BR112016029985B1

BR112016029985B1 - Conjunto e método para expandir um elemento tubular em um furo de sondagem

Info

Publication number: BR112016029985B1
Application number: BR112016029985-0A
Authority: BR
Inventors: Walter STAM; Antonius Leonardus Maria Wubben; Djurre Hans Zijsling
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij B.V
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2015-06-24
Publication date: 2022-02-22
Also published as: BR112016029985A8; GB2540511A; US10036235B2; GB201619546D0; US20170145797A1; AU2015279247A1; CA2953415C; BR112016029985A2; WO2015197705A3; WO2015197705A2; AU2015279247B2; GB2540511B; CA2953415A1

Abstract

CONJUNTO E MÉTODO PARA EXPANDIR UM ELEMENTO TUBULAR EM UM FURO DE SONDAGEM. Um conjunto de expansão (1) compreende um tampão de fundo expansível (10) arranjado abaixo de um expansor primário (6) para expandir um elemento tubular (2), cujo tampão de fundo expansível (10) inclui um elemento de embainhamento tubular expansível com um meio de vedação para vedar o elemento de embainhamento expandido em uma porção inferior do elemento tubular expandido (2) e um meio de ancoragem para ancorar o elemento de embainhamento expandido na porção inferior do elemento tubular expandido. Um expansor secundário (22) é previsto para expandir radialmente o elemento de embainhamento na porção inferior do elemento tubular expandido por movimento axial do expansor secundário através do elemento de embainhamento.

Description

[001] A presente invenção se refere a um conjunto e um método para expandir um elemento tubular em um furo de sondagem. O furo de sondagem pode ser para exploração ou produção de hidrocarbonetos provenientes de um reservatório em uma formação geológica.

[002] Furos de poço para a produção de fluido hidrocarboneto geralmente são providos com revestimentos e/ou forros de aço para conferir estabilidade à parede do furo de poço e para impedir fluxo indesejado de fluido entre o furo de poço e a formação geológica circundante.

[003] Em um furo de poço convencional, o furo de poço é perfurado em seções pelo que cada seção é perfurada usando uma coluna de perfuração que tem de ser abaixada para dentro do furo de poço através de um revestimento previamente instalado. Em vista disso, o furo de poço e as subsequentes seções de revestimento diminuem de diâmetro com a profundidade. A zona de produção do furo de poço, portanto, tem um diâmetro relativamente pequeno em comparação com a porção superior do furo de poço.

[004] Foi proposto perfurar um furo de poço “mono diâmetro” pelo que o revestimento ou forro a ser instalado é radialmente expandido no furo de poço depois de abaixar até a profundidade requerida. Subsequentes seções de furo de poço, portanto, podem ser perfuradas a um diâmetro maior do que no furo de poço convenciona e, se. cada seção de revestimento é expandida até o mesmo diâmetro que a seção anterior, o diâmetro do furo de poço pode permanecer substancialmente constante com a profundidade.

[005] US 2006/0065403 A1 descreve um conjunto para expandir um membro tubular em um furo de poço usando um cone expansor que é puxado através do membro tubular por um multiplicador de força suspenso sobre a coluna de perfuração. O conjunto é provido com uma gaxeta inferior abaixo do cone expansor. A gaxeta inferior é assentada em uma seção lançadora do membro tubular e veda o membro tubular do furo de poço. Um mecanismo convencional de assentamento de gaxeta é usado para expandir e assentar a gaxeta na seção lançadora. Depois da expansão do membro tubular, a gaxeta inferior é perfurada para fora do revestimento e a porção seguinte do furo de poço é perfurada a uma próxima profundidade desejada.

[006] A gaxeta inferior convencional do conjunto conhecido é um dispositivo maciço consistindo de muitos componentes incluindo um mecanismo de assentamento. Problemas, portanto, podem surgir durante a perfuração da gaxeta usando uma broca de perfuração ou ferramenta de fresagem. Por exemplo, há um risco inerente de que componentes individuais da gaxeta se afrouxem durante a perfuração e causem danos aos cortadores da broca de perfuração ou ferramenta de fresagem.

[007] O pedido de patente US US2009/0266560 descreva um conjunto de expansão tubular provido com a tampão de fundo (118), que como, ilustrado nas Figuras 3,4,6 e 9-12, não é radialmente expandido, mas perfurado depois da expansão da parte superior do tubular.

[008] É um objetivo da invenção prever um conjunto para criar um elemento tubular expandido em um furo de sondagem estendendo-se para dentro de uma formação geológica em que o tampão de fundo é também expandido.

