BR112016010467B1

BR112016010467B1 - Barreira anular, sistema de fundo de poço e método de isolamento de poço

Info

Publication number: BR112016010467B1
Application number: BR112016010467-6A
Authority: BR
Inventors: Lars Stæhr; Dean Richard Massey
Original assignee: Welltec Oilfield Solutions Ag
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2022-01-25
Also published as: EP3284902A1; EP3074590B1; US20160298414A1; MY178896A; US10190386B2; CN105765159B; CN105765159A; DK3074590T3; CA2930289A1; BR112016010467A2; RU2670315C1; AU2014351826A1; NO3074590T3; EP2876252A1; EP3074590A1; MX2016006175A; WO2015075224A1; SA516371103B1; RU2016122686A; AU2014351826B2

Abstract

barreira anular com unidade anti-colapso. barreira anular a ser expandida em uma região anular entre uma estrutura tubular de poço e uma parede de um furo de poço dentro do poço para fornecer isolamento de zona. a barreira anular compreende uma parte de metal tubular para montar como parte da estrutura tubular de poço, em que a parte de metal tubular tem uma face externa; uma manga expansível que circunda a parte de metal tubular e que tem uma face interna voltada para a parte de metal tubular e uma face externa voltada para a parede do furo de poço, em que cada extremidade da manga expansível é conectada à parte de metal tubular; e um espaço anular entre a face interna da manga expansível e a parte de metal tubular, em que o espaço anular tem uma pressão do espaço. a barreira anular compreende uma unidade anticolapso que compreende um elemento móvel entre uma primeira posição e uma segunda posição, em que a unidade anticolapso tem uma primeira entrada que está em comunicação fluida com a primeira zona, e uma segunda entrada que está em comunicação fluida com a segunda zona, e a unidade anticolapso que tem uma saída que está em comunicação fluida com o espaço anular, e na primeira posição, a primeira entrada está em comunicação fluida com a saída, igualando a primeira pressão da primeira zona com a pressão do espaço, e na segunda posição, a segunda entrada está em comunicação fluida com a saída, igualando a segunda pressão da segunda zona com a pressão do espaço.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a uma barreira anular a serexpandida em uma região anular entre uma estrutura tubular de poço e uma parede de um furo de poço dentro do poço para fornecer isolamento de zona entre uma primeira zona que tem uma primeira pressão e uma segunda zona que tem uma segunda pressão do furo de poço. Além disso, a invenção se refere a um sistema de furo de poço e a um método de isolamento de zona.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[002] Durante a completação de um poço, zonas de produçãosão fornecidas submergindo-se uma coluna de revestimento que tem barreiras anulares dentro de um furo de poço ou um revestimento do poço. Quando a coluna de revestimento está na posição correta no furo de poço ou em outro revestimento no furo de poço, as barreiras anulares são expandidas ou infladas. As barreiras anulares são, em algumas completações, expandidas por fluido pressurizado, o que requer uma certa quantidade de energia adicional. Em outras completações, um composto dentro da barreira anular é aquecido para que o composto se torne gasoso, aumentando, consequentemente, seu volume e, assim, expandindo a manga expansível.

[003] A fim de vedar uma zona entre uma estrutura tubular depoço e o furo de poço ou uma estrutura tubular interna ou uma estrutura tubular externa, uma segunda barreira anular é usada. A primeira barreira anular é expandida em um lado da zona a ser vedada, e a segunda barreira anular é expandida no outro lado dessa zona e, dessa forma, a zona é vedada.

[004] Quando expandidas, as barreiras anulares podem ser submetidas a uma pressão contínua ou uma pressão periodicamente alta do exterior, na forma de pressão hidráulica dentro do ambiente de poço ou na forma de pressão de formação. Em algumas circunstâncias, tais pressões podem fazer com que a barreira anular entre em colapso, o que pode ter graves consequências para a área que deve ser vedada pela barreira, uma vez que as propriedades vedantes são perdidas devido ao colapso. Um problema similar pode surgir quando a manga expansível é expandida por um meio de expansão, por exemplo, fluido pressurizado. Se o fluido vazar da manga, a pressão de retorno pode diminuir e a própria manga pode, assim, entrar em colapso.

[005] A capacidade da manga expandida de uma barreira anularpara suportar a pressão de colapso é, assim, afetada por muitas variáveis, tal como a resistência do material, espessura de parede, área de superfície exposta à pressão de colapso, temperatura, fluidos de poço, etc.

[006] Uma classificação de colapso alcançável atualmente para amanga expandida dentro de determinados ambientes de poço é insuficiente para todas as aplicações de poço. Dessa forma, é desejável aumentar a classificação de colapso para permitir que as barreiras anulares sejam usadas em todos os poços, especificamente em poços com uma alta pressão de redução durante a produção e a depleção. A classificação de colapso pode ser aumentada aumentando-se a espessura de parede ou a resistência do material, no entanto, isso aumentaria a pressão de expansão, o que, conforme já mencionado, não é desejável.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] É um objetivo da presente invenção superar completa ouparcialmente as desvantagens e dificuldades da técnica anterior mencionadas acima. Mais especificamente, é um objetivo fornecer uma barreira anular aprimorada que não entre em colapso, sem precisar aumentar a espessura da manga expansível.

