BR112018003095B1

BR112018003095B1 - Conjunto de ferramenta para uso subterrâneo compreendendo barreira de detritos travada liberavelmente

Info

Publication number: BR112018003095B1
Application number: BR112018003095-3A
Authority: BR
Inventors: Christopher J. Limb; Frank J. Maenza; Nicholas S. Conner; Robert J. Taylor; Gary L. Anderson
Original assignee: Baker Hughes, A Ge Company, Llc
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2022-06-28
Also published as: NO20180346A1; US10329868B2; WO2017040201A1; US20170058630A1; BR112018003095A2

Abstract

BARREIRA DE DETRITOS TRAVADA LIBERAVELMENTE PARA UMA FERRAMENTA SUBTERRÂNEA. Uma barreira de detritos articulada dobra sobre si mesma para se estender radialmente para abranger uma folga anular circundante quando a ferramenta associada a ela é assentada. A barreira de detritos pode ser usada com um packer ou tampão de obstrução. A posição de assentamento do packer ou do tampão é travada e outra trava mantém a posição estendida da barreira de detritos. A trava de barreira de detritos pode ser um anel de encaixe que se estende para uma ranhura colocada em alinhamento com ele durante o assentamento. Alternativamente, a trava para a barreira de detritos pode ser um anel de travamento de corpo. Em qualquer caso, a liberação e recuperação do packer ou do tampão envolve o comprometimento da característica de travamento para a barreira de detritos de modo que a barreira de detritos possa se estender enquanto retraindo da parede do poço, de modo que a barreira e o packer ou tampão associado possam ser removidos juntos.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] O campo da invenção é de barreiras de detritos para ferramentas subterrâneas e, mais particularmente, barreiras que assentam e travam a trava sendo liberável quando a ferramenta é desassentada e recuperada.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Barreiras subterrâneas, tal como packers, normalmente têm um elemento de vedação e um ou mais conjuntos de cunhas que são impelidas para contato com uma parede de poço circundante quando empurradas em rampas referidas como cones. Tais barreiras podem ser deixadas em posição por um tempo muito longo e, como resultado, os detritos que estão em fluidos de poço que podem vir da formação ou da parede de poço podem, ao longo do tempo, precipitar para o elemento de vedação assentado e o conjunto de cunhas que está localizado acima do elemento de vedação. Muitos packers liberáveis liberam com uma força de captação que cisalha um elemento quebrável para permitir que o conjunto da vedação e das cunhas e cones associados se estendam. Este movimento permite que as cunhas percorram os cones e retraiam para longe de uma relação de pega com o tubular circundante que define a parede de poço.

[0003] Para manter as peças que precisam se mover entre si livres de detritos packers foram providos com barreiras de detritos que abrangem uma folga anular entre o conjunto externo do packer e a parede de poço circundante. Estas barreiras de detritos geralmente são estruturas de dobramento quando vistas em seção cujas extremidades são unidas para juntar as dobras, com o resultado de que a barreira se estende radialmente para abranger a folga circundante ao tubular definindo a parede de furo de poço. Estes dispositivos são implantados após o packer assentar e peso de assentamento ser aplicado. Um problema com esses projetos é que, devido a mudanças de carregamento ou efeitos térmicos que alteram o comprimento da coluna, a quantidade de peso de assentamento é variável e pode realmente desaparecer. Outros projetos comprimem a barreira de detritos como resultado do mesmo movimento de pistão que assenta as cunhas e a vedação. No entanto, mesmo nestes casos com carregamento até um nível predeterminado em uma dada direção, a força compressiva que mantém a barreira de detritos estendida pode ser superada, o que leva a barreira a retrair e deixar passar detritos. Isto pode levar à retração da barreira e à admissão dos detritos em peças relativamente móveis de encaixe apertado, o que pode, então, resultar em seu emperramento. Quando isso acontecer, o packer pode não liberar e uma operação de fresagem pode resultar para retirar o packer do furo. Uma tentativa de tratar deste problema é liberar a energia potencial de uma mola contra a barreira depois que o packer é assentado para ajudar a garantir que a barreira de detritos fique dobrada mesmo quando a quantidade de peso de assentamento na barreira de detritos é reduzido agudamente ou eliminado devido a efeitos térmicos ou outras razões operacionais. Tal projeto é mostrado na US 7604048. Barreiras de detritos de dimensão fixa são mostradas na US 8881802. Uma barreira de detritos assentada por peso é mostrada na US 8474522. Luvas de espuma deslocadas axialmente que são trazidas para uma zona de menor dimensão para abranger uma folga anular são mostradas em 8939201.

