BR112017028248B1

BR112017028248B1 - Sistema e método de expansão

Info

Publication number: BR112017028248B1
Application number: BR112017028248-8A
Authority: BR
Inventors: Chee Kong Yee; Frederick Cornell Bennett; Eric James Connor
Original assignee: Enventure Global Technology, Inc
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2022-10-25
Also published as: US20180179832A1; DK3317493T3; EP3317493A4; EP3317493A1; WO2017004337A1; BR112017028248A2; SA517390661B1; US10745979B2; EP3317493B1; MX2018000205A

Abstract

SISTEMA E MÉTODO DE EXPANSÃO. Um sistema de expansão é montado acoplando um conjunto de pistão e um conjunto de cone sólido a um conjunto de cone ajustável dentro de um tubular expansível tendo manga interna disposta em uma porção do mesmo. O sistema de expansão é inserido em um furo de poço. O conjunto de pistão é ativado para mover o conjunto de cone sólido para baixo através da manga interna de modo a expandir a manga interna e a porção do tubular expansível tendo a manga interna. O conjunto de cone ajustável é comutado de uma posição retraída para uma posição de expansão dentro da manga interna. O conjunto de cone ajustável é movido para cima através de tubular expansível deixando o conjunto de cone sólido e a manga interna acoplados a tubular expansível. O conjunto de cone sólido e a manga interna podem ser perfurados ou fresados.

Description

FUNDAMENTOS

[001] A presente invenção refere-se, geralmente, a métodos e equipamentos necessários para perfurar um furo de poço. Mais especificamente, a presente invenção se refere a métodos e equipamentos para a instalação de um tubular expansível que, após expandir, tem essencialmente o mesmo diâmetro que o revestimento de base anterior à expansão.

[002] Na indústria de óleo e gás, tubulares expansíveis são usados para revestimento, forros e similares. Para criar um revestimento, por exemplo, um tubular expansível é instalado em um furo de poço e subsequentemente é expandido ao se deslocar um cone de expansão através do tubular expansível. O cone de expansão pode ser puxado ou empurrado através de meios mecânicos, tal como por um tubular de apoio acoplado ao mesmo, ou acionado por pressão hidráulica. Ao ser deslocado axialmente dentro do tubular expansível, o cone de expansão aplica força radial à superfície interna do tubular expansível. Em resposta à força radial, o tubular expansível é deformado plasticamente, dessa forma permanentemente aumentando seus diâmetros, tanto interno quanto externo. Em outras palavras, o tubular expansível se expande radialmente.

[003] Tubulares expansíveis incluem, em geral, um conjunto de sapata acoplado à extremidade inferior do tubular, o qual permite que operações de cimentação sejam feitas através do tubular expansível. Uma vez que o tubular expansível está instalado, o conjunto de sapata tem que ser removido para permitir que a perfuração continue. Isso é feito através de fresagem ou perfuração do conjunto de sapata O conjunto de sapata por ser feito de material compósito, ferro fundido ou qualquer outro material que simplifique a retirada do mesmo.

[004] Em certas aplicações de tubulares expansíveis, uma porção do tubular expansível adjacente ao conjunto de sapata não é expandida enquanto o tubular acima de tal porção é expandido. A porção não expandida cria uma constrição diametral que também precisa ser retirada antes de continuar a perfuração. O ato de remover tanto a porção não expandida quanto o conjunto de sapata requeria, convencionalmente, diversas incursões para dentro do furo de poço para fresagem e extração de peças partidas, ou a utilização de ferramentas complexas passíveis de darem defeito.

[005] Portanto há uma necessidade contínua na técnica por métodos e ferramentas que forneçam um conjunto de sapata que reduza o tempo necessário para preparar o furo de poço antes de recomeçar as operações de perfuração.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] Em um ou mais aspectos, a presente invenção se refere a um sistema de expansão que compreende um conjunto de cone ajustável tendo uma pluralidade de segmentos de cone deslizavelmente acoplados a um mandril. O sistema de expansão ainda compreende um conjunto de cone sólido acoplado ao mandril e um conjunto de pistão acoplado ao mandril. O conjunto de cone ajustável é disposto entre o conjunto de cone ajustável e o conjunto de cone sólido. O sistema de expansão compreende um tubular expansível disposto em torno do conjunto de cone ajustável, do conjunto de cone sólido e do conjunto de pistão. O sistema de expansão compreende uma manga interna disposta dentro do tubular expansível adjacente a uma extremidade do tubular expansível.