[009] A invenção prevê um conjunto para expandir um elemento tubular em um furo de sondagem, o conjunto compreendendo: - um expansor primário para expandir radialmente um elemento tubular por movimento axial do expansor primário através do elemento tubular; - um tampão de fundo arranjado abaixo do expansor primário, o tampão de fundo incluindo um elemento tubular de embainhamento adaptado para ser radialmente expandido em uma porção de extremidade furo abaixo do elemento tubular, o elemento de embainhamento compreendendo um meio de vedação para vedar o elemento de embainhamento na porção de extremidade furo abaixo do elemento tubular e um meio de ancoragem para ancorar o elemento de embainhamento na porção de extremidade furo abaixo do elemento tubular; e - um expansor secundário para expandir radialmente o elemento de embainhamento na porção de extremidade furo abaixo do elemento tubular por movimento axial do expansor secundário através do elemento de embainhamento.

[0010] O tampão de fundo contém relativamente poucos componentes que podem ser perfurados facilmente depois que o elemento de embainhamento tenha sido expandido e o expansor secundário tenha sido removido. Ademais, o tampão de fundo carece de componentes de assentamento que podem potencialmente se afrouxar e danificar os cortadores durante a perfuração. O meio de vedação estabelece a desejada funcionalidade de vedação e o meio de ancoragem estabelece a desejada funcionalidade de ancoragem do tampão de fundo.

[0011] Apropriadamente o tampão de fundo é provido com uma câmara de fluido, em que o expansor secundário é arranjado para ser movido através do elemento de embainhamento na direção axial do mesmo por pressão de fluido na câmara de fluido. A câmara de fluido pode estar em comunicação fluida com uma bomba na superfície via um conduto estendendo-se para dentro do furo de sondagem.

[0012] Além disso, o tampão de fundo pode ser provido com pelo menos uma saída para bombear cimento para dentro do furo de sondagem, cada saída estando em comunicação fluida com dito conduto via um furo previsto no tampão de fundo, o furo tendo uma sede para receber um tampão adaptado para fechar o furo.

[0013] Em uma modalidade o conduto compreende um conduto conectando o tampão de fundo ao expansor primário, em que o expansor secundário é arranjado para deslizar na direção axial ao longo do conduto durante a expansão do elemento de embainhamento com o expansor secundário. Também, o expansor secundário pode ser adaptado para ser movido para fora do elemento de embainhamento, em que o conduto é liberável do tampão de fundo quando o expansor secundário está fora do elemento de embainhamento.

[0014] Se f o furo de sondagem precisar ser escareado durante a extensão do conjunto, apropriadamente o tampão de fundo é provido com um escareador para escarear o furo de sondagem por rotação do tampão de fundo.

[0015] Para conservar o interior do elemento de embainhamento livre de detritos durante a extensão, o elemento de embainhamento pode ser provido com uma tampa para impedir que detritos entrem no elemento de embainhamento, a tampa sendo arranjada para ser removida do elemento de embainhamento por movimento axial do expansor secundário através do elemento de embainhamento.

[0016] A fim proteger o meio de vedação e o meio de ancoragem antes da expansão do elemento de embainhamento, apropriadamente uma luva protetora se estende em torno do elemento de embainhamento, a luva protetora sendo arranjada para deslizar em direção axial ao longo de uma porção não expandida do elemento de embainhamento por movimento axial do expansor secundário através do elemento de embainhamento. A luva protetora pode ser conectada ao expansor secundário por um dispositivo de conexão tendo uma parte axial estendendo-se a partir do expansor secundário através de uma porção não expandida do elemento de embainhamento. O dispositivo de conexão tem, por exemplo, uma parte radial estendendo-se a partir da luva protetora até a parte axial do dispositivo de conexão. Além disso, a parte radial pode ser arranjada para impedir que detritos entrem no elemento de embainhamento antes da expansão radial do elemento de embainhamento com o expansor secundário.

[0017] Apropriadamente o meio de ancoragem do elemento de embainhamento compreende um primeiro meio de ancoragem e um segundo meio de ancoragem axialmente espaçado do primeiro meio de ancoragem, em que o meio de vedação é arranjado entre o primeiro meio de ancoragem e o segundo meios de ancoragem.

[0018] A porção inferior do elemento tubular em que o elemento de embainhamento deve ser radialmente expandido, pode ser uma porção expandida do elemento tubular.

[0019] Em um outro aspecto da invenção é previsto um método de expandir um elemento tubular em um furo de sondagem, o método compreendendo as etapas de: a) prever um elemento tubular expansível adaptado para ser radialmente expandido no furo de sondagem; b) expandir radialmente o elemento tubular no furo de sondagem movendo um expansor primário na direção axial através do elemento tubular; c) arranjar um tampão de fundo furo abaixo do expansor primário, o tampão de fundo incluindo um elemento tubular de embainhamento adaptado para ser radialmente expandido em uma porção de extremidade furo abaixo do elemento tubular, o elemento de embainhamento incluindo um meio de vedação para vedar o elemento de embainhamento na porção de extremidade furo abaixo do elemento tubular e um meio de ancoragem para ancorar o elemento de embainhamento na porção de extremidade furo abaixo do elemento tubular; e d) expandir radialmente o elemento de embainhamento na porção de extremidade furo abaixo do elemento tubular movendo um expansor secundário na direção axial através do elemento de embainhamento.