[0004] O que é necessário e fornecido pela presente invenção é uma barreira de detritos articulada que é estendida seletivamente para abranger uma folga anular circundante quando uma ferramenta, tal como um packer, é assentado. A posição estendida da barreira de detritos é, então, bloqueada liberavelmente quando a ferramenta, tal como um packer, está em serviço. Quando a ferramenta é liberada para recuperação, a trava na barreira de detritos é liberada de modo que ela possa ser retraída. Isto permite que a barreira e a ferramenta sejam removidas sem suspender ou danificar a barreira de detritos. Estes e outros aspectos da presente invenção serão mais prontamente evidentes para os indivíduos versados na técnica a partir de uma revisão da descrição da modalidade preferida e dos desenhos associados, embora reconhecendo que o escopo total da invenção será determinado pelas reivindicações anexas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0005] Uma barreira de detritos articulada dobra sobre si mesma para se estender radialmente para abranger uma folga anular circundante quando a ferramenta associada a ela é assentada. A barreira de detritos pode ser usada com um packer ou tampão de obstrução. A posição de assentamento do packer ou do tampão é travada e outra trava mantém a posição estendida da barreira de detritos. A trava de barreira de detritos pode ser um anel de encaixe que se estende para uma ranhura colocada em alinhamento com ele durante o assentamento. Alternativamente, a trava para a barreira de detritos pode ser um anel de travamento de corpo. Em qualquer caso, a liberação e recuperação do packer ou do tampão envolve o comprometimento da característica de travamento para a barreira de detritos de modo que a barreira de detritos possa se estender enquanto retraindo da parede do poço, de modo que a barreira e o packer ou tampão associado possam ser removidos juntos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0006] A FIG. 1 é uma vista em seção do anel de encaixe travando a barreira de detritos na posição de passagem de entrada;

[0007] A FIG. 2 é a vista da FIG. 1 com a barreira de detritos estendida e travada antes de as cunhas e a vedação serem estendidas;

[0008] A FIG. 3 é a vista da FIG. 2 com a cunha e a vedação na posição assentada;

[0009] A FIG. 4 é a vista da FIG. 3 com a barreira de detritos estendida e retraída antes de a cunha ser liberada;

[0010] A FIG. 5 é uma vista em seção na posição de passagem de entrada mostrando a barreira de detritos e o sistema de travamento de anel de travamento de corpo para a barreira de detritos;

[0011] A FIG. 6 é a vista da FIG. 5 mostrando a barreira de detritos estendida e travada na posição;

[0012] A FIG. 7 é a vista da FIG. 6 com a barreira de detritos relaxada quando o packer assentado é liberado;

[0013] A FIG. 8 é um desenho de conjunto do packer na FIG. 6 mostrado na posição de barreira de detritos assentada;

[0014] A FIG. 9 é a vista da FIG. 8 com a barreira de detritos e o packer na posição liberada e prontos para recuperação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