[007] Em alguns exemplos, o conjunto de cone ajustável pode ter uma posição retraída em que os segmentos de cone apresentam um diâmetro de expansão menor que um diâmetro interno não expandido do tubular expansível e uma posição de expansão em que os segmentos de cone têm um diâmetro de expansão maior que o diâmetro interno não expandido do tubular expansível. O conjunto de cone ajustável pode ser comutado da posição retraída para a posição de expansão movendo-se o mandril axialmente em relação a uma pluralidade de segmentos de cone. O mandril pode incluir um furo com uma sede de vedação incluída no mesmo. O conjunto de cone ajustável pode incluir, adicionalmente, uma trava de cone que limita o movimento axial da pluralidade de segmentos de cone em relação ao tubular expansível. O conjunto de cone sólido pode ser formado por um material perfurável. O sistema de expansão pode compreender, adicionalmente, uma pluralidade de fendas longitudinais formadas em uma porção do conjunto de cone sólido. O sistema de expansão pode compreender, adicionalmente, uma pluralidade de fendas longitudinais formadas em uma porção da manga interna. O sistema de expansão pode compreender, adicionalmente, um membro de travamento que seletivamente acopla o conjunto de cone sólido a uma extremidade do tubular expansível. O membro de travamento pode ser disposto acima de um diâmetro de expansão máxima do conjunto de cone sólido. O sistema de expansão pode compreender, adicionalmente, um membro de vedação acoplado ao conjunto de cone sólido que forma uma vedação entre o conjunto de cone sólido e a manga interna após a expansão do tubular expansível, e pode formar, também, uma vedação entre o conjunto de cone sólido e o tubular expansível antes da expansão. O conjunto de pistão pode ser configurado de modo que fluido de trabalho fornecido ao conjunto de pistão crie uma força axial que move o mandril para baixo. Uma porção do conjunto de cone sólido é disposta dentro da manga interna A manga interna compreende um encastelamento para engatar o conjunto de cone sólido. A manga interna pode compreender um anel segmentado adjacente a uma extremidade do tubular expansível. A manga interna pode compreender uma porção rosqueada que inclui roscas de retenção que engatam complementarmente a rosca de retenção no tubular expansível. A manga interna pode compreender uma porção afunilada para dentro adjacente a uma extremidade do tubular expansível.

[008] Em um, ou mais de um, aspecto, a presente invenção se refere ao método que envolve montar um sistema de expansão acoplando-se um conjunto de pistão e um conjunto de cone sólido a um conjunto de cone ajustável dentro de um tubular expansível que tem uma manga interna disposta em uma porção do mesmo. O método ainda envolve introduzir o sistema de expansão em um furo de poço e ativar o conjunto de pistão para mover o conjunto de cone sólido para baixo através da manga interna de modo a expandir a manga interna e a porção do tubular expansível que tem a manga interna. O método envolve, também, mudar o conjunto de cone ajustável de uma posição retraída para uma posição de expansão dentro da manga interna e mover o conjunto de cone ajustável para cima através do tubular expansível enquanto o conjunto de cone sólido e a manga interna permanecem acoplados ao tubular expansível.

[009] Em alguns exemplos, o conjunto de pistão pode ser ativado introduzindo-se um membro de atuação em engate com uma sede de vedação dentro do conjunto de cone sólido. O sistema de expansão pode incluir uma trava de revestimento que seletivamente trava o conjunto de pistão ao tubular expansível, e em que a trava de revestimento pode ser desengatada antes de o conjunto de cone ajustável ser mudado da posição retraída para a posição de expansão. O sistema de expansão pode incluir uma trava de cone que seletivamente limita o movimento axial do conjunto de cone ajustável em relação ao tubular expansível, e em que a trava de cone pode ser desengatada uma vez que o conjunto de cone ajustável tenha sido mudado da posição retraída para a posição de expansão. O conjunto de cone ajustável é mudado da posição retraída para a posição de expansão dentro da manga interna movendo-se um mandril em relação aos segmentos de cone do conjunto de cone ajustável.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0010] Para uma descrição mais detalhada das modalidades da presente invenção, serão feitas referências aos desenhos em anexo, nos quais: A figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de expansão As Figuras 2A-2D ilustram a operação do sistema de expansão da figura 1 A Figura 3 é a vista parcial e em corte do sistema de expansão As figuras 4A-4C ilustram a operação do sistema de expansão da figura 3 A Figura 5 é a vista parcial e em corte de um conjunto de cone sólido A Figura 6 é uma vista em perspectiva do corpo de cone sólido. Figuras 7 e 7A ilustram o corpo do cone sólido da figura 6 disposto em um membro do tubular Figuras 8 e 8A ilustram um conjunto de cone ajustável em posição retraída. As Figuras 9 e 9A ilustram o conjunto de cone ajustável da Figura 8 em uma posição de expansão As Figuras 10A e 10B ilustram a operação do sistema de expansão.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0011] Deve ser entendido que a revelação a seguir descreve uma série de modalidades exemplificativas para implementar diferentes aspectos, estruturas ou funções da invenção. Modalidades exemplificativas de componentes, disposições e configurações estão descritas abaixo para simplificar a presente revelação, no entanto, essas modalidades exemplificativas são providas meramente como exemplos e não pretendem limitar o escopo da invenção. Adicionalmente, a presente revelação pode repetir números de referências e/ou letras em várias modalidades exemplificativas e por meio das Figuras fornecidas no presente documento. Esta repetição é para fins de simplicidade e clareza e não dita a relação entre as diversas modalidades exemplificativas e/ou configurações discutidas nas diversas figuras. Além disso, a formação de um primeiro aspecto sobre um segundo aspecto na descrição a seguir pode incluir modalidades em que o primeiro e segundo aspectos são formados em contato direto, e podem, também, incluir modalidades em que aspectos adicionais são formados interpondo-se o primeiro e o segundo aspectos, de forma que o primeiro e segundo aspectos não fiquem em contato direto. Por fim, as modalidades exemplificativas apresentadas abaixo podem estar combinadas em qualquer combinação, isto é, qualquer elemento da modalidade exemplificativa pode ser usado em qualquer outra modalidade exemplificativa, sem se afastar do escopo da invenção.