[008] Os objetivos acima, em conjunto com inúmeros outrosobjetivos, vantagens e recursos, que ficarão evidentes a partir da descrição abaixo, são alcançados por uma solução de acordo com a presente invenção, por uma barreira anular a ser expandida em uma região anular entre uma estrutura tubular de poço e uma parede de um furo de poço dentro do poço, para fornecer isolamento de zona entre uma primeira zona que tem uma primeira pressão e uma segunda zona que tem uma segunda pressão do furo de poço, em que a barreira anular compreende:- uma parte de metal tubular para montar como parte da estrutura tubular de poço, sendo que a parte de metal tubular tem uma face externa,- uma manga expansível que circunda a parte de metal tubular e tem uma face interna voltada para a parte de metal tubular e uma face externa voltada para a parede do furo de poço, em que cada extremidade da manga expansível é conectada à parte de metal tubular, e- um espaço anular entre a face interna da manga expansível e a parte de metal tubular, em que o espaço anular tem uma pressão do espaço,em que a barreira anular compreende uma unidade anticolapso que compreende um elemento móvel pelo menos entre uma primeira posição e uma segunda posição, em que a unidade anticolapso tem uma primeira entrada que está em comunicação fluida com a primeira zona e uma segunda entrada que está em comunicação fluida com a segunda zona, e a unidade anticolapso tem uma saída que está em comunicação fluida com o espaço anular e, na primeira posição, a primeira entrada está em comunicação fluida com a saída, igualando a primeira pressão da primeira zona com a pressão do espaço e, na segunda posição, a segunda entrada está em comunicação fluida com a saída igualando a segunda pressão da segunda zona com a pressão do espaço.

[009] Em uma modalidade, a unidade anticolapso podecompreender uma válvula seletiva e o elemento pode estar compreendido na válvula seletiva.

[0010] Além disso, a unidade anticolapso pode ser disposta naface externa da parte de metal tubular ou em uma face externa da estrutura tubular de poço.

[0011] Além disso, a unidade anticolapso pode ser dispostaadjacente ou em posição limítrofe com a manga expansível.

[0012] Uma ou ambas as extremidades da manga expansívelpodem ser conectadas com a parte tubular por meio de partes de conexão, e a unidade anticolapso pode ser disposta fora do espaço anular adjacente à parte de conexão ou na mesma.

[0013] Além disso, uma das partes de conexão pode serconectada de modo deslizante à parte tubular, e outra parte de conexão pode ser conectada de modo fixo à parte tubular.

[0014] Além disso, a unidade anticolapso pode ser disposta naparte de conexão conectada de modo fixo ou adjacente à mesma.

[0015] Além disso, a saída da unidade anticolapso pode serconectada de modo fluido ao espaço anular através de um canal de fluido.

[0016] Uma barreira anular, de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, em que a primeira entrada é conectada de modo fluido à primeira zona através de um interior da estrutura tubular de poço ou da parte tubular ou a segunda entrada é conectada de modo fluido à segunda zona através de um interior da estrutura tubular de poço ou da parte tubular.

[0017] Além disso, o canal de fluido pode ser disposto na parte deconexão.

[0018] Adicionalmente, o canal de fluido pode ser disposto em umtubo ou conduto.

[0019] Além disso, a unidade anticolapso pode ser disposta naprimeira ou na segunda zona.

[0020] Além disso, um composto pode ser confinado no espaçoanular.

[0021] Além disso, o composto pode compreender nitrogênio.

[0022] Além disso, o composto pode ser termicamentedecomponível abaixo de uma temperatura de 400 °C.

[0023] Em uma modalidade, a estrutura tubular de poço podecompreender uma primeira abertura oposta à primeira zona e uma segunda abertura oposta à segunda zona, em que a segunda abertura está em comunicação fluida com a primeira entrada e a primeira abertura através de um interior da estrutura tubular de poço.

[0024] Além disso, a primeira entrada pode estar em comunicaçãofluida com a primeira zona através de um conduto que se estende através do espaço anular.

[0025] Além disso, o conduto pode se estender de modo helicoidalao redor da face externa da parte tubular.

[0026] Adicionalmente, o conduto pode ser disposto em um canalem uma parede da parte tubular.

[0027] Uma tela pode ser disposta na face externa da parte tubulare a montante da primeira entrada e/ou da segunda entrada.

[0028] Além disso, a parte tubular pode compreender uma primeiraparte tubular conectada à segunda parte tubular, a manga expansível pode ser conectada à primeira parte tubular, e a unidade anticolapso pode ser disposta oposta à segunda parte tubular.

[0029] Além disso, o elemento pode ser um pistão móvel em um alojamento de pistão entre a primeira posição e a segunda posição, em que o alojamento de pistão compreende uma mola que é comprimida quando o pistão se move em uma primeira direção.

[0030] Além disso, o elemento pode ser uma esfera móvel dentrode um alojamento entre a primeira posição e a segunda posição.

[0031] O alojamento pode ter um inserto produzido a partir de ummaterial que é mais flexível do que um material do alojamento.

