BR112017016904B1

BR112017016904B1 - Dispositivo de ferramenta de poço

Info

Publication number: BR112017016904B1
Application number: BR112017016904-5A
Authority: BR
Inventors: Espen Hiorth
Original assignee: Interwell Technology As
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2022-08-30
Also published as: WO2016124735A1; US20170370175A1; NO20150175A1; DK3253944T3; EP3253944A1; NO339646B1; EP3253944B1; BR112017016904A2; US10370933B2; MX2017010165A

Abstract

DISPOSITIVO DE FERRAMENTA DE POÇO COMPREENDENDO DISPOSITIVO DE DISTRIBUIÇÃO DE FORÇA. A presente invenção se refere a um dispositivo de ferramenta de poço (1), compreendendo: um dispositivo de mandril (10); um elemento de vedação (12) e dispositivos de suporte superior e inferior (13, 14). O dispositivo de ferramenta de poço (1) pode ser configurado entre um estado de funcionamento, no qual o elemento de vedação (12) é radialmente retraído, e um estado de ajuste, no qual o elemento de vedação (12) é radialmente expandido. Em concordância com a presente invenção, o dispositivo de ferramenta de poço (1) adicionalmente compreende um dispositivo de distribuição de pressão (20) para distribuição da pressão no elemento de vedação (12) no estado de ajuste por intermédio dos dispositivos de suporte superior e inferior (13, 14). O dispositivo de distribuição de pressão (20) compreende um dispositivo de luva (21) proporcionado radialmente no exterior do dispositivo de mandril (10) e radialmente no interior do elemento de vedação (12), onde o dispositivo de luva (21) é axialmente deslocável em um compartimento de luva (40) em relação para o dispositivo de mandril (10) e o elemento de vedação (12). O dispositivo de luva (21) compreende uma saliência superior (22) para aplicação de uma força axial direcionada descendentemente para o dispositivo de suporte superior (14) quando o dispositivo de luva (21) está em sua posição (...).

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere a um dispositivo de ferramenta de poço compreendendo um dispositivo de distribuição de força.

PANORAMA TÉCNICO

[002] Dispositivos de ferramenta de poço utilizados em poços de petróleo e/ou de gás, tais como diferentes tipos de dispositivos de obturação [plugues de ponte (bridge plugs), empacotadores (packers), etc.] tipicamente compreendem um elemento de vedação proporcionado circunferencialmente em torno de um dispositivo de mandril. Sobre cada lateral (isto é, sobre a lateral superior e sobre a lateral inferior) do elemento de vedação, dispositivos de suporte são proporcionados. O dispositivo de ferramenta de poço pode ser configurado para estar em um estado de funcionamento (um estado retraído radialmente) e um estado de ajuste (um estado radialmente expandido). O estado de funcionamento é utilizado quando funcionando o dispositivo de ferramenta de poço para o poço. No estado de ajuste, uma movimentação axial relativa entre os dispositivos de suporte está provocando que o elemento de vedação venha a ser comprimido axialmente e, portanto, para se expandir radialmente até que a superfície externa do elemento de vedação venha a estar em contato com a superfície interna da tubulação de poço. Portanto, uma vedação é proporcionada no espaço anular entre a superfície interna da tubulação de poço e o dispositivo de mandril e fluxo de fluido entre a lateral inferior da vedação e a lateral superior da vedação é prevenido.

[003] No estado de ajuste, o dispositivo de ferramenta de poço é projetado para resistir a uma diferença de pressão entre a lateral inferior do elemento de vedação e a lateral superior do elemento de vedação.

[004] O dispositivo de ferramenta de poço tipicamente também compreende um mecanismo de catraca de maneira tal a possibilitar movimentação axial de pelo menos um do dispositivo de suporte em uma (uma para frente) direção (isto é, para movimentar o elemento de vedação a partir do estado de funcionamento para o estado de ajuste), mas para prevenir movimentação do pelo menos um dispositivo de suporte na oposta (uma reversa) direção (isto é, para prevenir retração radial do elemento de vedação).

[005] Existem algumas desvantagens com estes dispositivos de ferramenta de poço do estado da técnica.

[006] Em primeiro lugar, se o dispositivo de ferramenta de poço é ajustado no poço em uma alta temperatura, uma diminuição em temperatura pode provocar que o elemento de vedação venha a encolher. Em uma tal situação, existe um risco de que o elemento de vedação pode não resistir à mesma diferença de pressão como antes da diminuição de temperatura.

[007] Em segundo lugar, quando o dispositivo de ferramenta de poço tiver sido ajustado, a pressão abaixo do elemento de vedação irá freqüentemente aumentar para uma pressão sendo mais alta do que a pressão acima do elemento de vedação, na medida em que fluxo de fluido é prevenido pelo elemento de vedação. Esta diferença de pressão irá aplicar uma força para o dispositivo de ferramenta de poço que está contribuindo para uma compressão do elemento de vedação por intermédio dos dispositivos de suporte. Entretanto, se a pressão de fluido muda, por exemplo, se a pressão acima do elemento de vedação fica igual à ou mais alta do que a pressão abaixo do elemento de vedação, existe um risco de que a força de compressão aplicada pelo dispositivo de suporte em cima do elemento de vedação irá ser reduzida.

[008] Em terceiro lugar, o mecanismo de catraca irá possibilitar alguma movimentação também na direção reversa, tipicamente um comprimento até um comprimento de dentes. Esta movimentação reversa é freqüentemente referida como a “folga” do mecanismo de catraca.

[009] Portanto, nestas situações, existe um risco de que o elemento de vedação não mais irá estar em suficiente contato com a superfície interna da tubulação de poço. Conseqüentemente, o dispositivo de ferramenta de poço não mais está de nenhuma forma trabalhando como é intencionado.