[0012] Além do mais, certos termos são usados ao longo da seguinte descrição e reivindicações para se referir a componentes específicos. Como uma pessoa versada na técnica irá notar, vários elementos se referem ao mesmo componente por diferentes nomes, e da mesma forma, a convenção de nomeação dos elementos descritos no presente documento não tem a intenção de limitar o escopo da invenção, a não ser que especificado de outro modo no presente documento. Ademais, a convenção de nomeação usada no presente documento não tem a intenção de distinguir entre componentes que diferem em nome, mas não em função. Além disso, na discussão a seguir e nas reivindicações, os termos “incluindo” e “compreendendo” são usados de maneira aberta, e assim devem ser interpretadas com o significado de “incluído, embora não limitado a”. Todos os valores numéricos na presente invenção podem ser valores exatos ou aproximados, a não ser que seja especificamente determinado de outra forma. Consequentemente, diversas modalidades da presente invenção podem se desviar dos números, valores e faixas revelados no presente documento sem se afastar do escopo a que se destina. Ademais, assim como é utilizado nas reivindicações ou especificações, o termo “ou” se destina a englobar tanto casos inclusivos como exclusivos, isto é, “A ou B” se destina a serem sinônimos de “pelo menos um entre A e B”, a não ser que expressamente especificado de outra forma no presente documento.

[0013] Com referência inicialmente à Figura 1, um sistema de expansão 10 inclui um conjunto de cone sólido 20, um conjunto de cone ajustável 30 e um conjunto de acionador 40. De modo geral, o conjunto de cone sólido 20 é configurado para se mover para baixo para expandir uma porção inferior de um tubular expansível 14. Uma vez que o conjunto de cone sólido 20 tiver expandido a porção inferior do tubular expansível 14, o conjunto de cone ajustável 30 é configurado para se mover para cima e expandir o restante do tubular expansível 14. A configuração e operação sequencial do conjunto de cone sólido 20 e do conjunto de cone ajustável 30 permite que o sistema de expansão 10 tenha um diâmetro externo mínimo anteriormente à expansão e simplifique a perfuração das partes do conjunto que permanecem no furo de poço depois da expansão.

[0014] A Figura 1 ilustra o conjunto de expansão 10 em um modo montado ou inserido, em que o sistema de expansão 10 está acoplado a uma coluna de trabalho 12 e disposto dentro do tubular expansível 14. Uma sapata 18 está acoplada à extremidade inferior do tubular expansível 14. Um receptáculo, por exemplo, uma manga interna 16, se estende para cima no tubular expansível 14 a partir da sapata 18 Em certas modalidades, o tubular expansível 14 pode ter um diâmetro e espessura externos uniformes ao longo de todo o seu comprimento. Em algumas modalidades, a extremidade inferior do tubular expansível 14 pode incluir uma porção de lançador 15 que possui os diâmetros interno e externo maiores do que do tubular expansível A manga interna 16 e a sapata podem ser feitas de material perfurável como alumínio, latão, bronze, ferro fundido ou outro ferro de baixa resistência, compostos como plásticos com enrolamento de filamento, ou outros materiais perfuráveis.

[0015] O conjunto de cone sólido 20 forma a porção inferior do sistema de expansão 10 e inclui um cone sólido de expansão 102. O cone sólido de expansão 102 tem uma superfície de expansão 103 orientada para baixo e tem um diâmetro de expansão que é maior do que o diâmetro interno não expandido da manga interna 16, porém menor do que o diâmetro interno não expandido do tubular expansível 14. Um ou mais membros de travamento 104 estão acoplados a uma extremidade inferior do cone sólido de expansão. O conjunto de cone sólido 20 inclui um membro de vedação 106 que se encaixa vedando o tubular expansível 14 e/ou a manga interna 16 após a expansão. O conjunto de cone sólido 20 também inclui um furo axial 108 com uma sede de vedação 110 que permite que o fluido passe através do conjunto de cone sólido 20.

[0016] O conjunto de cone ajustável 30 inclui um cone ajustável 112, um mandril 114 e uma trava de cone 116. Em certas modalidades, o cone ajustável 112 inclui uma pluralidade de segmentos primários 118 que são acoplados ao mandril 114 e uma pluralidade de segmentos secundários 120 que são dispostos adjacentes aos segmentos primários 118. Os segmentos secundários 120 são axialmente transladáveis em relação ao mandril 114 e aos segmentos primários 118. O mandril 114 inclui um furo axial 122 que é acoplado de forma fluida ao furo axial 108 do conjunto de cone sólido 20.

[0017] O conjunto de acionador 40 inclui uma vedação 124, uma trava de revestimento 126 e um conjunto de pistão hidráulico 128. A vedação 124 engata em forma de vedação o tubular expansível 14. A trava de revestimento 126 é acoplada ao conjunto de pistão hidráulico 128 e engata de forma seletiva o tubular expansível 14 para acoplar axialmente o sistema de expansão 10 ao tubular expansível 14. Conjuntos de pistão hidráulico 128 incluem um ou mais pistões que são acoplados ao mandril 114 para que o fluido de trabalho fornecido aos conjuntos de pistão hidráulico 128 crie uma força axial que move o mandril 114.

[0018] A operação do sistema de expansão 10 é ilustrada nas Figuras 2A-2D. A Figura 1 mostra o sistema de expansão 10 configurado em modo de inserção que é usado quando se quer inserir o sistema de expansão no lugar desejado no furo de poço (não ilustrado). Em modo de inserção, o fluido de trabalho pode ser bombeado a partir da sonda de perfuração através da coluna de trabalho 12, o furo axial 122 do mandril 114, o furo axial 108 do conjunto de cone ajustável 30 e ao longo da sapata 18. Quando o sistema de expansão 10 está no lugar correto de instalação, o membro de atuação 130 (assim como um dardo ou uma bola), é inserido dentro e bombeado através da coluna de trabalho 12 até engatar na sede de vedação 110 como mostra a Figura 2A.