[0020] Apropriadamente dita porção de extremidade furo abaixo do elemento tubular é uma porção expandida do elemento tubular, em que o elemento de embainhamento é radialmente expandido na porção de extremidade furo abaixo do elemento tubular antes de expandir radialmente uma porção superior restante do elemento tubular.

[0021] Em uma modalidade, uma quantidade de cimento é bombeada para dentro do furo de sondagem via pelo menos uma abertura de saída prevista no tampão de fundo antes de expandir radialmente dita porção inferior do elemento tubular. O cimento pode ser bombeado, por exemplo, via um furo previsto no tampão de fundo, o furo tendo uma sede para receber um dispositivo de fecho para fechar o furo. Depois de bombear a quantidade de cimento, o dispositivo de fecho é bombeado para a sede do furo de modo a fechar o furo.

[0022] O expansor secundário pode ser arranjado para ser movido na direção axial através do elemento de embainhamento por pressão de fluido em uma câmara de fluido prevista no tampão de fundo. Depois de fechar o furo pelo dispositivo de fecho, uma massa de fluido é bombeada para dentro da câmara de fluido do tampão de fundo de modo a mover o expansor secundário na direção axial através do elemento de embainhamento deste modo expandindo radialmente o elemento de embainhamento. Apropriadamente o expansor secundário deste modo desliza ao longo do conduto que interconecta o tampão de fundo e o expansor primário, e em que o expansor secundário é bombeado para fora do elemento de embainhamento e o conduto é liberado do tampão de fundo quando o expansor secundário está fora do elemento de embainhamento.

[0023] Apropriadamente as etapas de expandir radialmente o elemento tubular e expandir radialmente o elemento de embainhamento são realizadas simultaneamente pelo que a velocidade axial do expansor primário e a velocidade axial do expansor secundário são dependentes uma da outra para manter um volume de fluido no elemento tubular entre o expansor primário e o expansor secundário substancialmente constante.

[0024] A invenção vai ser descrita aqui abaixo em mais detalhe e a título de exemplo, com referência aos desenhos esquemáticos anexos em que:

[0025] A Fig. 1 mostra esquematicamente uma modalidade do conjunto da invenção antes da expansão do elemento tubular; A Fig. 2 mostra esquematicamente o conjunto depois de se bombear cimento dentro do furo de poço; A Fig. 3 mostra esquematicamente o conjunto durante expansão do elemento de embainhamento; A Fig. 4 mostra esquematicamente o conjunto depois do tampão de fundo ter sido ajustado; A Fig. 5 mostra esquematicamente o conjunto durante a perfuração do tampão de fundo; A Fig. 6 mostra esquematicamente o conjunto durante um método de operação alternativo; A Fig. 7 mostra esquematicamente o conjunto provido com uma luva protetora em torno do elemento de embainhamento; A Fig. 8 mostra esquematicamente o conjunto provido com um conduto de tampão alternativo.

[0026] Na descrição aqui abaixo e nas figuras, números de referência idênticos se referem a componentes idênticos.

[0027] A Fig. 1 mostra um conjunto 1 para expandir um elemento tubular 2 em um furo de poço 3 estendendo-se "para dentro de uma formação geológica 4. O conjunto 1 compreende um expansor primário 6 conectado a um conduto de expansão 8 suspenso no furo de poço 3 sobre uma coluna de perfuração (não mostrado) que normalmente pode ser usado para perfuração do furo de poço. O expansor primário 6 tem uma porção superior cilíndrica 6a de diâmetro substancialmente igual ao diâmetro interno do não expandido 2 e uma porção inferior cônica 6b de tamanho diametral adaptado para expandir o elemento tubular 2 para o diâmetro desejado para formar um forro no furo de poço 3. O elemento tubular 2 é suspenso sobre o expansor primário 6 pelo que a sua porção cilíndrica 6a se estende para dentro da extremidade inferior do elemento tubular 2.