[0010] As situações anteriormente mencionadas podem ocorrer em particular em poços de injeção, onde a ferramenta de poço é refrigerada pelo fluido injetado e onde a pressão diferencial sobre o elemento de vedação irá mudar antes, durante e depois da operação de injeção, por exemplo, quando uma válvula de segurança sofre manutenção ou é testada, etc. Também, ferramentas de poço utilizadas em operações de acidificação, operações de fratura hidráulica (fracking operations) (processo de injeção de líquido a alta pressão em rochas subterrâneas, furos, etc., de modo a forçar a abertura de fissuras existentes e extrair petróleo ou gás), etc., podem ser submetidas para as condições de temperatura/pressão anteriormente mencionadas.

[0011] No estado da técnica, estes efeitos podem ser pelo menos parcialmente compensados por intermédio de molas relativamente longas [molas espirais ou molas de copo (molas de disco)] aplicando uma força axial em cima dos dispositivos de suporte em direção do elemento de vedação. A desvantagem com esta solução é a de que a mesma nem sempre funciona suficientemente. Além do mais, esta solução irá aumentar o comprimento do dispositivo de ferramenta de poço consideravelmente.

[0012] Além do mais, na medida em que molas helicoidais (molas em espiral) somente determinam uma força relativamente pequena, molas de copo têm que ser utilizadas em muitas de tais ferramentas. As molas de copo têm freqüentemente que ser endurecidas para conseguir propriedades de material satisfatórias, e se a ferramenta de poço é para ser aprovada pela NACE (National Association of Corrosion Engineers), (Associação Nacional de Engenheiros de Corrosão), somente uns poucos materiais podem ser utilizados, tais como UNS N07750, UNS R30003 e UNS R30035. Estes materiais são muito dispendiosos. Para algumas aplicações, o dispositivo de ferramenta de poço irá necessitar de uma mola de copo com um comprimento total de 150 mm - 200 mm e irá compreender cerca de 30 copos/discos.

[0013] O objetivo da presente invenção é o de proporcionar um dispositivo de ferramenta de poço onde os problemas anteriormente mencionados são solucionados.

[0014] Além do mais, muitos de tais dispositivos de ferramenta de poço são relativamente longos, o que contribui para um custo de material mais alto e para um custo de fabricação mais alto (usinagem, fresagem, etc.). Portanto, é um objetivo da presente invenção o de reduzir o comprimento de tais dispositivos de ferramenta de poço. Uma redução de comprimento irá também tornar a manipulação das ferramentas mais fácil, e possivelmente também os custos de transportamento podem ser reduzidos.

[0015] Um outro objetivo da presente invenção é o de reduzir o comprimento da mola de copo e, portanto, o de reduzir o comprimento e os custos para o dispositivo de ferramenta de poço.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0016] A presente invenção é relacionada para um dispositivo de ferramenta de poço, compreendendo: - um dispositivo de mandril; - um elemento de vedação proporcionado radialmente no exterior do dispositivo de mandril; - um dispositivo de suporte superior proporcionado no exterior do dispositivo de mandril sobre a lateral superior do elemento de vedação; - um dispositivo de suporte inferior proporcionado no exterior do dispositivo de mandril sobre a lateral inferior do elemento de vedação; - um dispositivo de alojamento superior proporcionado no exterior do dispositivo de mandril sobre a lateral superior do dispositivo de suporte superior; - um dispositivo de alojamento inferior proporcionado no exterior do dispositivo de mandril sobre a lateral inferior do dispositivo de suporte inferior; onde o dispositivo de ferramenta de poço pode ser configurado entre um estado de funcionamento, no qual o elemento de vedação é radialmente retraído, e um estado de ajuste, no qual o elemento de vedação é radialmente expandido.

[0017] A presente invenção é caracterizada pelo fato de que o dispositivo de ferramenta de poço adicionalmente compreende um dispositivo de distribuição de pressão para distribuição da pressão sobre o elemento de vedação no estado de ajuste por intermédio dos dispositivos de suporte superior e inferior, onde o dispositivo de distribuição de pressão compreende: um dispositivo de luva proporcionado radialmente no exterior do dispositivo de mandril e radialmente no interior do elemento de vedação, onde o dispositivo de luva é axialmente deslocável em um compartimento de luva em relação para o dispositivo de mandril e o elemento de vedação; onde o dispositivo de luva compreende uma saliência superior para aplicação de uma força axial direcionada descendentemente para o dispositivo de suporte superior quando o dispositivo de luva está em sua posição inferior; onde o dispositivo de luva compreende uma saliência inferior para aplicação de uma força axial direcionada ascendentemente para o dispositivo de suporte inferior quando o dispositivo de luva está em sua posição superior; onde um primeiro dispositivo de vedação é proporcionado radialmente entre a superfície interna do dispositivo de luva e a superfície externa do dispositivo de mandril.

[0018] O propósito do dispositivo de distribuição de pressão é o de distribuir a pressão ou a força aplicada para os dispositivos de suporte superior e/ou inferior de uma maneira aperfeiçoada e, portanto, o de evitar as desvantagens anteriormente mencionadas. Isto é conseguido conforme o que é definido na reivindicação de patente independente 1 acompanhante por aplicação de uma força axial direcionada descendentemente para o dispositivo de suporte superior em algumas situações e por aplicação de uma força axial direcionada descendentemente para o dispositivo de suporte superior em outras situações. Portanto, o dispositivo de distribuição de pressão pode também ser referido como um dispositivo de transmissão de pressão e/ou de força.

[0019] Em um aspecto, o dispositivo compreende um dispositivo de mola superior proporcionado axialmente entre o dispositivo de alojamento superior e o dispositivo de suporte superior.