[0019] Assim como ilustrado na Figura 2A, uma vez que o membro de atuação 130 engata na sede de vedação 110, fluido da coluna de trabalho 12 é redirecionado para os conjuntos de pistão hidráulico 128. Os conjuntos de pistão hidráulico 128 geram uma força axial no mandril 114 que empurra o conjunto de cone sólido 20 para baixo através da manga interna 16, causando uma expansão radial tanto da manga interna 16 quanto do tubular expansível 14, como mostra a Figura 2B. Durante essa expansão, a trava de revestimento 126 engata no tubular expansível 14, impedindo o movimento do tubular expansível 14 em relação ao sistema de expansão 10. O conjunto de cone sólido 20 move-se para baixo, expandindo a manga interna 16 e o tubular expansível 14 até os conjuntos de pistão hidráulico 128 acionar completamente, nesse momento, os membros de travamento 104 do conjunto de cone sólido 20 engatam a sapata 108. A posição final do conjunto de cone sólido 20 é controlada pela duração de curso dos conjuntos de pistão hidráulicos 128. O comprimento da sapata 18 pode ser combinado com a duração de curso dos conjuntos de pistão hidráulico 128. Então, quando o pistão atinge a parte mais profunda após o comprimento total de curso, a sapata 18 é completamente expandida e o conjunto de cone sólido 20 pode ser travado no lugar.

[0020] Ao final da expansão de cima para baixo, a trava de revestimento 126 desengata do tubular expansível 14, e os conjuntos de pistão hidráulico 128 podem atingir a parte mais profunda em um rebordo interno (em uma extremidade da posição de curso). Como mostrado na Figura 2B, a porção do tubular expansível 14 adjacente à sapata 18 é totalmente expandida e o membro de vedação 106 é engatado em forma de vedação à parte agora expandida do tubular expansível 14. Com os membros de travamento 104 engatados à sapata 18, qualquer movimento do conjunto de cone sólido 20 é impedido. A partir desse momento, o fornecimento de fluido de trabalho através da coluna de trabalho 12 e a crescente pressão dentro do mandril 114 irão causar a abertura da porta (não ilustrada), permitindo que fluido de trabalho entre no tubular expansível 14 entre a vedação 124 e o membro de vedação 106. Enquanto a pressão nessa região aumenta, o mandril 114 se separa do conjunto de cone sólido 20 e começa a se mover para cima em relação ao tubular expansível 14.

[0021] À medida que o mandril 114 começa a se mover, a trava de cone 116 permanece engatada ao tubular expansível 14, mantendo assim a posição axial dos segmentos secundários 120 em relação ao tubular expansível 14. À medida que o mandril 114 se movimenta, os segmentos primários 118, estando acoplados ao mandril 114, são movidos para cima e engatam aos segmentos secundários 120. Esse engate empurra os segmentos secundários 120 para fora até o conjunto de cone ajustável 30 alcançar seu diâmetro de expansão total, como mostrado na Figura 2C. Uma vez que o conjunto de cone ajustável 30 alcançou seu diâmetro de expansão total, a trava de cone 116 desengata do tubular expansível 14 e trava os segmentos secundários 120 no lugar.

[0022] Como ilustrado na Figura 2D, o fornecimento contínuo do fluido de trabalho através da coluna de trabalho 12 empurra o conjunto de cone ajustável 30 para cima, expandindo radialmente o tubular expansível 14. Esta expansão continua até o tubular expansível 14 estar totalmente expandido. Em certas modalidades, o mandril 114 inclui uma sede de vedação 132 que aceita um membro de vedação 134 (como um dardo ou uma esfera) que impede que o fluido de trabalho passe através do mandril 114. Uma vez que o mandril está bloqueado, o fornecimento contínuo de fluido de trabalho para o mandril 114 irá mover o mandril 114 para baixo e soltar os segmentos primários 118 do engate com os segmentos secundários 120, assim permitindo que o conjunto de cone ajustável 30 reduza seu diâmetro de expansão. Essa redução do diâmetro de expansão pode permitir que o conjunto de cone ajustável 30 seja puxado axialmente através da porção não expandida do tubular expansível 14.

[0023] Com referência agora às Figuras 3 e 4A, um sistema de expansão 300 inclui um conjunto de cone sólido 302 e um conjunto de cone ajustável 304, e um conjunto de acionador hidráulico (não ilustrado) O sistema de expansão 300 é disposto dentro de um tubular expansível 306 que é acoplado a uma sapata inferior 308. Um receptáculo, por exemplo uma manga interna 310 é disposta dentro de um tubular expansível 306 próximo à sapata inferior 308. O conjunto de cone sólido 302 inclui um cone de expansão 312, membros de vedação 314 e membros de travamento 316. O conjunto de cone ajustável 304 inclui segmentos de cone ajustável 318 montado em um mandril 328 e uma trava de cone 320. O sistema de expansão 300 também inclui uma vedação 322 sobre o conjunto de cone ajustável 304.