[0028] O conjunto 1 compreende além do mais um tampão de fundo 10 arranjado abaixo do expansor primário 6. O tampão de fundo pode ser conectado a um conduto de tampão 12 de maneira liberável, o conduto de tampão sendo fixamente conectado à extremidade furo abaixo do conduto de expansão 8. O conduto de tampão 12, o conduto de expansão 8 e a coluna de perfuração têm um canal de fluido comum 13 para fluido bombeado a partir da superfície até o tampão de fundo 10. O tampão de fundo 10 compreende um flange 14 tendo um recesso 16 dentro do qual uma parte de extremidade furo abaixo 18 do conduto de tampão 12 se encaixa. O recesso 16 e a parte de extremidade furo abaixo 18 tem formatos hexagonais complementares de modo a permitir que torque seja transmitido entre o conduto de tampão 12 e o tampão de fundo 10, porém qualquer outro formato apropriado pode ser selecionado para permitir que torque seja transmitido. Um elemento tubular de embainhamento radialmente expansível 20 é fixamente conectado ao flange 14 e estende-se coaxialmente em torno do conduto de tampão 12. Um expansor secundário 22 é arranjado dentro do elemento de embainhamento 20, o expansor secundário tendo uma porção superior cilíndrica 22a de diâmetro substancialmente igual ao diâmetro interno do elemento de embainhamento não expandido 20 e uma porção inferior cônica 22b de diâmetro máximo adaptado para expandir o elemento de embainhamento 20 contra a superfície interna do elemento tubular 2 depois da sua expansão radial. O elemento de embainhamento 20 tem uma seção lançadora na forma de seção inferior de parede fina 24 com um diâmetro interno superdimensionado para acomodar a porção inferior cônica 22b do expansor secundário. O elemento de embainhamento inclui ainda uma seção de ancoragem inferior 26, uma seção de ancoragem superior 28 axialmente espaçada da seção de ancoragem inferior, e uma seção de vedação 30 localizada entre as seções de ancoragem inferior e superior 26, 28. Cada seção de ancoragem 26, 28 fica na superfície externa prevista com um recobrimento de material de fricção, por exemplo um recobrimento incluindo partículas de carboneto incrustadas em um substrato que é metalicamente ligado à superfície externa por meio de soldagem a laser. A seção de vedação 30 fica na superfície externa provida com vedações anulares 34.

[0029] O conduto de tampão 12 estende-se através de um furo central 36 do expansor secundário 22 de uma maneira permitindo que o expansor secundário 22 deslize em direção axial ao longo do conduto de tampão 12. O conduto de tampão 12 é provido com orifícios de fluxo 38 conectando fluidamente o canal de fluido 13 com uma câmara de fluido 40 formada entre a extremidade de grande diâmetro do expansor secundário 22 e o flange 14. Inicialmente o tamanho axial da câmara de fluido 40 é muito pequeno, mas aumenta durante a expansão do elemento de embainhamento 20 como vai ser explicado aqui abaixo. A extremidade superior do elemento de embainhamento 20 é coberta por uma tampa para detritos removível 42 tendo um furo central 44 através de que o conduto de tampão 12 se estende de uma maneira permitindo que a tampa para detritos 42 deslize em direção axial ao longo do conduto de tampão 12. A tampa para detritos 42 serve pata impedir que detritos entrem no elemento de embainhamento 20 antes da sua expansão radial. Além disso, o tampão de fundo 10 é provido com um escareador 45 tendo aberturas de saída 46 em comunicação fluida com o canal de fluido 13 via um furo 48 no flange 14, o furo 48 tendo uma sede 50 para receber um tampão traseiro 52 para fechar o furo (Fig. 2).

[0030] A Fig. 2 mostra o conjunto 1 pelo que uma coluna de cimento fluida 53 circunda o elemento tubular 2 e o conjunto 1. O tampão traseiro 52 é recebido sobre a sede do furo 48 e deste modo fecha o furo 48.

[0031] A Fig. 3 mostra o conjunto 1 depois que uma porção de extremidade furo abaixo 54 do elemento tubular 2 foi expandida pelo expansor primário 6, pelo que o tampão de fundo 10 é posicionado na porção de extremidade furo abaixo expandida 54 e o elemento de embainhamento 20 é parcialmente expandido contra a superfície interna da porção de extremidade furo abaixo expandida 54. Um volume de fluido hidráulico 56, tal como um fluido espaçador ou um fluido de perfuração, foi bombeado para dentro da câmara de fluido 40 via a coluna de perfuração, o conduto de expansão 8 e o conduto de tampão 12.

[0032] A Fig. 4 mostra o conjunto 1 depois que o elemento de embainhamento 20 foi completamente expandido contra a superfície interna da porção inferior expandida 54 do elemento tubular 2, pelo que o conduto de tampão 12 é liberado do flange 14. O expansor secundário 22 e a tampa para detritos 42 estão ainda posicionados no conduto de tampão.

[0033] A Fig. 5 mostra o conjunto 1 depois que elemento tubular 2 foi completamente expandido, e o conduto de expansão 8 e o conduto de tampão 12 junto com o expansor secundário 22 e a tampa para detritos 42 foram removidos do furo de poço 3. Uma coluna de perfuração 58 com uma broca compacta de diamante policristalino (PDC) 60 é abaixada dentro do elemento tubular expandido 2 para perfurar o restante do tampão de fundo 10. Ao invés da broca PDC 60, uma ferramenta de fresagem dedicada pode ser aplicada para perfurar o restante do tampão de fundo.

[0034] Na fig.6, é mostrado o conjunto 1 pelo que um volume de cimento fluídico 62 e um volume de fluido espaçador guiado 64 estão presentes no canal de fluido 13, os volumes 62, 64 sendo mutuamente separados por uma esfera de espuma guiada 66.