[0020] Em um aspecto, o dispositivo de mola superior é proporcionado axialmente entre o dispositivo de suporte superior e a saliência superior.

[0021] Em um aspecto, o dispositivo de alojamento superior é conectado para o dispositivo de suporte superior por intermédio de um dispositivo de conexão superior, onde o dispositivo de conexão superior é configurado para possibilitar um deslocamento axial entre o dispositivo de suporte superior e o dispositivo de alojamento superior.

[0022] Em um aspecto, o dispositivo de alojamento superior compreende um anel saliente descendentemente formando o compartimento de luva, onde o anel saliente descendentemente possui um diâmetro interno maior do que o diâmetro externo da saliência superior do dispositivo de luva.

[0023] Em um aspecto, o dispositivo de ferramenta de poço compreende um dispositivo de mola inferior proporcionado axialmente entre o dispositivo de alojamento inferior e o dispositivo de suporte inferior.

[0024] Em um aspecto, o dispositivo de mola inferior é proporcionado axialmente entre o dispositivo de suporte inferior e a saliência inferior.

[0025] Em um aspecto, o dispositivo de alojamento inferior é conectado para o dispositivo de suporte inferior por intermédio de um dispositivo de conexão inferior, onde o dispositivo de conexão inferior é configurado para possibilitar um deslocamento axial entre o dispositivo de suporte inferior e o dispositivo de alojamento inferior.

[0026] Em um aspecto, o dispositivo de alojamento inferior compreende um anel saliente ascendentemente formando o compartimento de luva, onde o anel saliente ascendentemente possui um diâmetro interno maior do que o diâmetro externo da saliência inferior do dispositivo de luva.

[0027] Em um aspecto, as saliências superior e inferior são salientes em uma direção radial para fora a partir do dispositivo de luva.

[0028] Em um aspecto, um segundo dispositivo de vedação é proporcionado radialmente entre o dispositivo de suporte superior e a superfície de deslizamento.

[0029] Em um aspecto, um terceiro dispositivo de vedação é proporcionado radialmente entre o dispositivo de suporte inferior e a superfície de deslizamento.

[0030] A ferramenta de poço anteriormente mencionada pode ser um dispositivo de obturação (plugging device), um plugue de ponte (bridge plug), um empacotador (packer), um container elevador (straddle), um empacotador de produção (production packer), etc.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA PRESENTE INVENÇÃO

[0031] A presente invenção irá agora ser descrita por intermédio de concretizações preferidas e com referência para os desenhos, nos quais: A Figura 1 ilustra uma vista de seção transversal de um dispositivo de obturação do estado da técnica em seu estado de funcionamento; A Figura 2 ilustra uma vista de seção transversal de um dispositivo de obturação na Figura 1 em seu estado de ajuste; A Figura 3 ilustra uma vista de seção transversal de uma primeira concretização da presente invenção em seu estado de funcionamento; A Figura 4 ilustra uma vista em perspectiva do dispositivo de luva; A Figura 5 ilustra uma vista de seção transversal em perspectiva da primeira concretização da presente invenção no estado de funcionamento; A Figura 6 ilustra uma vista de seção transversal da primeira concretização da presente invenção no estado de ajuste; A Figura 7 ilustra uma vista de seção transversal da primeira concretização da presente invenção na qual o dispositivo de luva está em sua posição de extremidade inferior; A Figura 8 ilustra uma vista de seção transversal da primeira concretização da presente invenção na qual o dispositivo de luva está em sua posição de extremidade superior; A Figura 9 ilustra uma vista de seção transversal da primeira concretização da presente invenção na qual o dispositivo de luva está em uma posição central, com o dispositivo de mola em um primeiro estado; A Figura 10 ilustra uma vista de seção transversal da primeira concretização da presente invenção na qual o dispositivo de luva está em uma posição central, com o dispositivo de mola em um segundo estado; A Figura 11 ilustra uma vista em perspectiva do dispositivo de alojamento superior; e: A Figura 12 ilustra uma vista em perspectiva do dispositivo de suporte superior.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0032] Na descrição a seguir, a expressão “lateral superior” ou similar tem a significação de descrever a lateral dos Desenhos das Figuras acompanhantes que são as mais próximas para a lateral de topo do poço, enquanto a expressão “lateral inferior” ou similar tem a significação de descrever a lateral dos Desenhos das Figuras acompanhantes que são as mais próximas para o fundo do poço.

[0033] Agora, referência é feita para a Figura 1 e para a Figura 2, que ilustram um dispositivo de ferramenta de poço (1) do estado da técnica sendo uma parte de um dispositivo de obturação. Deveria ser observado que somente a seção de metade superior do dispositivo de ferramenta de poço (1) é mostrada na Figura 1 e na Figura 2, onde uma linha tracejada (1) indica o eixo geométrico central do dispositivo de ferramenta de poço (1).

[0034] O dispositivo de ferramenta de poço (1) compreende um dispositivo de mandril (10) com um furo de lado a lado (11). O dispositivo de mandril (10) é tipicamente cilíndrico.