[0024] Com referência agora à Figura 4B, um dardo 324 foi depositado em uma sede de vedação 326 perto do topo do conjunto de cone sólido 302. O dardo 324 bloqueia o fluxo do fluido de trabalho através do sistema de expansão 300 e inicia a ativação do conjunto de acionador hidráulico (não ilustrado) que aplica uma força axial que move o conjunto de cone sólido 302 e o conjunto de cone ajustável 304 para baixo em relação ao tubular expansível 306. Por exemplo, o conjunto de acionador hidráulico inclui um ou mais pistões que são acoplados ao mandril 426 para que o fluido de trabalho fornecido ao conjunto de acionador hidráulico crie uma força axial que move o mandril 426. Quando o conjunto de cone sólido 302 se move para baixo, o cone de expansão 312 expande radialmente a manga interna 310 e o tubular expansível 306.

[0025] O conjunto de cone sólido 302 e o conjunto de cone ajustável 304 continuam movendo para baixo até que os membros de travamento 316 do conjunto de cone ajustável 302 engatam na sapata inferior 308. Uma vez que o conjunto de cone sólido 302 é travado à sapata inferior 308, o mandril 328 do conjunto de cone ajustável 304 se move para cima em relação aos segmentos de cone ajustável 318, que empurra os segmentos de cone ajustável 318 para fora para seu diâmetro de expansão total. Em seu total diâmetro de expansão, o conjunto de cone ajustável 304 continua a se mover para cima, através de força hidráulica ou puxando o mandril 328, e expande radialmente o tubular expansível 306.

[0026] Em certas modalidades, a manga interna 310 inclui uma pluralidade de fendas longitudinais 330 que reduzem a força necessária para expandir radialmente a seção da manga interna 310 e permitir uma perfuração mais completa, uma vez que a expansão esteja completa. Voltando à Figura 4B, pode ser notado que os segmentos de cone ajustável 318 são movidos para fora junto com o mandril 328 enquanto ainda dispostos dentro da manga interna 310. Portanto, uma vez que o conjunto de cone ajustável 304 está ajustado ao seu diâmetro de expansão total, o tubular expansível 306 vai estar “super expandido” a um diâmetro interno igual ao diâmetro de expansão do conjunto de cone ajustável 304 mais duas vezes a espessura da manga interna 310. Em contraste, as porções do tubular expansível 306 acima da manga interna 310 e abaixo da localização em que o conjunto de cone ajustável 304 está ajustado só serão expandidas a um diâmetro interno igual ao diâmetro de expansão total do conjunto de cone ajustável 304.

[0027] Em certas modalidades, isso pode causar um problema quando o conjunto de cone sólido 302 e a sapata inferior 308 são perfurados fora do tubular expansível 306, uma vez que as ferramentas utilizadas nesse processo não engatam totalmente a parede interna da parte “super expandida” do tubular expansível 306. As fendas 330 podem ser configuradas para abranger todo o comprimento da parte “super expandida” do tubular expansível 306, para que, uma vez que o restante da manga interna 310 é removido, a parte abrangida pelas fendas irá simplesmente cair do tubular expansível 306.

[0028] Com referência agora à Figura 5, uma modalidade de um conjunto de cone sólido 500 inclui um corpo do cone 502, uma vedação em forma de copo com a face para cima 504, uma vedação em forma de copo com a face para baixo 506, e membro de travamento 508. O corpo do cone 502 inclui um furo 510, tendo uma sede de vedação 512. Uma válvula de chapeleta 514 e um tubo de cisalhamento 516 também podem ser dispostos dentro do corpo do cone 502.

[0029] Antes das operações de cimentação, uma esfera é introduzida para engatar em forma de vedação o tubo de cisalhamento 516. Diferentes pressões que agem sobre a esfera quebram o tubo de cisalhamento 516 para que o tubo de cisalhamento caia para fora da válvula de chapeleta 510 e permita que a válvula de chapeleta 518 se feche, impedindo que o fluxo volte para o furo 510 a partir dos arredores do furo de poço. O copo de vedação com face para baixo 506 fornece uma vedação entre o conjunto de cone sólido 500 e um membro do tubular adjacente, como o tubular expansível 14 da Figura 1, que impede que a pasta de cimento flua em torno da parte externa do conjunto de cone sólido 500.

[0030] O corpo do cone 502 pode ser feito de material em ou frezável como alumínio, latão, bronze, ferro fundido ou outro ferro de baixa resistência, ou material compósito, tal plásticos com enrolamento de filamento. O corpo do cone 502 inclui uma expansão de superfície 519 que gradualmente aumenta em diâmetro externo a partir de seu bordo de ataque 520 até um diâmetro de expansão máxima 522. Em certas modalidades, uma pluralidade de fendas longitudinais 524 podem ser formadas através da porção do corpo do cone 502 para tornar posteriormente a remoção do corpo de cone 502 mais fácil. Membros de travamento 508 podem incluir membros de solicitação 526 que impelem os membros de travamento 508 para o lado de fora.