[0032] Além disso, a válvula seletiva pode ter um alojamento quetem um inserto produzido a partir de metal, cerâmicas, um material elastomérico ou um material polimérico.

[0033] Além disso, a parte tubular pode compreender umaabertura de expansão que está em comunicação fluida com o interior da parte tubular e do espaço anular.

[0034] A barreira anular, conforme descrito acima, podecompreender adicionalmente uma montagem de pino de cisalhamento que conecta de modo fluido a abertura de expansão e o espaço anular, a fim de permitir que o fluido de expansão dentro da estrutura tubular de poço expanda a manga expansível.

[0035] Além disso, a montagem de pino de cisalhamento pode teruma primeira posição, na qual se permite que o fluido de expansão flua para o espaço anular, e uma segunda posição na qual a abertura de expansão é bloqueada, impedindo-se que o fluido de expansão entre no espaço anular.

[0036] Adicionalmente, a montagem de pino de cisalhamento podecompreender um elemento de cisalhamento, tal como um pino ou disco de cisalhamento, adaptado para cisalhar em uma certa pressão e forçar a montagem de pino de cisalhamento a se deslocar da primeira para a segunda posição.

[0037] O inserto pode compreender um primeiro canal conectadode modo fluido à primeira entrada e um segundo canal conectado de modo fluido à segunda entrada, e a esfera pode se mover no primeiro e no segundo canais mediante uma alteração de pressão na primeira ou na segunda zona.

[0038] Além disso, a manga expansível pode ser expandidapressurizando-se um interior da estrutura tubular de poço, e a pressão pode ser conduzida ao espaço anular através da segunda abertura e da primeira entrada da unidade anticolapso e, então, através da saída até o espaço anular.

[0039] Além disso, um composto pode ser confinado no espaçoanular, sendo que o composto é adaptado para expandir o espaço anular e, assim, a manga expansível.

[0040] Adicionalmente, a parte tubular pode compreender umaabertura de expansão expandida oposta ao espaço anular, e uma válvula unidirecional pode ser disposta na abertura de expansão.

[0041] A barreira anular pode compreender adicionalmente umamontagem de pino de cisalhamento que tem um pino ou disco de cisalhamento que cisalha em uma certa pressão durante a expansão da barreira anular.

[0042] A manga expansível da barreira anular pode ser produzidaa partir de metal. A parte tubular pode ser produzida a partir de metal.

[0043] A presente invenção se refere adicionalmente a um sistemade furo de poço que compreende:- uma estrutura tubular de poço, e- uma barreira anular, conforme definido em qualquer uma das reivindicações precedentes.

[0044] O sistema de furo de poço pode compreenderadicionalmente uma pluralidade de barreiras anulares.

[0045] Além disso, o sistema de furo de poço pode compreenderadicionalmente uma porta de fraturamento.

[0046] A presente invenção também se refere a um método de isolamento de poço para fornecer e manter o isolamento de zona entre uma primeira zona que tem uma primeira pressão e uma segunda zona que tem uma segunda pressão do furo de poço, em que o método compreende as etapas de:- posicionar uma barreira anular, conforme descrito acima, em uma estrutura tubular de poço,- expandir a manga expansível da barreira anular para fornecer isolamento de zona entre a primeira zona e a segunda zona do furo de poço, e- manter o isolamento de zona entre a primeira zona e a segunda zona quando a primeira pressão da primeira zona for mais alta do que a segunda pressão da segunda zona, igualando-se a primeira pressão da primeira zona por meio da pressão do espaço dispondo-se o elemento na primeira posição, por meio da qual a primeira entrada está em comunicação fluida com a saída, e- manter o isolamento de zona entre a primeira zona e a segunda zona quando a segunda pressão da segunda zona for mais alta do que a primeira pressão da primeira zona igualando-se a segunda pressão da segunda zona, por meio da pressão do espaço dispondo-se o elemento na segunda posição, por meio da qual a segunda entrada está em comunicação fluida com a saída.

[0047] Em uma modalidade, o método de isolamento de zonapode compreender adicionalmente a etapa de igualar a pressão do espaço por meio da primeira pressão da primeira zona quando a primeira pressão cai do alto nível, e igualar a pressão do espaço por meio da segunda pressão da segunda zona quando a segunda pressão cai a do alto nível.

[0048] Finalmente, a presente invenção se refere ao uso dabarreira anular descrita acima para manter o isolamento de zona entre uma primeira e uma segunda zonas, quando a primeira pressão da primeira zona ou a segunda pressão da segunda zona aumenta devido à perfuração ou fraturamento/fracionamento hidráulico ou durante a produção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0049] A invenção e suas diversas vantagens serão descritas emmais detalhes abaixo com referência aos desenhos esquemáticos anexos, que, para o propósito de ilustração, mostram algumas modalidades não limitadoras e em que

[0050] A Figura 1 mostra uma vista em corte transversal de umabarreira anular que tem uma unidade anticolapso,

[0051] A Figura 2 mostra uma vista de corte de outra barreiraanular,

[0052] A Figura 3 mostra uma vista em corte transversal de outrabarreira anular que tem um conduto que se estende dentro da barreira anular,

[0053] A Figura 4 mostra uma vista em corte transversal de outrabarreira anular que compreende dois módulos que são conectados de modo rosqueado,