[0035] Com referência ainda à Fig.7, é mostrada uma modalidade em que o conjunto é provido com uma luva protetora 70 estendendo-se em torno da seção de vedação 30 e as seções de ancoragem 26, 28 do elemento de embainhamento 20. A luva 70 é conectada à tampa para detritos 42, que tem uma parte cilíndrica 42a que se estende para dentro do elemento de embainhamento 20 e encosta contra o expansor secundário 22.

[0036] A Fig. 8 mostra uma modalidade em que o conjunto 1 inclui um conduto de tampão 76 que é provido com um orifício de fluxo 78 conectando fluidamente o canal de fluido 13 com o espaço anular entre o conduto de tampão 76 e o elemento tubular expandido 2. O orifício de fluxo 78 é temporariamente fechado por uma válvula de contrapressão 80 que se abre a uma sobrepressão selecionada no canal de fluido 13 em relação ao espaço anular. Ao invés da válvula de contrapressão, o orifício de fluxo 78 pode ser temporariamente fechado por um disco de ruptura (não mostrado) que se abre na sobrepressão selecionada.

[0037] A operação normal do conjunto 1 é a seguinte. O conjunto 1 é abaixada dentro do furo de poço 3 sobre a coluna de perfuração pelo que opcionalmente o conjunto 1 pode ser girado para escarear seções do furo de poço 3 pelo escareador 45, e fluido de perfuração pode ser bombeado para dentro do furo de poço. Uma vez que o conjunto 1 alcançou a profundidade visada do furo de poço, o elemento tubular 2 é, na sua extremidade superior, ancorado no furo de poço 3. Subsequentemente um volume de fluido espaçador de guia (não mostrado) é bombeado para dentro do furo de poço via o canal de fluido 13 para limpar o canal de fluido de fluido de perfuração, seguido pela coluna de cimento fluídico 53 e um volume de fluido espaçador guiado 84. Ao invés de fluido espaçador guiado, pode ser usado fluido de perfuração. O fluido espaçador de guia e o cimento fluídico 53 podem ser separados por uma esfera de espuma que é esmagada ao chegar no furo 48 do tampão de fundo 10 e é liberado através das aberturas de saída 46. O cimento fluídico 53 e o fluido espaçador guiado 84 são separados pelo tampão traseiro 52 que se assenta sobre a sede 50 ao chegar no furo 48. Assim, neste estágio o volume de espaçador guiado está presente no canal de fluido 13 e a coluna de cimento circunda o tampão de fundo 10 e o elemento tubular 2. O tampão traseiro 52 fecha o furo 48 e deste modo veda o canal de fluido 13 do espaço anular em torno do conjunto 1 no furo de poço 3. O expansor primário 6 encosta contra a extremidade inferior do elemento tubular 2, portanto, cimento fluídico não pode entrar no elemento tubular 2 (Fig. 2).

[0038] Depois que o tampão traseiro 52 tenha assentado na sede 50, o expansor primário 6 é puxado para dentro do elemento tubular 2 puxando a coluna de perfuração pelo que a porção inferior 54 do elemento tubular 2 é expandida. A expansão prossegue até o tampão de fundo 10 esteja completamente dentro da porção inferior expandida 54. Embora mantendo a coluna de perfuração sob tração, pressão de fluido é aplicada no canal de fluido 13 de modo que o fluido espaçador guiado escoa via os orifícios de fluxo 38 do conduto de tampão 12 para dentro da câmara de fluido 40. O expansor secundário 22 deste modo desliza ao longo do conduto de tampão 12 afastando-se do flange 14 e expande gradualmente o elemento de embainhamento 20 contra a porção inferior expandida 54 do elemento tubular 2. A seção de ancoragem inferior 26 primeiro engata a porção inferior expandida 54, seguida pela seção de vedação 30 e subsequentemente a seção de ancoragem superior 28. Com a seção de vedação 30 engatando a porção inferior expandida 54, o elemento tubular 2 é simultaneamente ainda mais expandido com o expansor primário 6 para manter o balanço de volume na seção expandida do elemento tubular 2 entre o tampão de fundo 10 e o expansor primário 6 (Fig. 3).

[0039] Uma vez que o elemento de embainhamento 20 esteja completamente expandido contra o elemento tubular expandido 2, o expansor secundário move-se para fora do elemento de embainhamento e deste modo empurra a tampa para detritos 42 para fora do elemento de embainhamento 20. O interior do elemento de embainhamento expandido 20 é então preenchido com fluido espaçador guiado ou fluido de perfuração que pode estar contaminado com cimento. Em uma etapa subsequente, o restante do elemento tubular 2 é expandido com o expansor primário 6 pelo que o expansor secundário 22 e a tampa para detritos 42 são carregados para fora do furo de poço 3 sobre o conduto de tampão 12 (Fig. 4). Depois que o tampão de fundo 10 foi assentado na porção inferior expandida 54 do elemento tubular, pressão de fluido pode ser aplicada abaixo do expansor primário 6 via o canal de fluido 13 para estabelecer força ascendente adicional para o expansor primário 6 (auxílio hidráulico). Alternativamente, toda a força de expansão requerida para expandir o elemento tubular 2 pode ser fornecida por esta pressão de fluido, ou seja, sem aplicar força de tração à coluna de perfuração.