[0031] Em certas modalidades, a superfície de expansão 519 possui dois perfis diferentes. Como mostrado nas Figuras 6 e 7, um corpo do cone 502 pode ter um perfil de expansão circular 528, que tem uma seção transversal circular e um perfil de expansão facetado 530 que apresenta uma ou mais facetas 532 formadas na superfície de expansão 519. O perfil de expansão circular 528 pode ser formado na primeira porção da superfície de expansão 519. O perfil de expansão facetado 530 pode ser formado em uma segunda porção da superfície de expansão 519 localizada entre o bordo de ataque 520 da superfície de expansão 519 e a porção. Quando na posição de inserção pré-expansão, como mostra a Figura 7, o perfil de expansão facetada 530 pode estar disposto em um receptáculo de tubular expansível, por exemplo na extremidade superior da manga interna 534. Como pode ser visto na Figura 7A, a manga interna 534 pode ser formada para ter um perfil interno 536 com seções retas 538 correspondentes às facetas 532. Dessa forma, o corpo do cone 502 é travado rotacionalmente à manga interna 534. Alternativamente, o corpo do cone 502 e o perfil de expansão facetado 530 podem ser empurrados para dentro do receptáculo do expansível podem deformá-lo para gerar um perfil interno com seções retas que correspondem às facetas do corpo de cone 502.

[0032] A manga interna 534 pode ser eficientemente travada ao tubular expansível 14, por exemplo com um adesivo entre a manga interna 534 e o tubular expansível 14, e/ou com roscas de retenção na manga interna 534 engatando complementarmente a rosca de retenção no tubular expansível 14. Essa trava rotacional facilita a fresagem ou perfuração de pelo menos a parte de cima do corpo do cone 502, a parte inferior se desintegra em pequenos resíduos separados pela pluralidade das fendas longitudinais 524. Além disso, um anel de transferência de torque no conjunto de cone ajustável 304 permite que o torque seja transmitido da coluna de trabalho para o tubular expansível 14 e permite que a rotação do tubular expansível 14 aconteça enquanto o tubular está é inserido no furo de poço.

[0033] Com referência agora às Figuras 8 e 9, uma modalidade do conjunto de cone ajustável 200 inclui uma pluralidade de segmentos de cone 202 que são deslizavelmente acoplados a um mandril 204. Os segmentos de cone 202 incluem três segmentos de cone primário 206 que são intercalados com três segmentos de cone secundários 208. Fendas 210 nos segmentos de cone primários 206 engatam as abas 212 nos segmentos de cone secundários 208 para manter o alinhamento e limitar o desvio axial entre os segmentos de cone 202. O mandril 204 inclui trilhos- guia 213 que engatam e alinham os segmentos de cone primários 206 com o mandril. Os segmentos de cone 208 incluem abas de retenção 215 que engatam um alojamento (não ilustrado) que limita o percurso axial dos segmentos de cone secundários 208.

[0034] O conjunto de cone ajustável 200 possui uma posição retraída que é mostrada nas Figuras 8 e 8A em que os segmentos de cone secundários 208 são desviados axialmente dos segmentos de cone primários 206. O conjunto de cone ajustável 200 é disposto dentro de um tubular expansível 214 e inserido em um furo de poço na posição retraída. O conjunto de cone ajustável 200 muda para uma posição de expansão das Figuras 9 e 9A ao mudar axialmente o mandril 204 em relação aos segmentos de cone 202.

[0035] Ao começar a mudança do conjunto de cone ajustável 200, os segmentos de cone 202 são mantidos em uma posição substancialmente axial parada, engatando aos segmentos de cone secundários 208 com alojamento (não ilustrado) e o contato ente os segmentos de cone primários 206 e o diâmetro interno do tubular expansível 214. A mudança axial relativa do mandril 204 faz com que os segmentos de cone primários 206 se movam para fora radialmente e expandam o tubular expansível 214. O movimento contínuo do mandril 204 faz com que os segmentos de cone secundários 208 se movam para fora radialmente e expandam o tubular expansível 214. Em um formato transversal circular. Uma vez que o conjunto de cone ajustável 200 estiver totalmente mudado para uma posição de expansão, os segmentos de cone 202 formam um cone de expansão que pode ser transportado através e expandir radialmente o aumento do comprimento do tubular expansível 214. Em certas modalidades, os trilhos- guia 213 e os segmentos de cone primários 206 são configurados para que o movimento do mandril 204 na direção oposta possa também mudar o conjunto 200 da posição de expansão de volta para a posição retraída.

[0036] Com referência agora às Figuras 10A e 10B, um sistema de expansão 400 inclui um conjunto de cone sólido 402 e um conjunto de cone ajustável 404 e um conjunto de acionador hidráulico (não ilustrado) O sistema de expansão 400 é disposto dentro de um tubular expansível 406. Uma sapata 408 incluindo uma garra está acoplada à extremidade debaixo do tubular expansível 406. Um receptáculo, por exemplo, uma manga interna 410 é disposta dentro de um tubular expansível 406 na sapata 408. O conjunto de cone sólido 402 inclui um corpo do cone 416, membros de vedação 418 e membros de travamento 420. O corpo do cone 416 inclui uma superfície de expansão que gradualmente aumenta em diâmetro externo de seu bordo de ataque até um diâmetro de expansão máxima. O conjunto de cone ajustável 404 inclui segmentos de cone ajustável 424 montados em um mandril 426, que, em certas modalidades, podem ser similares aos segmentos de cone primários 206 e segmentos de cone secundários 208 ilustrados nas Figuras 8 e 9. O sistema de expansão 400 inclui uma vedação (não ilustrada) acima do conjunto de cone ajustável 404 para fornecer força hidráulica para mover o conjunto de cone ajustável para cima e expandir radialmente o tubular expansível 406.