[0054] A Figura 5 mostra uma vista em corte transversal de umaunidade anticolapso com um elemento de pistão,

[0055] A Figura 6 mostra uma vista em corte transversal de outraunidade anticolapso com um elemento de pistão,

[0056] A Figura 7 mostra uma vista em corte transversal de umaunidade anticolapso com um elemento esférico,

[0057] A Figura 8 mostra uma vista em corte transversal de outrabarreira anular que tem telas,

[0058] A Figura 9 mostra uma vista parcial de outra barreira anularem perspectiva,

[0059] A Figura 10 mostra uma vista em corte transversal de umsistema de furo de poço que tem duas barreiras anulares com as unidades anticolapso, e

[0060] A Figura 11 mostra uma vista de corte de ainda outrabarreira anular.

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

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0062] A Figura 1 mostra uma barreira anular 1 expandida em umaregião anular 2 entre uma estrutura tubular de poço 3 e uma parede interior 5 de um furo de poço 6 dentro do poço para fornecer isolamento de zona entre uma primeira zona 101 e uma segunda zona 102 do furo de poço 6. A barreira anular 1 também pode ser disposta em um revestimento e também pode ser usada como uma âncora da estrutura tubular de poço 3. A seguir, a invenção será revelada em relação à implantação diretamente em um furo de poço. A barreira anular 1 compreende uma parte de metal tubular 7 para montagem como parte da estrutura tubular de poço 3 e uma manga expansível 8 que circunda a parte de metal tubular 7. A manga expansível 8 tem uma face interna 9 voltada para a parte de metal tubular 7 e uma face externa 10 voltada para a parede interior 5 do furo de poço 6. Cada extremidade 12, 13 da manga expansível 8 é conectada à parte de metal tubular 7 que define um espaço anular 15 entre a face interna 9 da manga expansível 8 e a parte de metal tubular 7. A barreira anular 1 compreende adicionalmente uma unidade anticolapso 11 que compreende um elemento 20 móvel pelo menos entre uma primeira posição e uma segunda posição. A unidade anticolapso 11 tem uma primeira entrada 25 que está em comunicação fluida com a primeira zona 101, uma segunda entrada 26 que está em comunicação com a segunda zona 102, e uma saída 27 que está em comunicação fluida com o espaço anular 15 que tem uma pressão do espaço Ps. Na primeira posição, quando a primeira pressão P1 é mais alta do que a pressão do espaço Ps e a segunda pressão P2, a primeira entrada 25 está em comunicação fluida com a saída 27, igualando-se a primeira pressão P1 da primeira zona 101 com a pressão do espaço Ps. Na primeira posição, mais fluido entra no espaço anular, de modo que a pressão do espaço Ps seja aumentada para ser substancialmente igual à primeira pressão. Na segunda posição, quando a segunda pressão P2 é mais alta do que a pressão do espaço Ps e a primeira pressão P1, a segunda entrada 26 está em comunicação fluida com a saída 27, igualando-se a segunda pressão P2 da segunda zona 102 com a pressão do espaço P2. Na segunda posição, mais fluido entra no espaço anular de modo que a pressão do espaço Ps seja aumentada para ser substancialmente igual à segunda pressão. Dessa forma, uma pressão alta em qualquer zona é igualada, de modo que a manga expansível seja impedida de entrar em colapso.

[0063] A barreira anular 1 pode ser expandida em duas formas, asaber, confinando-se um composto 16 no espaço 15 e ativando-se o composto para gerar gás ou fluido supercrítico ou por meio de fluido pressurizado de dentro da estrutura tubular de poço 3. Ao expandir a manga expansível 8 da barreira anular 1, a estrutura tubular de poço 3 é expandida a partir de dentro, e o fluido pressurizado na estrutura tubular de poço entra no espaço 15 através da primeira entrada 25 da unidade anticolapso 11. O fluido pressurizado pressiona o elemento 20 para se mover, fornecer acesso à saída 27 que é conectada de modo fluido com o espaço 15. Ao expandir a manga expansível 8 da barreira anular 1, decompondo-se ou reagindo-se quimicamente o composto, uma válvula unidirecional ou um disco/pino de cisalhamento pode ser disposto no canal 28 conectado de modo fluido com a saída 27 para impedir que o gás ou o fluido supercrítico escape do espaço durante a expansão. O composto é termicamente decomponível abaixo de uma temperatura de 400 °C.

[0064] Após expandir a manga expansível 8 da barreira anular 1, aprimeira pressão P1 na primeira zona 101 pode aumentar, por exemplo, durante o fraturamento ou a produção e, então, a pressão do espaço Ps precisa ser igualada para ser aproximadamente igual à primeira pressão P1 a fim de evitar que a manga expansível 8 entre em colapso e, assim, rompa o isolamento entre a primeira e a segunda zonas 101, 102.