[0035] O dispositivo de ferramenta de poço (1) adicionalmente compreende um elemento de vedação (12) proporcionado radialmente em torno do dispositivo de mandril (10), isto é, o elemento de vedação (12) é proporcionado circunferencialmente em torno do dispositivo de mandril (10). Sobre a lateral oposta (sobre a lateral à esquerda na Figura 1 e na Figura 2), um dispositivo de suporte superior (13) é proporcionado e sobre a lateral inferior (sobre a lateral à direita na Figura 1 e na Figura 2), um dispositivo de suporte inferior (14) é proporcionado. Pelo menos um dos dispositivos de suporte (13, 14) pode ser deslocado axialmente em relação para o dispositivo de mandril (10) em direção do elemento de vedação (12), em conseqüência disso provocando compressão axial e expansão radial do elemento de vedação (12). Na Figura 1, os dispositivos de suporte (13, 14) e o elemento de vedação (12) estão em sua posição inicial, aqui o dispositivo de ferramenta de poço (1) está em seu estado de funcionamento. Como é mostrado, existe uma folga entre a superfície externa do dispositivo de ferramenta de poço (1) e a superfície de poço indicada por linha (WP). Na localização desejada do poço, o pelo menos um dispositivo de suporte (13, 14) é deslocado axialmente em direção do elemento de vedação (12), provocando que o mesmo venha para o seu estado de ajuste ilustrado na Figura 2. Aqui, o elemento de vedação (12) está vedando tanto contra a superfície externa do dispositivo de mandril (10) e quanto contra a superfície interna da tubulação de poço WP. Conseqüentemente, fluxo de fluido no espaço anular no exterior do dispositivo de mandril (10) entre a lateral superior do elemento de vedação (12) e a lateral inferior do elemento de vedação (12) é prevenido.

[0036] Na Figura 1 e na Figura 2, também dispositivos de alojamento (15) e (16) são indicados. Os dispositivos de alojamento (15, 16) são proporcionados radialmente no exterior do dispositivo de mandril (10) e podem ser utilizados para acionar os dispositivos de suporte (13, 14) por intermédio das ferramentas de ajuste/de recuperação. Deveria ser observado que um dos dispositivos de alojamento (15, 16) pode ser fixado para o dispositivo de mandril (10). É também possível que ambos dos dispositivos de alojamento (15, 16) venham a ser fixados para o dispositivo de mandril (10), em tal caso, um adicional elemento de acionamento (não mostrado) proporcionado no interior ou no exterior de um dos dispositivos de alojamento (15, 16) é utilizado para acionar o/s dispositivo/s de suporte (13, 14) por intermédio das ferramentas de ajuste/de recuperação.

[0037] Agora, referência é feita para a Figura 3. Aqui, é mostrado que o dispositivo de ferramenta de poço (1) compreende um dispositivo de mandril (10) e um elemento de vedação (12) proporcionado radialmente no exterior do dispositivo de mandril (10). Um dispositivo de suporte superior (13) é proporcionado no exterior do dispositivo de mandril (10) sobre a lateral superior do elemento de vedação (12) e um dispositivo de suporte inferior (14) é proporcionado no exterior do dispositivo de mandril (10) e sobre a lateral inferior do elemento de vedação (12). Na Figura 3, o dispositivo de mandril (10) possui um furo de lado a lado (11).

[0038] Também na Figura 3, o eixo geométrico central (I) é indicado com uma linha tracejada.

[0039] Na Figura 3, o dispositivo de ferramenta de poço (1) adicionalmente compreende um dispositivo de alojamento superior (15) proporcionado no exterior do dispositivo de mandril (10) sobre a lateral superior do dispositivo de suporte superior (13), e um dispositivo de alojamento inferior (16) proporcionado no exterior do dispositivo de mandril (10) sobre a lateral inferior do dispositivo de suporte inferior (14).

[0040] [0053] Na presente concretização da presente invenção, os dispositivos de suporte superior e inferior (13, 14) e os dispositivos de alojamento superior e inferior (15, 16) são movíveis em uma direção axial em relação para o dispositivo de mandril (10). Entretanto, em uma concretização alternativa da presente invenção, um dos dispositivos de alojamento (15, 16) pode ser fixado para o dispositivo de mandril (10).

[0041] Na Figura 3, o estado de funcionamento é ilustrado, onde o elemento de vedação (12) é radialmente retraído. Como é mostrado, existe uma distância entre o dispositivo de ferramenta de poço (1) e a superfície interna da tubulação de poço, indicada pelas linhas (WP).

[0042] O dispositivo de ferramenta de poço (1) adicionalmente compreende um dispositivo de distribuição de pressão (20), para distribuição da pressão sobre o elemento de vedação (12) no estado de ajuste por intermédio dos dispositivos de suporte superior e inferior (13, 14). Mais especificamente, o dispositivo de distribuição de pressão (20) está distribuindo ou transmitindo a pressão de fluido diferencial sobre o elemento de vedação (12) no estado de ajuste por intermédio dos dispositivos de suporte superior e inferior (13, 14) adicionalmente para o elemento de vedação (12). A função do dispositivo de distribuição de pressão (20) irá ser descrita adicionalmente em detalhes posteriormente.

[0043] Na Figura 3, é mostrado que o dispositivo de distribuição de pressão (20) compreende um dispositivo de luva (21) proporcionado radialmente no exterior do dispositivo de mandril (10) e radialmente no interior do elemento de vedação (12). O dispositivo de luva (21) é mostrado na Figura 4 e é substancialmente cilíndrico. Este dispositivo de luva (21) possui uma superfície externa (24) e uma superfície interna (25). A superfície externa (24) está em contato com o elemento de vedação (12), e a superfície interna (25) está em contato com a superfície externa do dispositivo de mandril (10). Conseqüentemente, o elemento de vedação (12) não está em contato com o dispositivo de mandril (10).

[0044] No estado de ajuste, o elemento de vedação (12) está vedando em direção da superfície interna da tubulação de poço (WP) e está também vedando em direção do dispositivo de luva (21). Um primeiro dispositivo de vedação (41) é proporcionado radialmente entre a superfície interna (25) do dispositivo de luva (21) e a superfície externa do dispositivo de mandril (10), isto é, o primeiro dispositivo de vedação (41) é circunferencialmente proporcionado no exterior do dispositivo de mandril (10) e circunferencialmente proporcionado no interior do dispositivo de luva (21). O propósito do primeiro dispositivo de vedação (41) é o de prevenir fluxo de fluido entre o dispositivo de mandril (10) e o dispositivo de luva (21).