[0037] No exemplo das Figuras 10A e 10B, o conjunto de cone sólido 402 inclui um encastelamento 422 com as faces configuradas para engatar as faces correspondentes do encastelamento 434 fornecidos na manga interna 410. O encastelamento 422 se localiza abaixo do bordo de ataque da superfície de expansão do corpo do cone 416. Quando engatados, os encastelamentos 422 e 434 fornecem uma trava rotacional entre o conjunto de cone sólido 402 e a manga interna 410. Esta trava rotacional facilita o fresagem e perfuração do corpo do cone 416. O conjunto de cone sólido pode incluir também membros de travamento 420 que, no exemplo das Figuras 10A e 10B, estão localizados acima do diâmetro máximo do corpo do cone 416. Dessa forma, a quantidade de material da sapata 408 que não é perfurada e que pode cair no furo de poço é reduzida. Os membros de travamento podem incluir uma pluralidade de grampos que se expandem para o sulco localizado na sapata 408. Os grampos podem incluir segmentos de cone carregados de molas que se expandem radialmente em um ângulo agudo em relação à superfície interna da sapata.

[0038] Em certas modalidades, a manga interna 410 inclui uma pluralidade de fendas longitudinais 432 que reduzem a força necessária para expandir radialmente a seção da manga interna 410 e permitir uma perfuração mais completa uma vez que a expansão esteja completa. As fendas 432 podem ser configuradas para que o restante da manga interna 410 seja removido através de perfuração, a porção de fendas irá simplesmente cair para fora do tubular expansível 406. A manga interna 410 pode ser eficientemente travada ao tubular expansível 406, por exemplo, via uma porção rosqueada 440 que inclui rosca de retenção na manga interna 410 que engata roscas de retenção complementares no tubular expansível 40. As roscas podem ser configuradas para impedir que partes da manga interna 410 caiam no furo de poço enquanto a manga interna 410 é fresada depois da expansão do tubular expansível 406. Em outras palavras, as roscas de retenção são usadas para reter a porção de fendas da manga interna 410 contra o tubular expansível 406 tanto quanto possível durante perfuração para minimizar o tamanho dos resíduos que caem para fora do tubular expansível 406. A superfície interna do tubular expansível 406 inclui uma porção rosqueada correspondente que engata a porção rosqueada 440 a manga interna 410.

[0039] A manga interna 410 compreende um anel segmentado 436 localizado adjacente à extremidade inferior do tubular expansível 406. O anel segmentado 436 pode permitir a expansão uniforme do tubular expansível 406 até o fundo do tubular expansível 406 fornecendo apoio radial para expandir o tubular expansível 406 enquanto reduz a tensão do arco. A manga interna 410 pode ainda incluir uma porção afunilada 442 na parte interna, localizada adjacente a uma extremidade do tubular expansível 406, e adjacente ao anel segmentado 436 A parte afunilada 442 também pode permitir uma expansão uniforme do tubular expansível 406 até o fundo do tubular expansível 406 enquanto mantém o conjunto de cone sólido 402 travado dentro do tubular expansível 406 onde pode ser fresado após a expansão do tubular expansível.

[0040] Em uso, um dardo (não ilustrado) é lançado na sede de vedação 430 próximo ao topo do conjunto de cone sólido 402. O dardo bloqueia o fluxo do fluido de trabalho através da passagem 428 no sistema de expansão 400 e inicia a ativação do conjunto de acionador hidráulico (não ilustrado) que aplica uma força axial que move o conjunto de cone sólido 402 e o conjunto de cone ajustável 404 para baixo em relação ao tubular expansível 406. Por exemplo, o conjunto de acionador hidráulico inclui um ou mais pistões que são acoplados ao mandril 426 para que o fluido de trabalho fornecido ao conjunto de acionador hidráulico crie uma força axial que move o mandril 426. Quando o conjunto de cone sólido 402 se move para baixo, o corpo do cone 416 expande radialmente a manga interna 410 e o tubular expansível 406, como ilustrado na Figura 10 A.

[0041] O conjunto de cone sólido 402 e o conjunto de cone ajustável 404 continuam a se mover para baixo até que os membros de travamento 420 do conjunto de cone ajustável 402 engatam na sapata 408, como ilustrado na Figura 10 B. Ao final da expansão de cima para baixo, o engate dos membros de travamento 420 e da sapata 408 impedem qualquer movimento para cima do conjunto de cone sólido 20. Também, o conjunto de cone sólido 402 pode estar adjacente a uma parte de uma parede da manga interna 410 que pode ser suficientemente grossa para que as forças de expansão sejam altas o suficiente para impedir o movimento para baixo do conjunto de cone sólido 402. Uma vez que o conjunto de cone sólido 402 é travado à sapata 408, o mandril 426 do conjunto de cone ajustável 404 move para cima em relação aos segmentos de cone ajustável 424, que empurram os segmentos de cone ajustável 424 para fora para seu diâmetro de expansão total. Em seu total diâmetro de expansão, o conjunto de cone ajustável 404 continua a se mover para cima, através de força hidráulica ou puxando o mandril 426, e expande radialmente o tubular expansível 406.

[0042] Enquanto a presente invenção é suscetível a diversas modificações e formas alternativas, modalidades específicas são mostradas a partir de exemplos em desenhos e descrição. Deve ser entendido, no entanto, que as ilustrações e descrição detalhadas para esse efeito não têm a intenção de limitar a invenção à forma específica revelada. Pelo contrário, a intenção é cobrir todas as modificações, equivalentes e alternativas que estejam dentro do espírito e escopo da presente invenção.