[0015] Com referência à FIG. 1 um packer 10 de um projeto conhecido tem um elemento de vedação 12 bem como um anel de apoio 14 e cunhas superiores 16 que se deslocam em um cone 18. Uma barreira de detritos 20 é montada entre anéis de extremidade 22 e 24. Quando os anéis 22 e 24 são trazidos em direção uns aos outros uma ranhura 26, uma nova característica do packer 10, é movida para alinhamento com um anel c ou anel de pressão 28 que é desviado em direção à ranhura 26. Isto é mostrado na FIG. 2 onde o anel 24 se moveu na direção da seta 30 e não pode voltar na direção da seta 32. A barreira de detritos agora está contra o tubular circundante 34. Neste ponto com a barreira 20 contra o tubular 24 pode ocorrer compressão axial adicional do conjunto externo do packer, o que resulta em extensão da cunha superior 16 seguida pela vedação 12 e, então, uma cunha inferior que não é mostrada. Isto pode ser visto ao comparar a FIG. 3 com a FIG. 2. A liberação do packer é atingida com uma tração para cima para quebrar um anel de cisalhamento que não é mostrado, o qual, então, permite que o conjunto externo da vedação e das cunhas que o circundam se estenda numa direção de fundo de poço para, então, deixar as cunhas e a vedação retraírem radialmente para recuperação. Como mostrado na FIG. 4 a ranhura 26 desviou com o anel 24 para retrair a barreira de detritos 20. Em seguida, a cunha 16 retomará a posição da FIG. 1 quando o cone 18 relaxar devido ao movimento na direção da seta 32. Embora não mostrado, as cunhas e o conjunto de cunhas inferiores, então, relaxarão de modo que o packer possa ser removido do poço. Do que se vê nas FIGS. o movimento da posição assentada da FIG. 3 para a posição recuperada da FIG. 4 é caracterizado pela gaiola de cunha superior se movendo para cima para contatar a cunha 16, que fornece o apoio necessário para colapsar o anel de encaixe 28 para sua ranhura. O topo do packer 20 e os internos, então, se movem para cima para fechar a folga entre a peça 24 e o anel de carga 25 continuando para cima até a gaiola de cunha superior 27 fazer contato com a cunha 16 novamente. A gaiola de cunha superior 27, então, na FIG. 4, puxa a cunha 16 para longe do cone superior 18 permitindo que o sistema do elemento relaxe.

[0016] Observem que os ressaltos 40 e 42 separaram na FIG. 4 quando a barreira de detritos relaxou. A compressão da barreira de detritos quando assentada é limitada pelo contato entre os ressaltos 40 e 42. Quando estes dois ressaltos contatam anel de pressão ou equivalente 28 alinha com a ranhura 26. Assim, a posição assentada da barreira de detritos 20 pode ser travada contra relaxação até uma força de cisalhamento ser aplicada para liberar a força compressiva de travamento de entrada no conjunto externo. Quando isto acontece, o travamento para a barreira de detritos é derrotada para permitir que a barreira 20 se estenda axialmente com retração radialmente quando o anel de pressão 28 é forçado de volta à sua ranhura original e para fora da ranhura 26. Partes passantes suportando para fora a força de remoção para o packer liberado não são transmitidas através da barreira de detritos 20. Uma ou mais aberturas 44 podem ser fornecidas na barreira de detritos 20 para evitar travamento de líquido. A barreira de detritos 20 é de preferência de borracha ou outro material resiliente que é compatível com materiais e temperaturas de poço.

[0017] As FIGS. 5 a 7 mostram uma modalidade alternativa nas posições de passagem de entrada, assentamento e liberada, respectivamente. As FIGS. 8 e 9 mostram a barreira de detritos nas posições assentada e recuperada no contexto de um desenho de conjunto de packer completo. A barreira de detritos 60 é estendida trazendo os anéis 62 e 64 juntos ao assentar o packer. Quando o anel 64 se move na direção da seta 66 ele leva com ele o anel de travamento 68 que pode encaixar na direção da seta 66 mas não pode mover na direção oposta da seta 70. Os ressaltos 71 e 72 são espaçados na posição assentada da FIG. 6 e são engatados para a posição retraída da barreira 60 para permitir a recuperação como mostrado na FIG. 7. Quando o packer e as cunhas são liberados, como será explicado abaixo, o anel de trava 68 não libera. Em vez disso, uma liberação de cisalhamento do packer permite que os anéis 64 e 74 movam em tandem com o anel de trava 68 de modo que a barreira de detritos possa se estender axialmente enquanto retraindo radialmente. Este movimento continua até os ressaltos 71 e 72 engatarem como mostrado na FIG. 7 quando a vedação de packer 12 se estende em uma direção furo acima. A barreira 60 pode ter uma ou mais aberturas 76 para evitar travamento de líquido quando a posição assentada da FIG. 6 é atingida. As aberturas 78 atingem um propósito semelhante. Um pino de cisalhamento 80 pode segurar o anel 62 e 74 juntos até a liberação do packer quando ele quebra como mostrado na FIG. 7.