[0065] Na Figura 2, uma primeira abertura 31a na estrutura tubularde poço 3 na primeira zona 101 está em comunicação fluida com uma segunda abertura 38 na parte de metal tubular 7 oposta à segunda zona 102 através do interior 30 da estrutura tubular de poço. A primeira abertura 31a está, assim, em comunicação fluida com a primeira entrada 25 da unidade anticolapso 11, conforme indicado pelas setas, e o acesso de fluido é fornecido ao espaço 15, a primeira pressão P1 deve ser mais alta do que a pressão do espaço Ps e a segunda pressão P2. Se a segunda pressão P2 da segunda zona 102 for mais alta do que a primeira pressão P1, a pressão do espaço Ps é igualada com a segunda pressão P2 através da segunda entrada 26. A segunda pressão P2 move o elemento 20 na unidade anticolapso 11, assim, fornecendo comunicação fluida com o espaço 15.

[0066] Nas Figuras 1 e 2, a manga expansível 8 é conectada coma parte de metal tubular 7 por meio de partes de conexão 14, de modo que a manga expansível 8 seja comprimida entre as partes de conexão e a parte tubular 7. Na Figura 3, a manga expansível 8 é soldada à parte tubular 7. O canal de fluido 28 que conecta a saída 27 da unidade anticolapso 11 com o espaço 15 está nas Figuras 1 e 2 disposto nas partes de conexão 14 e na Figura 3 em uma primeira seção 21 da manga 8 na segunda extremidade 13 da manga expansível 8 como um sulco ou furo. Dessa forma, o canal de fluido 28 pode ser disposto em um tubo ou conduto 45 nas partes de conexão 14 ou na segunda extremidade da manga expansível 8.

[0067] A unidade anticolapso 11 pode compreender uma válvulaseletiva, e o elemento 20 é compreendido na válvula seletiva que se desloca para frente e para trás entre a primeira posição e a segunda posição, dependendo da pressão na primeira e na segunda zonas 101, 102. A unidade anticolapso 11 é disposta em uma face externa 4 da parte de metal tubular 7 ou em uma face externa 4 da estrutura tubular de poço 3. Conforme mostrado nas Figuras 1 e 2, a unidade anticolapso 11 é disposta adjacente à manga expansível 8, que está em posição limítrofe com as partes de conexão 14 da segunda extremidade 13 da manga expansível 8. Na Figura 3, a unidade anticolapso 11 é disposta em posição limítrofe à manga expansível 8. Na Figura 11, a unidade anticolapso 11 é disposta fora do espaço anular 15 nas partes de conexão 14.

[0068] Na Figura 3, a primeira entrada 25 da unidade anticolapso11 está em comunicação fluida com a primeira zona 101 através de um conduto 45 que se estende através do espaço anular 15. Além disso, uma tela 44 é disposta na face externa da parte tubular 7 e a montante da primeira entrada 25 e na segunda entrada 26. O conduto 45 é preso à primeira extremidade 12 da manga expansível 8 e está em comunicação fluida com a primeira zona 101 através de um canal na primeira extremidade 12 da manga expansível 8 e através de uma tela 44 ou de um filtro 44 disposto fora do espaço 15 adjacente à manga expansível 8. O fluido da primeira zona 101 flui através da tela 44, de modo que se permita que apenas partículas muito pequenas fluam com o fluido para o conduto 45 e adicionalmente para a unidade anticolapso 11 disposta na segunda zona 102. O fluido da segunda zona 102 é, da mesma forma, conduzido através de uma tela 44 ou de um filtro 44 antes de entrar na unidade anticolapso 11.

[0069] O conduto 45 mostrado nas Figuras 3 e 4 é disposto noespaço 15 e se estende de modo helicoidal ao redor da face externa 4 da parte tubular 7. O conduto 45, assim, funciona também como um meio anticolapso durante a inserção da barreira anular no furo de poço. Durante a inserção da estrutura tubular de poço 3, a manga expansível 8 pode se chocar contra projeções no furo de poço, o que pode fazer com que a manga expansível 8 entre ligeiramente em colapso para dentro se o conduto 45 não estiver presente. O conduto 45 pode ser conectado à primeira entrada 25 da unidade anticolapso 11 em outro plano em corte transversal além daquele mostrado na Figura 3. A linha pontilhada ilustra a posição da manga expansível 8 após a expansão.

[0070] Na Figura 3, a manga expansível 8 tem uma segundaseção 22 entre as duas primeiras seções 21, e as primeiras seções têm uma primeira espessura que é mais larga do que uma segunda espessura da segunda seção 22. Portanto, é exigida uma pressão de expansão mais alta para expandir as primeiras seções 21 da manga 8 do que para expandir as segundas seções 22 da manga 8. Além disso, a primeira seção 21 da manga expansível 8 tem um primeiro diâmetro interno, e a segunda seção 22 da manga expansível tem um segundo diâmetro interno. O segundo diâmetro interno é maior do que o primeiro diâmetro interno. Quando o primeiro diâmetro interno é menor do que o segundo diâmetro interno, a pressão exigida para expandir a seção da manga com o primeiro diâmetro interno é mais alta do que a pressão exigida para expandir a seção com o segundo diâmetro interno. O composto 16 no espaço anular 15 gera uma certa quantidade de energia de expansão e, se o diâmetro interno do furo de poço 6 for menor do que esperado em uma localização onde a barreira anular 1 deve ser expandida, haverá um excesso de energia de expansão. Esse excesso de energia de expansão pode, então, ser usado para também expandir a seção da manga com o menor diâmetro interno e/ou uma espessura maior. Portanto, as primeiras seções da manga funcionam como uma função de compensação de pressão passiva uma vez que a expansão dessa seção acontece quando há um excesso de energia de expansão.