[0045] Na Figura 3, na Figura 4 e na Figura 5, é mostrado que o dispositivo de luva (21) é feito de duas partes, uma primeira seção de luva (21a) e uma segunda seção de luva (21b) que são conectadas por intermédio de uma interface de conexão rosqueada indicada na Figura 5 com o número de referência (21c). Isto irá simplificar a montagem do dispositivo de ferramenta de poço (1).

[0046] O dispositivo de luva (21) adicionalmente compreende uma saliência superior (22) saliente em uma direção radial para fora a partir do dispositivo de luva (21) e uma saliência inferior (23) saliente em uma direção radial para fora a partir do dispositivo de luva (21). A saliência superior e a saliência inferior (22, 23) podem ser proporcionadas como flanges circunferencialmente contínuos no exterior do dispositivo de luva (21), como são indicados na Figura 4. Entretanto, é possível proporcionar a saliência superior e a saliência inferior (22, 23) como diversas saliências espaçadas separadas distribuídas em torno da circunferência do dispositivo de luva (21).

[0047] O compartimento de luva (40) possui um comprimento (L40) que é consideravelmente mais longo do que o comprimento (L21) do dispositivo de luva (21), como é indicado na Figura 3. Na presente concretização da presente invenção, o comprimento (L40) do compartimento de luva (40) no estado de funcionamento é de mais do que duas vezes o comprimento (L21) do dispositivo de luva (21). Deveria ser observado que isto irá depender do comprimento do elemento de vedação (12) no estado de funcionamento e no estado de ajuste, [isto é, a taxa de compressão do elemento de vedação (12)]. O compartimento de luva (40) deveria ser suficientemente longo para possibilitar movimentação do dispositivo de luva (21) no estado de ajuste, isto é, a movimentação do dispositivo de luva (21) não deveria ser limitada pelo comprimento do compartimento de luva (21) no estado de ajuste.

[0048] O dispositivo de luva (21) é axialmente deslocável em um compartimento de luva (40) em relação para o dispositivo de mandril (10) e para o elemento de vedação (12). Deveria ser observado que o elemento de vedação (12) e o primeiro dispositivo de vedação (41) irão proporcionar fricção e, portanto, pelo menos alguma pressão tem que ser aplicada para o dispositivo de luva (21) de maneira tal a deslocar o mesmo axialmente em relação para o elemento de vedação (12) e para o dispositivo de mandril (10).

[0049] Na Figura 3, é mostrado que os dispositivos de suporte superior e inferior (13, 14) cada um possui uma superfície de contato (13a, 14a), respectivamente, para contato com a superfície externa (24) do dispositivo de luva (21). Os dispositivos de suporte superior e inferior (13, 14) são axialmente deslocáveis em relação para a superfície externa (24). Entretanto, o deslocamento axial do dispositivo de suporte superior (14) é limitado pela saliência superior (22) e o deslocamento axial do dispositivo de suporte inferior (13) é limitado pela saliência inferior (23), na medida em que estas saliências (22, 23) são salientes radialmente a partir da superfície externa (24).

[0050] Um segundo dispositivo de vedação (42) pode ser proporcionado radialmente entre o dispositivo de suporte superior (13) e a superfície externa (24). Um terceiro dispositivo de vedação (43) pode ser proporcionado radialmente entre o dispositivo de suporte inferior (14) e a superfície de deslizamento (23). O primeiro, o segundo e o terceiro dispositivos de vedação (41, 42, 43) podem ser O-rings [anéis em (O)] ou outros tipos de dispositivos de vedação.

[0051] O dispositivo de alojamento superior (15) compreende um anel saliente descendentemente (15a), possuindo um diâmetro interno maior do que o diâmetro externo da saliência superior (22) do dispositivo de luva (21). Portanto, o anel saliente descendentemente (15a) forma um “copo”, onde o espaço no interior do copo forma a parte superior do compartimento de luva (40).

[0052] O anel saliente descendentemente (15) é também ilustrado na Figura 11, formando o compartimento de luva (40). Como se mostra na Figura 11, também a abertura (15b) para o dispositivo de mandril (10) é mostrada.

[0053] De maneira similar, o dispositivo de alojamento inferior (15) compreende um anel saliente ascendentemente (16a), possuindo um diâmetro interno maior do que o diâmetro externo da saliência inferior (23) do dispositivo de luva (21). Portanto, o anel saliente ascendentemente (16a) forma um “copo”, onde o espaço no interior do copo forma a parte inferior do compartimento de luva (40).

[0054] Na presente concretização da presente invenção, os dispositivos de suporte superior e inferior (13, 14) são conectados para a superfície externa dos anéis salientes descendentemente e ascendentemente (15a, 16a), por intermédio de dispositivos de conexão (18, 19), respectivamente. Os dispositivos de conexão (18, 19) estão provocando que os respectivos dispositivos de alojamento (15, 16) venham a ser conectados para seus dispositivos de suporte adjacentes (13, 14). Os dispositivos de conexão (18, 19) são dispositivos de conexão flexíveis possibilitando uma movimentação axial limitada entre o dispositivo de suporte e o dispositivo de alojamento. Na presente concretização da presente invenção, o dispositivo de conexão (18, 19) pode ser uma conexão de parafuso (de cavilha) flexível na forma de um pino de tensão ranhurado, pinos usinados, pinos de cavilha, pinos de cavilha ocos, pinos de cavilha (ranhurados) de mola, etc., inseridos através de uma abertura (18a) do dispositivo de suporte (13) (indicado na Figura 12) e para uma ranhura (um entalhe) (18b) (indicada na Figura 11) na superfície externa do anel saliente (15a), onde uma pequena movimentação do parafuso (18c) (Figura 3) na ranhura (18b) é possível na direção axial do dispositivo de ferramenta de poço (1).