[0018] A FIG. 8 mostra a montagem de todo o packer o qual fora os componentes descritos nas FIGS. 5 a 7 é de um projeto conhecido. A liberação do packer é realizada cisalhando o anel de cisalhamento em forma de l 90. O assentamento é realizado com pressão no pistão 92 que empurra para cima as cunhas 94 e o cone 96, a vedação 98, o cone 100, as cunhas superiores 102 e o anel 64 contra a barreira 60 contra o anel 62 que não pode se mover. Como resultado da força axial do pistão 92 as partes acima abaixo do anel 62 se movem para cima. O anel de trava 104 encaixa para manter a última posição assentada. Quando o pistão 92 move, a barreira de detritos 60 é estendida e sua posição estendida travada pelo anel de trava 68. Movimento contínuo do pistão 92 empurra o cone 100 sob as cunhas superiores 102 e isso estende as cunhas 102 para o tubular circundante. Posteriormente, a vedação 98 é assentada e, então, as cunhas 94 são empurradas acima da rampa 96 assim segurando a vedação 98 na sua posição assentada contra forças diferenciais em direções opostas. O assentamento das cunhas 94 e 102 e da vedação 98 é travado separadamente pelo anel de trava 104. Como mostrado na FIG. 9 a liberação é realizada com uma força aplicada ao mandril que derrota os conjuntos do anel de trava 104 para liberar o packer e 68 para liberar a barreira de detritos 60. Novamente, o packer básico como descrito nas FIGS. 8 e 9 é conhecido, além da aplicação da barreira de detritos e do travamento da barreira de detritos de uma maneira liberável. Embora o travamento da barreira de detritos 60 seja realizado com um conjunto de anel de trava que engata quando o packer é assentado e e libera quando o packer é liberado, são contemplados outros tipos de travamentos liberáveis. Para facilitar o projeto do packer, a barreira de detritos 60 é estendida e travada na posição primeiro quando o resto dos componentes do packer são, então, atuados e travados de forma liberável. Outras ordens de operação são contempladas. Obviamente, a colocação preferida da barreira, tal como 60, é furo acima dos componentes do packer para manter detritos em queda da parede do poço ou na perfuração ou dos fluidos de poço fora dos componentes de encaixe apertado que poderiam emperrar.

[0019] Embora o contexto da barreira de detritos tenha sido descrito como com packers ou tampão de obstrução, outras aplicações são contempladas, tal como válvulas, cortadores, fresas ou quaisquer outras ferramentas com componentes relativamente móveis de encaixe apertado que poderiam emperrar com detritos encontrados em um poço. As barreiras de detritos que assentam em uma variedade de maneiras são contempladas. Estas maneiras são com peso de assentamento ou com uma força furo acima usando um pistão de assentamento ou em qualquer direção com uma ferramenta passada para o poço. A sequência pode ser a barreira de detritos é assentada com, antes ou depois de a ferramenta ser operada. A barreira pode ser assentada com movimento na mesma direção ou na direção oposta a que é usada para assentar a ferramenta. Em essência, a posição de assentamento da barreira de detritos é travada liberavelmente, no entanto, se a ferramenta não for recuperada, então o travamento na posição assentada não precisa ser liberável. A barreira de detritos é protegida de tensão de tração na passagem de entrada e na recuperação do packer ou do tampão de obstrução com a barreira de detritos retraída. [0020] A descrição acima é ilustrativa da modalidade preferencial e muitas modificações podem ser feitas pelos indivíduos versados na técnica sem se desviar da invenção cujo escopo deve ser determinado a partir do escopo literal e equivalente das reivindicações abaixo:

Claims

1. Conjunto de ferramenta para uso subterrâneo, compre-endendo: uma ferramenta de múltiplos componentes (10) compreen-dendo elementos relativamente móveis (12, 14, 16, 18) seletivamente liberáveis de uma posição definida com liberação de uma trava de ferramenta multicomponente; uma barreira de detritos (20, 60) associada com a referida ferramenta tendo uma posição retraída afastada de uma parede de poço circundante (34) para passagem de entrada da referida ferramenta e uma posição estendida em que a referida barreira de detritos abrange entre a referida ferramenta e uma parede de poço circundante; caracterizado pelo fato de que a referida barreira de detritos (20, 60) travada (26, 28, 80) com uma trava de barreira de detritos na referida posição estendida contra o retorno à referida posição retraída quando a referida ferramenta multicomponente está na referida posição definida; a referida trava de barreira de detritos permanecendo travada até que o movimento multicomponente relativo derrota inicial-mente a referida trava de ferramenta multicomponente de modo que a ferramenta multicomponente possa primeiro relaxar da referida posição definida enquanto a referida barreira de detritos permanece travada.

2. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: a referida barreira de detritos que trava (26, 28, 80) na referida posição estendida é derrotada para permitir que a referida barreira de detritos retome a referida posição retraída.

3. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o referido travamento compreende um anel de pressão (28) comprimido numa primeira ranhura que expande para uma segunda ranhura (26) mediante alinhamento das referidas ranhuras.

4. Conjunto, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: a referida ferramenta (10) é operada quando as referidas ranhuras se alinham.

5. Conjunto, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que: a referida ferramenta é operada para desalinhar as referidas ranhuras.

6. Conjunto, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que: o referido anel de pressão (28) é forçado da referida segunda ranhura de volta para a referida primeira ranhura quando a ferramenta é operada uma segunda vez.

7. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: a referida ferramenta compreende um packer ou tampão de obstrução (12, 14, 16, 18).

8. Conjunto, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que: a referida ferramenta compreende um packer ou tampão de obstrução (12,14,16,18).

9. Conjunto, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que: o referido packer ou tampão de obstrução assenta antes, durante ou após a referida barreira de detritos (20, 60) ser movida para a referida posição estendida; a referida barreira de detritos é travada na referida posição estendida quando as referidas primeiras e segundas ranhuras se alinham.

10. Conjunto, de acordo com a reivindicação 9, caracteriza-do pelo fato de que: as referidas primeira e segunda ranhuras se desalinham devido a desassentamento do packer ou do tampão de obstrução.

11. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza-do pelo fato de que: a referida trava de barreira de detritos (60) compreende um anel de travamento de catraca (68).

12. Conjunto, de acordo com a reivindicação 11, caracteri-zado pelo fato de que: a referida ferramenta compreende um packer ou um tampão de obstrução.

13. Conjunto, de acordo com a reivindicação 12, caracteri-zado pelo fato de que: o referido packer ou tampão de obstrução é seletivamente travado com a a referida trava de ferramenta multicomponente adicio-nalmente compreendendo um anel de travamento de catraca (68).

14. Conjunto, de acordo com a reivindicação 13, caracteri-zado pelo fato de que: o referido packer ou tampão de obstrução desassenta de modo cisalhável (80) para derrotar a referida trava de ferramenta multicomponente para permitir que a referida barreira de detritos (60) retraia após o movimento contínuo da referida ferramenta multicompo- nente derrotar o referido bloqueio de barreira de detritos, o que permite que o referido packer ou tampão de obstrução seja recuperado.

15. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracteri-zado pelo fato de que: a referida barreira de detritos é movida para a posição estendida por movimento relativo entre dois anéis de retenção opostos (62,64).

16. Conjunto, de acordo com a reivindicação 15, caracteri-zado pelo fato de que: a referida barreira de detritos compreende um elemento resiliente com pelo menos uma abertura (76) que dobra entre os referidos anéis de retenção (62, 64) na referida posição estendida.

17. Conjunto, de acordo com a reivindicação 16, caracteri-zado pelo fato de que: a referida barreira de detritos é protegida contra tensão de tração (71, 72) na referida posição retraída.

18. Conjunto, de acordo com a reivindicação 17, caracteri-zado pelo fato de que a referida ferramenta compreende um packer ou um tampão de obstrução recuperável.

19. Conjunto, de acordo com a reivindicação 18, caracteri-zado pelo fato de que: a referida trava de barreira de detritos é travada de forma liberável com um anel de pressão (28) ou um anel de travamento de catraca (68).

20. Conjunto, de acordo com a reivindicação 19, caracteri-zado pelo fato de que o referido tampão de obstrução ou packer é liberado de modo cisalhável (80) para minar o referido anel de pressão (28) ou para desviar a retenção do referido anel de travamento de catraca (68) associado à referida barreira de detritos (20, 60).