[0071] A parte tubular 7 mostrada na Figura 4 é dividida em umaprimeira parte tubular 7a conectada com uma segunda parte tubular 7b. A manga expansível 8 é conectada à primeira parte tubular 7a, e a unidade anticolapso 11 é conectada à segunda parte tubular 7b. A primeira parte tubular 7a e a segunda parte tubular 7b são conectadas de modo rosqueado, e o canal de fluido 28 que conecta a saída 27 com o espaço 15 é formado por um tubo conectado à saída 27 por meio de uma conexão 39. Dessa forma, a barreira anular 1 pode ser montada a partir de um módulo de barreira anular e um módulo adicionável que compreende a unidade anticolapso 11. Uma barreira anular precisa ser qualificada a fim de que se permita que seja inserida em um furo de poço, e tal procedimento de qualificação de um módulo anticolapso separado pode ser substancialmente simplificado quando a barreira anular já é qualificada e o módulo anticolapso é um módulo não integrado na barreira anular.

[0072] Na Figura 5, a unidade anticolapso 11 é uma válvulaseletiva, e o elemento 20 da válvula é um pistão 20a móvel em um alojamento de pistão 29 entre a primeira posição e a segunda posição. O alojamento de pistão 29 tem um furo 32 no qual uma mola 31 é disposta. A mola 31 é comprimida quando o pistão 20a se move em uma primeira direção para a segunda entrada 26, e a primeira pressão é mais alta do que a pressão do espaço e a segunda pressão. O pistão 20a se move até que o acesso seja fornecido à saída 27 e, assim, até que a comunicação fluida com o espaço seja fornecida. Quando a pressão do espaço for igualada com a primeira pressão, a mola 31 força o pistão 20a de volta interrompendo-se, assim, a comunicação fluida entre a primeira entrada 25 e a saída 27, e permitindo-se comunicação fluida entre a segunda zona e o espaço.

[0073] Na unidade anticolapso 11 da Figura 6, o elemento 20compreende um pistão 20a e uma haste de pistão 33. A segunda entrada 26 é dotada de um meio de vedação 34 de modo que a haste de pistão 33 engate o meio de vedação e forneça uma vedação reserva a um anel em O fornecido ao redor do pistão 20a. Tendo-se uma haste de pistão 33, a mola 31 é, além disso, orientada durante a compressão, o que impede que a mesma fique presa.

[0074] Conforme mostrado na Figura 7, o elemento 20 podetambém ser uma esfera 20b que é móvel dentro de um alojamento 29 entre a primeira posição e a segunda posição. O alojamento 29 tem um inserto 35 produzido a partir de um material que é mais flexível do que um material do alojamento, tal como um material elastomérico. Dessa forma, o inserto 35 funciona como a vedação e a esfera 20b limpa a vedação de partículas pequenas. O inserto 35 tem um primeiro canal 36a e um segundo canal 36b, e como o inserto é desgastado durante o uso, a esfera 20b é forçada adicionalmente para o primeiro ou para o segundo canal, respectivamente. Sendo tais primeiro e segundo canais alongados produzidos a partir de um material flexível, a unidade anticolapso 11 tem capacidade de funcionar com um número mais alto de repetições do que as válvulas alternadoras normais.

[0075] Na Figura 8, a parte tubular 7 da barreira anular 1compreende uma abertura de expansão 41 disposta oposta ao espaço anular 15. A fim de impedir que o fluido escape do espaço 15 durante uma igualização de pressão, uma válvula unidirecional 42 é disposta na abertura de expansão.

[0076] Conforme mostrado, na Figura 9, a barreira anular 1compreende adicionalmente uma montagem de pino de cisalhamento 37. A montagem de pino de cisalhamento 37 tem uma porta A que recebe fluido de um interior da estrutura tubular de poço 3 através da tela 44. A porta A é conectada de modo fluido a uma porta D durante a expansão, fazendo com que o fluido de expansão dentro da estrutura tubular de poço expanda a manga expansível 8. Quando a manga expansível 8 é expandida para estar em posição limítrofe com a parede do furo de poço, a pressão se acumula e um pino ou disco de cisalhamento dentro da montagem de pino de cisalhamento cisalha o fechamento da conexão fluida a partir da porta A e abre a conexão fluida entre uma porta B e uma porta C, de modo que o fluido da segunda entrada possa ser conduzido no espaço através da montagem de pino de cisalhamento. Quando a primeira pressão aumenta na primeira zona, o fluido de uma porta E conectada com uma porta I, que é a primeira entrada 25, pressiona o elemento para se mover de modo que a comunicação fluida seja fornecida entre a porta I e uma porta H, que é a saída e, assim, adicionalmente através das portas B e C e no espaço através da porta D. Quando a segunda pressão aumenta na segunda zona, o elemento é forçado na direção oposta, e a comunicação fluida entre a porta G e a porta H é fornecida, isto é, a comunicação fluida entre a segunda entrada e a saída da unidade anticolapso 11 e, assim, o fluido é conduzido no espaço através das portas B, C e D.