[0040] Uma funcionalidade de projeto das seções de ancoragem superior e inferior 26, 28 e da seção de vedação 30 é a seguinte. Quando a pressão de fluido no espaço interior do elemento de embainhamento completamemte expandido 20 é mais alta do que a pressão de fluido abaixo do tampão de fundo 10, o elemento de embainhamento é submetida a deformação em balão pelo que a seção de ancoragem inferior 26 fica firmemente pressionada contra o elemento tubular expandido 2. Inversamente, quando a pressão de fluido abaixo do tampão de fundo 10 é mais alta do que a pressão de fluido no espaço interior do elemento de embainhamento completamemte expandido 20, por exemplo devido a pressão de aplicação de êmbolo abaixo do expansor primário 6 durante a expansão do elemento tubular 2, o elemento de embainhamento é submetido a deformação de balão pelo que a seção de ancoragem superior 28 fica firmemente pressionada contra o elemento tubular expandido 2.

[0041] Depois que o cimento se curou completamemte, o tampão de fundo 10 é perfurado com a broca PDC 60 ou ferramenta de fresagem sobre a coluna de perfuração 58 pelo que o tampão de fundo é suportado pelo cimento 53 que o circunda (Fig. 5).

[0042] Em uma variação do método de aplicar o conjunto 1, o cimento 53 é bombeado para dentro do furo de poço depois que a porção inferior 54 do elemento tubular foi8 expandida e o tampão de fundo 10 foi puxado para dentro da porção inferior expandida 54. Esta abordagem pode ser seguida se houver é um risco de que o expansor secundário 22 é ativado antes que o tampão de fundo 1 esteja dentro da porção inferior 54 do elemento tubular, e.g. devido a ondas de pressão no canal de fluido 13 propagando-se para dentro da câmara de fluido 40 durante o bombeamento de cimento para dentro do furo de poço. Porém uma vez que no método alternativo há reduzido espaço anular entre a porção inferior expandida 54 do elemento tubular e o furo de poço parede, a queda de pressão requerida para bombear o cimento a uma certa vazão através do espaço anular aumenta, o que pode levar a um risco aumentado de fratura da formação em regimes de pressão críticos.

[0043] A estabilização da broca PDC ou ferramenta de fresagem 60 durante a perfuração do tampão de fundo 10 pode ser otimizada da seguinte maneira (Fig. 6). Nos métodos descritos acima o elemento de embainhamento 20 é hidraulicamente expandido com o fluido espaçador guiado 84 como um meio de pressão. Consequentemente depois da conclusão do processo de expansão o interior do elemento de embainhamento 20 é cheio com fluido espaçador guiado que pode estar contaminado com algum cimento. A fim de otimizar a estabilização da broca PDC ou ferramenta de fresagem 60 durante a perfuração do tampão de fundo 10, um volume adicional de cimento 86 é bombeado atrás do tampão traseiro 52 que é pelo menos suficiente para expandir o elemento de embainhamento 20. Uma esfera de espuma guiada 88 é bombeada atrás do cimento, opcionalmente seguida por um volume de fluido espaçador guiado (não mostrado). Depois que o tampão traseiro 52 se assentou no furo 48, o processo de instalação é continuado como descrito acima pelo que um meio de pressão usado para a expansão do elemento de embainhamento 20 é cimento e não fluido espaçador guiado ou fluido de perfuração. Durante a expansão do elemento tubular 2 a esfera de espuma guiada 88 vai ser bombeada para fora do conduto de tampão 12 para dentro do furo de poço. Assim, depois da cura do cimento o tampão de fundo 10 é envolvido por cimento curado, com opcionalmente cimento curado em excesso acima do elemento de embainhamento 20 parta mitigar o risco de danos à broca PDC ou ferramenta de fresagem 60 quando se marca o tampão de fundo 10 e pata estabelecer condições ótimas para perfuração- do tampão de fundo 10.

[0044] Além do dito acima, o risco de danos aos cortadores da broca PDC ou ferramenta de fresagem 60 quando da marcação do topo do elemento de embainhamento 20 pode ser ainda mitigado conectando uma curta seção de tubo (não mostrada) de um metal macio, por exemplo cobre, ao topo do elemento de embainhamento 20. A seção de tubo é submetida a deformação plástica devido ao carregamento pelos cortadores PDC deste modo limitando a carga de contato de pico e assim o risco de danos por impacto aos cortadores PDC.