[0055] Deveria ser observado que o dispositivo de alojamento superior (15) mostrado na Figura 11 é similar para o dispositivo de alojamento inferior (16), e que o dispositivo de suporte superior (13) mostrado na Figura 12 é similar para o dispositivo de suporte inferior (14).Deveria ser observado que os dispositivos de conexão (18, 19) podem compreender dispositivos de conexão rosqueados possibilitando uma movimentação axial limitada entre os respectivos dispositivos de suporte e dispositivos de alojamento, por exemplo, dispositivos de conexão rosqueados onde as roscas são espaçadas separadas para possibilitar tal movimentação. Na Figura 3, é mostrado que o dispositivo de ferramenta de poço (1) adicionalmente compreende um dispositivo de mola superior (31) proporcionado axialmente entre o anel saliente descendentemente (15a) e o dispositivo de suporte superior (13). Como é mostrado na Figura 3, na medida em que o anel saliente descendentemente (15a) possui um diâmetro interno maior do que o diâmetro externo da saliência superior (22) do dispositivo de luva (21), o dispositivo de mola superior (31) é também proporcionado axialmente entre a saliência superior (22) e o dispositivo de suporte superior (13). Além do mais, o dispositivo de mola superior (31) é proporcionado radialmente entre a superfície externa (24) do dispositivo de luva (21) e o dispositivo de suporte superior (13). Portanto, o dispositivo de mola (31) irá ser axialmente comprimido quando o dispositivo de luva (21) e o dispositivo de suporte superior (13) se movimentam um em direção do outro devido para o fato da saliência radial (22). O dispositivo de mola (31) irá também ser comprimido quando o dispositivo de alojamento superior (15) e o dispositivo de suporte superior (13) se movimentam um em direção do outro.

[0056] De maneira similar, o dispositivo de ferramenta de poço (1) adicionalmente compreende um dispositivo de mola inferior (32) proporcionado axialmente entre o anel saliente ascendentemente (16a) e o dispositivo de suporte inferior (14). Como é mostrado na Figura 3, na medida em que o anel saliente ascendentemente (16a) possui um diâmetro interno maior do que o diâmetro externo da saliência inferior (23) do dispositivo de luva (21), o dispositivo de mola inferior (32) é também proporcionado axialmente entre a saliência inferior (23) e o dispositivo de suporte inferior (14). Além do mais, o dispositivo de mola inferior (32) é proporcionado radialmente entre a superfície externa (24) do dispositivo de luva (21) e o dispositivo de suporte inferior (22). Portanto, o dispositivo de mola (32) irá ser axialmente comprimido quando o dispositivo de luva (21) e o dispositivo de suporte inferior (14) se movimentam um em direção do outro devido para o fato da saliência radial (23), o dispositivo de mola inferior (32) irá também ser comprimido quando o dispositivo de alojamento inferior (16) e o dispositivo de suporte inferior (14) se movimentam um em direção do outro.

[0057] Um compartimento (31a) para o dispositivo de mola superior (31) é indicado radialmente no interior do dispositivo de suporte superior (13) na Figura 12. Um correspondente compartimento para o dispositivo de mola inferior (32) irá estar presente no dispositivo de suporte inferior (14).

[0058] Deveria ser observado que as molas de copo (31, 32) na Figura 3 não são completamente comprimidas ou não são de todo comprimidas.

[0059] Agora, referência é feita para a Figura 6, onde o dispositivo de ferramenta de poço (1) está em seu estado de ajuste. Como se mostra, uma movimentação axial entre os dispositivos de suporte superior e inferior (13, 14) trouxe o elemento de vedação (12) a partir de seu estado radialmente retraído (o estado de funcionamento) para o estado radialmente expandido (o estado de ajuste). É também mostrado que a superfície externa do elemento de vedação (12) está em contato com a superfície interna da tubulação de poço (WP). Devido para o fato da descrição anteriormente apresentada da conexão entre os dispositivos de suporte e seus respectivos dispositivos de alojamento, existe também uma movimentação axial relativa entre os dispositivos de alojamento um em direção do outro como se mostra Figura 6.

[0060] Como é mostrado, o compartimento de luva (40) possui um comprimento (L40) no estado de ajuste que é mais curto do que o comprimento (L40) no estado de funcionamento. Na presente concretização da presente invenção, o comprimento (L40) do compartimento de luva (40) no estado de ajuste é de quase duas vezes o comprimento (L21) do dispositivo de luva (21).

[0061] Deveria ser observado que se o furo (11) é um furo de lado a lado, fluido pode fluir no interior do dispositivo de mandril (10). Tais dispositivos de ferramenta de poço são freqüentemente referidos como empacotadores (packers). Se o furo (11) é terminado, o dispositivo de ferramenta de poço é freqüentemente referido como plugues de ponte (bridge plugs). O dispositivo de ferramenta de poço (1) pode também compreender um mecanismo de abertura e/ou de fechamento proporcionado no furo (11), de maneira tal a possibilitar que o furo (11) venha a ir a partir de um estado aberto para um estado fechado ou venha a ir a partir de um estado fechado para um estado aberto. O mecanismo de abertura e/ou de fechamento pode ser um dispositivo de válvula, um disco de vidro frágil, etc.

[0062] Na Figura 5 é mostrado que o dispositivo de ferramenta de poço (1) compreende um dispositivo de obstrução (50) compreendendo um disco de vidro frangível (51) que previne fluxo de fluido através do furo (11). Um dispositivo de pino (52) com um mecanismo de ruptura é proporcionado através de uma abertura no disco de vidro frangível (51). Se o dispositivo de pino (52) é forçado adicionalmente através do disco de vidro frangível (51), o mecanismo de ruptura irá provocar que o disco de vidro frangível (51) venha a quebrar e, portanto, fluxo de fluido é possibilitado através do furo (11).