[0077] Na Figura 11, uma das partes de conexão 14 é conectadade modo deslizante à parte tubular 7 e a outra parte de conexão é conectada de modo fixo à parte tubular.

[0078] Conforme mencionado, um composto 16 pode serconfinado no espaço anular 15, e o composto é adaptado para expandir o espaço anular e, assim, a manga expansível 8. Quando o composto 16 preso no espaço expansível quimicamente reage ou se decompõe termicamente abaixo de uma temperatura de 400 °C,gerando, assim, gás ou fluido supercrítico, a manga expansível 8 é expandida até que a face externa 10 da manga 8 pressione em direção à face interna 5 do furo de poço 6, como mostrado na Figura 1. Ao usar um composto encerrado 16 no espaço 15 e em uma manga expansível 8 produzida a partir de metal, a manga expansível 8 pode ser soldada ou, de outra forma, conectada fixamente à parte de metal tubular 7 sem partes de conexão.

[0079] O composto 16 compreendido no espaço 15 podecompreender nitrogênio e pode ser selecionado a partir de um grupo de dicromato de amônia, nitrato de amônia, nitrito de amônia, azida de bário, nitrato de sódio ou uma combinação dos mesmos. Esses compostos contendo nitrogênio se decompõem quando aquecidos, por exemplo, jateando-se o revestimento com vapor quente ou um fluido aquecido que aquece o composto 16 aquecendo-se a parte de metal tubular 7. Em muitos locais de poço, o vapor quente está disponível uma vez que o mesmo é usado para trazer à tona o fluido que contém hidrocarboneto do reservatório e o vapor quente pode, portanto, também ser usado para expandir barreiras anulares.

[0080] O composto 16 no espaço 15 pode estar presente na formade um pó, um pó disperso em um líquido ou um pó dissolvido em um líquido. Dessa forma, o composto 16 pode estar em um estado sólido ou líquido e o líquido pode ser água, lama ou fluido de poço. Conforme o composto 16 é aquecido, o composto se decompõe em gás ou fluido supercrítico e água, e a manga expansível 8 é, assim, expandida. O mesmo será gás ou fluido supercrítico dependendo da pressão e temperatura dentro do furo de poço. Se a pressão for mais alta do que a esperada, a decomposição criará um fluido supercrítico em vez de um gás.

[0081] A Figura 10 mostra um sistema de furo de poço 100 quecompreende duas barreiras anulares, em que cada uma tem uma unidade anticolapso 11. A unidade anticolapso 11 disposta entre as barreiras anulares tem uma primeira entrada 25 conectada de modo fluido através de uma abertura ao interior 30 da estrutura tubular de poço 3, e uma segunda entrada 26 que é conectada de modo fluido à segunda zona 102a entre as barreiras anulares. A unidade anticolapso 11 disposta na segunda zona 102a no outro lado de uma das barreiras anulares 1 tem uma entrada que é conectada de modo fluido à zona entre as barreiras anulares 102a através do conduto que se estende no espaço dessa barreira anular, e uma segunda entrada 26 conectada de modo fluido à segunda zona 102b.

[0082] Além disso, a invenção se refere a um método deisolamento de zona para fornecer e manter o isolamento de zona entre uma primeira zona 101 que tem uma primeira pressão P1 e uma segunda zona 102 que tem uma segunda pressão P2 do furo de poço 6. Primeiramente, a barreira anular 1 é posicionada em uma estrutura tubular de poço 3, então, a manga expansível 8 da barreira anular é expandida para fornecer isolamento de zona entre a primeira zona e a segunda zona do furo de poço. Quando a primeira pressão da primeira zona for mais alta do que a segunda pressão da segunda zona, o isolamento de zona entre a primeira zona e a segunda zona é mantido igualando-se a primeira pressão da primeira zona com a pressão do espaço dispondo-se o elemento 20 na primeira posição, de modo que a primeira entrada esteja em comunicação fluida com a saída. Quando a segunda pressão da segunda zona for mais alta do que a primeira pressão da primeira zona, o isolamento de zona entre a primeira zona e a segunda zona é mantido igualando-se a segunda pressão da segunda zona com a pressão do espaço dispondo-se o elemento na segunda posição, de modo que a segunda entrada esteja em comunicação fluida com a saída.

[0083] O termo fluido ou fluido de poço significa qualquer tipo defluido que possa estar presente em fundos de poços de óleo ou gás, tais como gás natural, óleo, lama de óleo, óleo bruto, água, etc. O termo gás significa qualquer tipo de composição de gás presente em um poço, completação ou orifício aberto e o termo óleo significa qualquer tipo de composição de óleo, tal como óleo bruto, um fluido que contém óleo, etc. Os fluidos de gás, óleo e água podem todos, portanto, compreender outros elementos ou substâncias diferentes de gás, óleo e/ou água, respectivamente.

[0084] O termo revestimento significa qualquer tipo de tubo,tubulação, tubular, forro, coluna, etc. usados no fundo do poço em relação à produção de óleo ou gás natural.

