxo de fluido ao longo do eixo longitudinal; e um corpo de válvula tendo uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, o corpo de válvula sendo móvel em seu alojamento ao longo do eixo longitudinal, o corpo de válvula incluindo uma passagem de fluxo principal orientada ao longo do eixo longitudinal que permite que um fluido suprido na primeira extremidade do corpo de válvula para que flua através da passagem principal para dentro da área de fluxo no alojamento e um orifício de gotejamento que permite que o fluido suprido à primeira extremidade do corpo da válvula para fluir através do orifício de gotejamento para entrar no corpo de válvula, o corpo de válvula atinge uma primeira posição quando uma pressão do fluido suprido para a primeira extremidade estiver abaixo de uma taxa limite, a primeira posição permite que o fluido passe através do corpo de válvula através da passagem principal e da área de fluxo e o corpo da válvula atingindo uma segunda posição quando a pressão do fluido fornecido para a primeira extremidade estiver acima da taxa limite, a segunda posição impede o fluxo de fluido através da passagem de fluxo principal ao mesmo tempo permite que o fluido flua através do orifício de gotejamento.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o alojamento inclui um elemento de vedação e o corpo de válvula inclui um elemento de fechamento, no qual o corpo de válvula se move a partir de uma primeira posição para uma segunda posição quando o fluido suprido está acima da taxa de limite.

3. Aparelho de fluxo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o corpo de válvula possui um canal de fluxo que recebe o fluido a partir da passagem de fluxo no alojamento e do orifício de gotejamento.

4. Dispositivo de controle de fluxo, caracterizado pelo fato de que compreende; um alojamento tendo um eixo longitudinal para fluxo de fluido ao longo do eixo longitudinal; um corpo de válvula móvel em seu alojamento, ao longo do eixo longitudinal o corpo de válvula incluindo uma passagem de fluxo principal e um orifício de gotejamento em uma extremidade superior, com a passagem principal do fluxo orientada ao longo do eixo longitudinal, sendo que quando um fluido atua sobre uma extremidade superior do corpo de válvula acima de uma taxa selecionada, o corpo de válvula se move ao longo do eixo longitudinal a partir de uma posição aberta para uma posição fechada para impedir o fluxo de fluido através da passagem de fluxo principal, ao mesmo tempo permitindo que o fluido passe através do orifício de gotejamento para impedir a liberação de pressão quando o corpo de válvula se mover no alojamento ou quando um fluido for suprido no corpo de válvula acima de uma taxa selecionada, ou uma combinação dos mesmos.

5. Dispositivo de controle de fluxo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que um elemento de orientação que atua sobre o corpo de válvula faz com que o corpo de válvula permaneça na posição aberta quando a taxa do fluido que atua sobre o corpo de válvula está abaixo da taxa selecionada.

6. Dispositivo de controle de fluxo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que: o alojamento inclui uma passagem de fluxo de fluido configurada para receber o fluido a partir da passagem de fluxo principal no corpo de válvula; e o corpo de válvula inclui um dispositivo de fechamento que fecha o fluxo de fluido através da passagem de fluido no alojamento quando o corpo de válvula se mover a partir da primeira posição aberta para a segunda posição fechada.

7. Dispositivo de controle de fluxo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o corpo de válvula inclui pelo menos uma passagem de fluxo para receber o fluido a partir da passagem de fluxo no alojamento.

8. Dispositivo de controle de fluxo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o corpo de válvula possui uma primeira extremidade para receber o fluido suprido no corpo de válvula e uma segunda extremidade para receber o fluido que passa através da passagem de fluxo principal e do orifício de gotejamento.

9. Dispositivo de controle de fluxo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o alojamento inclui uma superfície de vedação na passagem de fluxo do alojamento e o corpo de válvula inclui um elemento de fechamento que encosta-se à superfície de vedação para fechar o fluxo de fluido através da passagem principal quando o corpo de válvula se mover a partir da posição aberta para a posição fechada.

10. Dispositivo de controle de fluxo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o alojamento está conectado a um substituto superior e a porção do corpo de válvula se move para dentro uma abertura no substituto superior.

11. Dispositivo de controle de fluxo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o substituto superior está conectado a uma coluna operacional configurada para executar uma operação de poço.

12. Dispositivo de controle de fluxo, caracterizado pelo fato de que compreende: um alojamento tendo um eixo longitudinal para fluxo de fluido ao longo do eixo longitudinal; e um corpo de válvula sendo móvel em seu alojamento ao longo do eixo longitudinal, o corpo de válvula tendo uma passagem de fluxo principal orientada ao longo do eixo longitudinal e um orifício de gotejamento em uma primeira extremidade do corpo de válvula próxima a uma extremidade a montante do alojamento, com a passagem de fluxo principal orientada ao longo do eixo longitudinal, em que a passagem de fluxo principal se fecha quando um fluido é suprido a primeira extremidade do corpo de válvula que excede uma taxa selecionada, e se abre quando o fluido suprido a primeira extremidade do corpo de válvula está abaixo da taxa selecionada, e no qual o orifício de gotejamento conitnua permitindo o fluido através da mesma.

13. Dispositivo de controle de fluxo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o orifício de gotejamento permite que o dispositivo de controle de fluxo se mova em um poço com o dispositivo de controle de fluxo fechado sem criar uma condição de vácuo no poço.

14. Aparelho para uso em um poço, caracterizado pelo fato de que compreende: um conjunto operacional que inclui uma coluna interna dentro de uma coluna externa, a coluna interna incluindo uma válvula configurada para fechar o fluxo de fluido através da coluna interna, no qual a válvula inclui: um alojamento tendo um eixo longitudinal para fluxo de fluido ao longo do eixo longitudinal; e um corpo de válvula sendo móvel em seu alojamento ao longo do eixo longitudinal, o corpo de válvula incluindo uma passagem de fluxo principal e um orifício de gotejamento em uma primeira extremidade do corpo de válvula próxima a uma extremidade a montante do alojamento, com a passagem de fluxo principal orientada ao longo do eixo longitudinal, sendo que a passagem de fluxo principal se fecha quando um fluido suprido a primeira extremidade do corpo de válvula excede uma taxa selecionada, e se abre quando o fluido suprido a primeira extremidade do corpo de válvula está abaixo da taxa selecionada e no qual o orifício de gotejamento permite que o fluido passe através da válvula.

15. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a coluna interna inclui uma passagem de fluido interseção, a qual permite uma comunicação fluida entre um anel localizado entre a coluna interna e a coluna externa, no qual um fluido suprido no anel acima de uma taxa selecionada atua sobre a válvula para impedir o fluxo de fluido através da passagem principal e permite que o fluido suprido no anel circule através da coluna interna.

16. Aparelho de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o orifício de gotejamento impede a criação de uma condição de vácuo na coluna interna quando a válvula se move em um poço com em condição fechada.