[0063] Na Figura 5 é também mostrado que o dispositivo de ferramenta de poço (1) compreende um mecanismo de catraca (60) compreendendo dentes de catraca (61) sobre a superfície externa do dispositivo de mandril (10) e uma correspondente luva de catraca (62) fixada para o alojamento inferior (16). Como mencionado na introdução anteriormente, o mecanismo de catraca (60) possibilita movimentação axial de pelo menos um do dispositivo de suporte em uma direção para movimentar o elemento de vedação a partir do estado de funcionamento para o estado de ajuste, mas previne movimentação do pelo menos um dispositivo de suporte na direção oposta para prevenir retração radial do elemento de vedação.

[0064] Além do mais, deveria ser observado que o dispositivo de ferramenta de poço (1) pode ser utilizado em muitos diferentes tipos de ferramentas de poço, tais como aquelas mencionadas na introdução e na descrição anteriormente. Portanto, o dispositivo de ferramenta de poço (1) pode compreender diversos componentes/elementos não descritos em detalhes aqui, tais como dispositivos de ancoragem para ancoragem da ferramenta para a superfície interna do furo de poço antes que o elemento de vedação venha a ser trazido para seu estado de ajuste, interfaces de conexão para ferramentas de ajuste (de configuração), ferramentas de recuperação, etc.

[0065] Algumas situações irão agora ser descritas para o dispositivo de ferramenta de poço (1).

[0066] Na Figura 7, que é similar para a Figura 6, o dispositivo de ferramenta de poço (1) foi ajustado em uma tubulação de poço. Depois da operação de ajuste, a pressão de poço se tornou mais alta sobre a lateral superior do elemento de vedação (12) do que sobre a lateral inferior do elemento de vedação (12). Se a diferença de pressão entre a lateral superior e a lateral inferior é suficientemente alta, o dispositivo de luva (21) irá se movimentar para a posição mostrada na Figura 7, e a saliência superior (22) irá aplicar uma pressão para o dispositivo de suporte superior (13), que irá manter a pressão a partir do dispositivo de suporte superior (13) para o elemento de vedação (12).

[0067] Na Figura 8, a pressão muda, e a pressão se torna mais alta sobre a lateral inferior do elemento de vedação (12) do que sobre a lateral superior do elemento de vedação (12). A diferença de pressão irá agora provocar que o dispositivo de luva (21) venha a se movimentar ascendente a partir da posição que é mostrada na Figura 7 para a posição que é mostrada na Figura 8. A saliência inferior (23) irá aplicar uma pressão para o dispositivo de suporte inferior (14) e adicionalmente para o elemento de vedação (12). Portanto, uma pressão irá ser aplicada para a lateral inferior do elemento de vedação (12), e a força de compressão a partir dos dispositivos de suporte para o elemento de vedação (12) é distribuída mais uniformemente novamente.

[0068] Na Figura 9, o dispositivo de luva (21) está em uma posição intermediária, isto é, uma posição entre as posições que são mostradas na Figura 7 e na Figura 8. Portanto, a pressão sobre a lateral inferior do elemento de vedação (12) é substancialmente igual para a pressão sobre a lateral superior do elemento de vedação (12).

[0069] Na Figura 10, o elemento de vedação (12) se tornou menor do que na Figura 6, na Figura 7 ou na Figura 8, por exemplo, devido para o fato de um declínio em temperatura. Deveria ser observado que a redução em tamanho é um pouco exagerada na Figura 10. Aqui, é mostrado que os dispositivos de mola (31, 32) são menos comprimidos do que na Figura 9, mas que os mesmos ainda transferem uma força de compressão a partir dos respectivos dispositivos de alojamento superior e inferior (15, 16) por intermédio dos dispositivos de saliência (15a, 16a) para os respectivos dispositivos de suporte superior e inferior (13, 14).

[0070] De uma maneira similar, os dispositivos de mola (31, 32) podem prevenir menor movimentação indesejada dos dispositivos de suporte (13, 14), tal como a movimentação de folga do mecanismo de catraca descrito anteriormente na introdução.

[0071] Em concordância com o anteriormente descrito, em situações “normais”, as forças de compressão axiais aplicadas a partir dos dispositivos de alojamento superior e inferior (15, 16) para os dispositivos de suporte superior e inferior (13, 14) irão proporcionar uma suficiente compressão axial e, portanto, uma suficiente expansão radial do elemento de vedação (12). Entretanto, o dispositivo de luva (21) irá, por intermédio da saliência superior (22), aplicar uma força axial direcionada descendentemente para o dispositivo de suporte superior (14) quando o dispositivo de luva (21) está em sua posição inferior. Além do mais, o dispositivo de luva (21) irá, por intermédio da saliência inferior (23), aplicar uma força axial direcionada ascendentemente para o dispositivo de suporte inferior (15) quando o dispositivo de luva (21) está em sua posição superior.

[0072] Um protótipo da concretização da presente invenção descrita anteriormente foi testado e descoberto como preencher o requerimento da norma ISO 143 10 Grade V0, isto é, nenhum vazamento de gás durante 5 períodos de teste de 15 minutos cada. A temperatura foi ciclada a partir de 130 0C para 30 0C e de volta para 130 0C. A pressão foi ciclada em 5.000 psi a partir de abaixo, de acima e de abaixo em temperatura ambiente e adicionalmente a partir de abaixo em baixa temperatura e último ciclo de pressão em alta temperatura a partir de abaixo.