Claims

1. Sistema de expansão compreendendo: um conjunto de cone ajustável (30, 200, 304, 404) tendo uma pluralidade de segmentos de cone (120, 202, 318, 424) deslizavelmente acoplados a um mandril (114, 204, 328, 426); um conjunto de cone sólido (20, 302, 402, 500) acoplado ao mandril; um conjunto de pistão (128) acoplado ao mandril, em que o conjunto de cone ajustável é disposto entre o conjunto de pistão e o conjunto de cone sólido; um tubular expansível (14, 214, 306, 406) disposto em torno do conjunto de cone ajustável, do conjunto de cone sólido, e do conjunto de pistão; e uma manga interna (16, 310, 410, 534) disposta dentro do tubular expansível adjacente a uma extremidade do tubular expansível, caracterizado pelo fato de que a manga interna é eficientemente travada ao tubular expansível antes e durante a expansão da manga interna e do tubular expansível.

2. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de cone ajustável tem uma posição retraída em que os segmentos de cone têm um diâmetro de expansão menor que um diâmetro interno não expandido do tubular expansível e uma posição de expansão em que os segmentos de cone têm um diâmetro de expansão maior que o diâmetro interno não expandido do tubular expansível, em que o conjunto de cone ajustável é comutado da posição retraída para a posição de expansão movendo o mandril axialmente em relação à pluralidade de segmentos de cone.

3. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mandril inclui um furo (122) tendo uma sede de vedação (132) no mesmo.

4. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de cone ajustável inclui adicionalmente uma trava de cone (116, 320) que limita o movimento axial da pluralidade de segmentos de cone em relação ao tubular expansível.

5. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de cone sólido é formato a partir de um material perfurável.

6. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma pluralidade de fendas longitudinais (524) formadas em uma porção do conjunto de cone sólido.

7. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma pluralidade de fendas longitudinais (330, 432) formadas em uma porção da manga interna.

8. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um membro de travamento (104, 316, 420, 508) que seletivamente acopla o conjunto de cone sólido à uma extremidade do tubular expansível, em que o membro de travamento inclui um membro de solicitação (526) configurado para impelir o membro de travamento radialmente para o lado de fora, e em que o membro de travamento é configurado para acoplar o conjunto de cone sólido diretamente à manga interna.

9. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o membro de travamento está localizado acima de um diâmetro de expansão máxima (522) do conjunto de cone sólido.

10. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um membro de vedação (106, 314, 418, 504, 506) acoplado ao conjunto de cone sólido que forma uma vedação entre o conjunto de cone sólido e o tubular expansível antes da expansão do tubular expansível, e entre o conjunto de cone sólido e a manga interna após expansão do tubular expansível.

11. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de pistão é configurado de modo que fluido ativo fornecido ao conjunto de pistão cria uma força axial que move o mandril para baixo.

12. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma porção do conjunto de cone sólido é disposta dentro da manga interna.

13. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a manga interna compreende um encastelamento (434) para engatar o conjunto de cone sólido.

14. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a manga interna compreende um anel segmentado (436) adjacente à uma extremidade do tubular expansível.

15. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a manga interna compreende uma porção rosqueada (440) incluindo roscas de retenção engatando complementarmente a rosca de retenção no tubular expansível.

16. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a manga interna compreende uma porção afilada para dentro (442) adjacente à uma extremidade do tubular expansível.

17. Sistema de expansão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de cone sólido tem um diâmetro de expansão máxima que é menor do que um diâmetro interno não expandido do tubular expansível.

18. Método de expansão compreendendo: montar um sistema de expansão acoplando um conjunto de pistão (128) e um conjunto de cone sólido (20, 302, 402, 500) a um conjunto de cone ajustável (30, 200, 304, 404) dentro de um tubular expansível (14, 214, 306, 406) tendo uma manga interna (16, 310, 410, 534) disposta em uma porção do mesmo; caracterizado pelo fato de que a manga interna é eficientemente travada ao tubular expansível antes e durante a expansão da manga interna e do tubular expansível; assentar o sistema de expansão em um furo de poço; ativar o conjunto de pistão para mover o conjunto de cone sólido para baixo através da manga interna de modo a expandir a manga interna e a porção do tubular expansível tendo a manga interna; comutar o conjunto de cone ajustável de uma posição retraída para uma posição de expansão dentro da manga interna; e mover o conjunto de cone ajustável para cima através do tubular expansível deixando o conjunto de cone sólido e a manga interna acoplados ao tubular expansível.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o conjunto de pistão é ativado soltando um membro de atuação (130, 324) em engate com uma sede de vedação (110, 326, 430) dentro do conjunto de cone sólido.

20. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o sistema de expansão inclui uma trava de revestimento (126) que seletivamente trava o conjunto de pistão ao tubular expansível, e em que a trava de revestimento é desengatada antes de o conjunto de cone ajustável ser comutado da posição retraída para a posição de expansão.

21. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o sistema de expansão inclui uma trava de cone (116, 320) que seletivamente limita o movimento axial do conjunto de cone ajustável em relação ao tubular expansível, e em que a trava de cone é desengatada uma vez que o conjunto de cone ajustável tenha sido comutado da posição retraída para a posição de expansão, e em que o conjunto de cone ajustável é comutado da posição retraída para a posição de expansão dentro da manga interna movendo um mandril (114, 204, 328, 426) axialmente em relação a uma pluralidade de segmentos de cone (120, 202, 318, 424) compreendidos no conjunto de cone ajustável.