[0085] Embora a invenção tenha sido descrita acima em relaçãoàs modalidades preferenciais da invenção, ficará evidente para uma pessoa versada na técnica que diversas modificações são viáveis sem se afastar da invenção, conforme definido pelas reivindicações a seguir.

Claims

1. Barreira anular (1) a ser expandida em uma região anular (2) entre uma estrutura tubular de poço (3) e uma parede (5) de um furo de poço (6) dentro do poço para fornecer isolamento de zona entre uma primeira zona (101) que tem uma primeira pressão (P1) e uma segunda zona (102) que tem uma segunda pressão (P2) do furo de poço (6), a barreira anular caracterizada pelo fato de que compreende:- uma parte de metal tubular (7) para montar como parte da estrutura tubular de poço, em que a parte de metal tubular tem uma face externa (4),- uma manga expansível (8) que circunda a parte de metal tubular e que tem uma face interna (9) voltada para a parte de metal tubular e uma face externa (10) voltada para a parede do furo de poço, em que cada extremidade (12, 13) da manga expansível é conectada à parte de metal tubular, e- um espaço anular (15) entre a face interna da manga expansível e a parte de metal tubular, em que o espaço anular tem uma pressão do espaço (Ps),em que a barreira anular compreende uma unidade anticolapso (11) que compreende um elemento (20) móvel pelo menos entre uma primeira posição e uma segunda posição, em que a unidade anticolapso tem uma primeira entrada (25) que está em comunicação fluida com a primeira zona, e uma segunda entrada (26) que está em comunicação fluida com a segunda zona, e a unidade anticolapso tem uma saída (27) que está em comunicação fluida com o espaço anular e, na primeira posição, a primeira entrada está em comunicação fluida com a saída, igualando a primeira pressão da primeira zona com a pressão do espaço e, na segunda posição, a segunda entrada está em comunicação fluida com a saída, igualando a segunda pressão da segunda zona com a pressão do espaço.

2. Barreira anular, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a unidade anticolapso compreende uma válvula seletiva, e o elemento está compreendido na válvula seletiva.

3. Barreira anular, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a unidade anticolapso é disposta adjacente à manga expansível ou em posição limítrofe com a mesma.

4. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que uma ou ambas as extremidades da manga expansível é/são conectada(s) com a parte tubular por meio de partes de conexão (14), e a unidade anticolapso é disposta fora do espaço anular adjacente à parte de conexão ou na mesma.

5. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a saída da unidade anticolapso é conectada de modo fluido ao espaço anular através de um canal de fluido (28).

6. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a unidade anticolapso é disposta na primeira ou na segunda zona.

7. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a estrutura tubular de poço compreende uma primeira abertura (31a) oposta à primeira zona e uma segunda abertura (38) oposta à segunda zona, em que a segunda abertura está em comunicação fluida com a primeira entrada e a primeira abertura através de um interior (30) da estrutura tubular de poço.

8. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a primeira entrada está em comunicação fluida com a primeira zona através de um conduto (45) que se estende através do espaço anular.

9. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que uma tela (44) é disposta na face externa da parte tubular e a montante da primeira entrada e/ou da segunda entrada.

10. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 9, caracterizada pelo fato de que a válvula seletiva tem um alojamento (29) que tem um inserto (35) produzido a partir de metal, cerâmica, um material elastomérico ou um material polimérico.

11. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a parte tubular compreende uma abertura de expansão (31a, 38) que está em comunicação fluida com o interior da parte tubular e do espaço anular.

12. Barreira anular, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma montagem de pino de cisalhamento (37) que conecta de modo fluido a abertura de expansão e o espaço anular a fim de permitir que o fluido de expansão dentro da estrutura tubular de poço expanda a manga expansível.

13. Barreira anular, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a montagem de pino de cisalhamento tem uma primeira posição, na qual se permite que o fluido de expansão flua para o espaço anular e uma segunda posição na qual a abertura de expansão é bloqueada, impedindo-se que o fluido de expansão entre no espaço anular.

14. Sistema de fundo de poço (100), caracterizado pelo fato de que compreende:- uma estrutura tubular de poço, e - uma barreira anular, conforme definida em qualquer uma das reivindicações precedentes.

15. Método de isolamento de poço para fornecer e manter o isolamento de zona entre uma primeira zona (101) que tem uma primeira pressão (P1) e uma segunda zona (102) que tem uma segunda pressão (P2) do furo de poço (6), o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:- posicionar uma barreira anular (1), como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, em uma estrutura tubular de poço (3),- expandir a manga expansível (8) da barreira anular para fornecer isolamento de zona entre a primeira zona e a segunda zona do furo de poço, e- manter o isolamento de zona entre a primeira zona e a segunda zona quando a primeira pressão da primeira zona for mais alta do que a segunda pressão da segunda zona igualando-se a primeira pressão da primeira zona com a pressão do espaço dispondo- se o elemento (20) na primeira posição, de modo que a primeira entrada esteja em comunicação fluida com a saída, e- manter o isolamento de zona entre a primeira zona e a segunda zona quando a segunda pressão da segunda zona for mais alta do que a primeira pressão da primeira zona igualando-se a segunda pressão da segunda zona com a pressão do espaço dispondo-se o elemento na segunda posição, de modo que a segunda entrada esteja em comunicação fluida com a saída.