[0073] Os dispositivos de mola (31, 32) do protótipo cada um possui um comprimento de 6 mm no estado não comprimido. Portanto, o comprimento total dos dispositivos de mola (31, 32) é de 24 mm, consideravelmente mais curto do que os dispositivos de mola de algumas ferramentas de poço do estado da técnica possuindo um comprimento de 200 mm - 300 mm no estado não comprimido.

[0074] O comprimento total do protótipo foi aproximadamente de 86 cm, já incluindo o mecanismo de catraca (60).

[0075] Os dispositivos de conexão (18, 19) do protótipo possibilitam uma movimentação relativa entre os respectivos dispositivos de alojamento e os respectivos dispositivos de suporte de cerca de 4 mm.

Claims

1. Dispositivo de ferramenta de poço (1), compreendendo: - um dispositivo de mandril (10); - um elemento de vedação (12) proporcionado radialmente no exterior do dispositivo de mandril (10); - um dispositivo de suporte superior (13) proporcionado no exterior do dispositivo de mandril (10) sobre a lateral superior do elemento de vedação (12); - um dispositivo de suporte inferior (14) proporcionado no exterior do dispositivo de mandril (10) sobre a lateral inferior do elemento de vedação (12); - um dispositivo de alojamento superior (15) proporcionado no exterior do dispositivo de mandril (10) sobre a lateral superior do dispositivo de suporte superior (13); - um dispositivo de alojamento inferior (16) proporcionado no exterior do dispositivo de mandril (10) sobre a lateral inferior do dispositivo de suporte inferior (14); onde o dispositivo de ferramenta de poço (1) pode ser configurado entre um estado de funcionamento, no qual o elemento de vedação (12) é radialmente retraído, e um estado de ajuste, no qual o elemento de vedação (12) é radialmente expandido; um dispositivo de distribuição de pressão (20) para distribuição da pressão sobre o elemento de vedação (12) no estado de ajuste por intermédio dos dispositivos de suporte superior e inferior (13, 14), onde o dispositivo de distribuição de pressão (20) compreende: um dispositivo de luva (21) proporcionado radialmente no exterior do dispositivo de mandril (10) e radialmente no interior do elemento de vedação (12), onde o dispositivo de luva (21) é axialmente deslocável em um compartimento de luva (40) em relação para o dispositivo de mandril (10) e o elemento de vedação (12); onde um primeiro dispositivo de vedação (41) é proporcionado radialmente entre a superfície interna (25) do dispositivo de luva (20) e a superfície externa do dispositivo de mandril (10); caracterizado pelo fato de que o dispositivo de luva (21) compreende uma saliência superior (22) para aplicação de uma força axial direcionada descendentemente para o dispositivo de suporte superior (14) quando o dispositivo de luva (21) está em sua posição inferior; onde o dispositivo de luva (21) compreende uma saliência inferior (23) para aplicação de uma força axial direcionada ascendentemente para o dispositivo de suporte inferior (15) quando o dispositivo de luva (21) está em sua posição superior as saliências superior e inferior (22, 23) são salientes em uma direção radial para fora a partir do dispositivo de luva (21).

2. Dispositivo de ferramenta de poço (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de ferramenta de poço (1) compreende um dispositivo de mola superior (31) proporcionado axialmente entre o dispositivo de alojamento superior (15) e o dispositivo de suporte superior (13).

3. Dispositivo de ferramenta de poço (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de mola superior (31) é proporcionado axialmente entre o dispositivo de suporte superior (13) e a saliência superior (22).

4. Dispositivo de ferramenta de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de alojamento superior (15) é conectado ao dispositivo de suporte superior (13) por intermédio de um dispositivo de conexão superior (18), onde o dispositivo de conexão superior (18) é configurado para possibilitar um deslocamento axial entre o dispositivo de suporte superior (15) e o dispositivo de alojamento superior (13).

5. Dispositivo de ferramenta de poço (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de alojamento superior (15) compreende um anel saliente descendentemente (15a) formando o compartimento de luva (40), onde o anel saliente descendentemente (15a) possui um diâmetro interno maior do que o diâmetro externo da saliência superior (22) do dispositivo de luva (21).

6. Dispositivo de ferramenta de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de ferramenta de poço (1) compreende um dispositivo de mola inferior (32) proporcionado axialmente entre o dispositivo de alojamento inferior (16) e o dispositivo de suporte inferior (14).

7. Dispositivo de ferramenta de poço (1), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de mola inferior (32) é proporcionado axialmente entre o dispositivo de suporte inferior (14) e a saliência inferior (23).

8. Dispositivo de ferramenta de poço (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de alojamento inferior (16) é conectado para o dispositivo de suporte inferior (14) por intermédio de um dispositivo de conexão inferior (19), onde o dispositivo de conexão inferior (19) é configurado para possibilitar um deslocamento axial entre o dispositivo de suporte inferior (16) e o dispositivo de alojamento inferior (14).

9. Dispositivo de ferramenta de poço (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de alojamento inferior (16) compreende um anel saliente ascendentemente (16a) formando o compartimento de luva (40), onde o anel saliente ascendentemente (16a) possui um diâmetro interno maior do que o diâmetro externo da saliência inferior (23) do dispositivo de luva (21).

10. Dispositivo de ferramenta de poço (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um segundo dispositivo de vedação (42) é proporcionado radialmente entre o dispositivo de suporte superior (13) e a superfície de deslizamento (23).

11. Dispositivo de ferramenta de poço (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um terceiro dispositivo de vedação (43) é proporcionado radialmente entre o dispositivo de suporte inferior (14) e a superfície de deslizamento (23).

12. Dispositivo de ferramenta de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a ferramenta de poço é um dispositivo de obturação, um plugue de ponte, um empacotador, um container elevador, um empacotador de produção.