[0045] A operação normal do conjunto 1 provido com a luva protetora 70 em torno do elemento de embainhamento 20 é substancialmente similar à operação normal do conjunto 1 descrita acima. Além disso, a luva protetora 70 protege a seção de vedação 30 e as seções de ancoragem 26, 28 durante o abaixamento do conjunto 1 para dentro do furo de poço 3. A luva 70 é axialmente fixada ao expansor secundário 22 em virtude da conexão ao mesmo da tampa para detritos 42 e as hastes espaçadoras 72. Portanto, durante a expansão do elemento de embainhamento 20, a luva 70 move-se ao longo da porção não expandida do elemento de embainhamento 20 na mesma velocidade axial que o expansor secundário 22. Desta maneira proteção ótima é fornecida para a seções de vedação e ancoragem 26, 28, 30 que só ficam expostas logo antes que o expansor secundário expande estas seções.

[0046] A operação normal do conjunto 1 provido com o conduto de tampão alternativo 76 é substancialmente similar à operação normal do conjunto 1 descrita acima exceto no que diz respeito ao seguinte. Durante a expansão do elemento de embainhamento 20 as vedações 34 engatam a parede da porção tubular expandida 54. Isto cria um volume aprisionado entre as vedações 34 e o expansor primário 6. Nos métodos descritos acima, este balanço de volume é mantido durante expansão continuada do elemento de embainhamento 20 adaptando a velocidade com que o expansor secundário 22 desliza ao longo do conduto de tampão 12 à velocidade axial do expansor primário 6 no elemento tubular 2. Durante o uso da modalidade com o conduto de tampão alternativo 76, o orifício de fluxo 78 é inicialmente fechado pela válvula de contrapressão 80 para possibilitar circulação de fluido de perfuração durante a extensão do conjunto 1 no furo e expansão hidráulica do elemento de embainhamento 20. Uma vez que as vedações 34 do elemento de embainhamento 20 engatam a parede do elemento tubular expandido 2, a pressão de fluido no espaço restringido pelo elemento tubular 2, o elemento de embainhamento 20, o expansor secundário 22 e o expansor primário 6 diminui por mais expansão do elemento tubular 2. Esta redução de pressão faz a válvula de contrapressão 80 ou disco de ruptura abrir o orifício de fluxo 78 na sobrepressão selecionada no canal de fluido 13 de modo a manter balanço de volume durante o restante do processo de expansão. Esta modalidade tem as vantagens de que a pressão hidráulica para assentar o elemento de embainhamento 20 é reduzida, de que o projeto é robusto e de que o balanço de volume é mantido automaticamemnte.

[0047] Por exemplo, se a pressão de fluido requisita na câmara de fluido para expandir o elemento de embainhamento 2 a 20 MPa (20 a 200 bar) e a sobrepressão selecionada da válvula de contrapressão 82 ou disco de ruptura é definida a 25 MPa (250 bar), a pressão máxima de colapso atuando sobre o elemento tubular expandido 2 como resultado de assentar o tampão de embainhamento não vai exceder 5 MPa (50 bar). Em um arranjo alternativo, a abertura do orifício de fluxo 78 pode ser disparada por um deslocamento axial mínimo selecionado do expansor secundário 22 no elemento de embainhamento 20.

[0048] Em uma a versão modificada do conjunto 1, o tampão de fundo 10 é adicionalmente provido com uma luva de ativação (não mostrada) posicionada no canal de fluido 13 de modo a fechar temporariamente os orifícios de fluxo 38, pelo que a luva de ativação é conectada ao conduto de tampão 12 por pinos de cisalhamento. A luva de ativação é adaptada para deslizar na direção descendente quando os pinos de cisalhamento são quebrados pelo que os orifícios de fluxo 38 ficam em comunicação fluida com o canal de fluido 13. Por chegada do tampão traseiro 52 no tampão de fundo 10, o tampão traseiro 52 é preso na luva de ativação e deste modo empurra a luva de ativação na direção descendente pelo que os pinos de cisalhamento são cisalhados fora e os orifícios de fluxo 38 são abertos. Desta maneira é impedido que o expansor secundário 22 seja inadvertidamente ativado por picos de pressão de fluido no canal de fluido 13 antes do tampão traseiro 52 ter4 chegado no tampão de fundo.

[0049] A presente invenção não é limitada às suas modalidades acima descritas, uma vez que várias modificações são concebíveis dentro do escopo de das reivindicações anexas. Por exemplo, características das respectivas modalidades podem ser combinadas.

Claims

1. Conjunto para expandir um elemento tubular (2) em um furo de sondagem, o conjunto compreendendo: - um expansor primário (6); e, - um tampão de fundo (10) arranjado abaixo do expansor primário (6); - o tampão de fundo (10) inclui um elemento tubular de embainhamento (20) adaptado para ser radialmente expandido em uma porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2), - o elemento de embainhamento (20) compreende um meio de vedação (30) para vedar o elemento de embainhamento expandido (20) na porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2) e um meio de ancoragem (26, 28) para ancorar o elemento de embainhamento (20) em uma porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2); e - o conjunto compreende ainda um expansor secundário (22) para expandir radialmente o elemento de embainhamento (20) na porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2) por movimento axial do expansor secundário (22) através do elemento de embainhamento (20); caracterizado pelo fato de que o expansor primário (6) compreende uma porção (6b) de tamanho diametral que excede um diâmetro interno do elemento tubular (2) para expandir radialmente o elemento tubular (2) por movimento axial do expansor primário (6) através do elemento tubular (2).

2. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tampão de fundo (10) é provido com uma câmara de fluido (40) para mover o expansor secundário (22) através do elemento de embainhamento (20) na direção axial do mesmo por pressão de fluido na câmara de fluido (40).

3. Conjunto de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a câmara de fluido (40) está em comunicação fluida com uma bomba na superfície via um conduto (13) estendendo-se para dentro do furo de sondagem.

4. Conjunto de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o tampão de fundo (10) é provido com pelo menos uma saída (46) para bombear cimento para dentro do furo de sondagem, cada saída (46) estando em comunicação fluida com dito conduto (13) via um furo (48) previsto no tampão de fundo (10), o furo (48) tendo uma sede para receber um tampão (52) adaptado para fechar o furo.

5. Conjunto de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que compreende um conduto (12) conectável ao conduto (13), para conectar o tampão de fundo (10) ao expansor primário (6), em que o expansor secundário (22) é arranjado para deslizar em direção axial ao longo do conduto (12) durante a expansão do elemento de embainhamento (20).

6. Conjunto de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o expansor secundário (22) é adaptado para ser movido para fora do elemento de embainhamento (20), e em que o conduto (12) é liberável do tampão de fundo (10) para ser liberado quando o expansor secundário (22) é movido para fora do elemento de embainhamento (20).

7. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o tampão de fundo (10) compreende um escareador (45) para escarear o furo de sondagem por rotação do tampão de fundo (10).

8. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o elemento de embainhamento (20) compreende uma tampa (42) para impedir que detritos entrem no elemento de embainhamento (20), a tampa (42) sendo removível do elemento de embainhamento (20) por movimento axial do expansor secundário (22) através do elemento de embainhamento (20).

9. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma luva protetora (70) estendendo-se em torno do elemento de embainhamento (20), a luva protetora (70) sendo arranjada para deslizar em direção axial ao longo de uma porção não expandida do elemento de embainhamento (20) por movimento axial do expansor secundário (22) através do elemento de embainhamento (20) e sendo conectada ao expansor secundário (22) por um dispositivo de conexão tendo uma parte axial estendendo-se a partir do expansor secundário (22) através da porção não expandida do elemento de embainhamento (20) e em que o dispositivo de conexão tem uma parte radial estendendo-se a partir da luva protetora (70) até a parte axial do dispositivo de conexão.

10. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o meio de ancoragem (26, 28) do elemento de embainhamento (20) compreende um primeiro meio de ancoragem (26) e um segundo meio de ancoragem (28) axialmente espaçado do primeiro meio de ancoragem (26), em que o meio de vedação (30) é arranjado entre o primeiro meio de ancoragem (26) e o segundo meio de ancoragem (28) e em que a porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2) é uma porção expandida do elemento tubular (2).

11. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que na condição de ancoragem, pelo que o meio de ancoragem (26, 28) engata com a porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2), o tampão de fundo (10) fica completamente dentro da porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2).

12. Método para expandir um elemento tubular em um furo de sondagem, o método compreendendo as etapas de: a) prover um elemento tubular expansível (2) adaptado para ser radialmente expandido no furo de sondagem; c) arranjar um tampão de fundo furo abaixo (10) do expansor primário (6), o tampão de fundo (10) incluindo um elemento tubular de embainhamento (20) adaptado para ser radialmente expandido em uma porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2), o elemento de embainhamento (20) incluindo um meio de vedação (30) para vedar o elemento de embainhamento (20) na porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2) e um meio de ancoragem (26, 28) para ancorar o elemento de embainhamento (20) na porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2); e, d) expandir radialmente o elemento de embainhamento (2) na porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2) movendo um expansor secundário (22) em direção axial através do elemento de embainhamento (20); caracterizado pelo fato de que entre as etapas a) e c) há uma etapa b) de b) expandir radialmente o elemento tubular (2) no furo de sondagem movendo um expansor primário (6) em direção axial através do elemento tubular (2), cujo expansor primário (6) compreende uma porção (6b) de tamanho diametral que excede um diâmetro interno do elemento tubular (2) antes da expansão.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que antes de arranjar o tampão de fundo (10) na porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2), a porção de extremidade furo abaixo (54) é expandida.

14. Método de acordo com a reivindicação 11 ou 13, caracterizado pelo fato de que a porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2) é uma porção expandida do elemento tubular (2), e em que o elemento de embainhamento (20) é radialmente expandido na porção de extremidade furo abaixo (54) do elemento tubular (2) antes de expandir radialmente uma porção superior restante do elemento tubular (2).