BR112018003491B1

BR112018003491B1 - Arranjo de tampão

Info

Publication number: BR112018003491B1
Application number: BR112018003491-6A
Authority: BR
Inventors: Viggo Bransdal
Original assignee: Tco As
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2022-07-19
Also published as: GB201803637D0; US11365598B2; BR112018003491A2; US20180245421A1; SA518390975B1; US20210108476A1; US10883328B2; NO340829B1; NO20151095A1; GB2557137B; GB2557137A; WO2017034416A1

Abstract

ARRANJO DE TAMPÃO. A presente invenção refere-se a um arranjo de tampão compreendendo vidro (1) arranjado em uma ou mais sedes (6) em um alojamento de tampão, a sede ou sedes (6) formando membros de suporte suportando o vidro ou vidros (1) em uma direção axial. A invenção é, dentre outros, distinguida pelo fato de que pelo menos um dos membros de suporte compreende uma luva fendida axialmente deslocável (2) a qual, em uma direção, compreende um(a) anel/face de suporte (9) encostando contra o vidro, e na outra direção um número de braços de luva fendida (13) arranjado se apoiarem contra uma borda (14) arranjada no alojamento de tampão.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de retenção e esmagamento para um tampão de barreira em poços de hidrocarbonetos, o tampão compreendendo um material esmagável de vidro.

[002] Poços para produção de petróleo e gás são geralmente expostos a pressões muito altas que surgem de uma combinação de pressão ambiente no poço (devido à profundidade) e a pressão de reservatório exercida do petróleo e gás propriamente ditos. É portanto essencial que poços de produção suportem tais pressões. Poços estão sendo testados pela instalação de um tampão de teste abaixo no poço, no qual o poço acima do tampão de teste é exposto a pressão da unidade de sondagem e/ou produção na superfície. O poço deve suportar uma certa quantidade de pressão sem exibir qualquer evidência de vazamento. O tampão de teste deve suportar pressão de teste cíclica de cima bem como a pressão de reservatório de baixo. É essencial que o tampão de teste suporte a pressão do reservatório em uma margem considerável. Por exemplo, situações podem surgir onde a pressão no poço torna-se muito baixa. Em um tal caso, a pressão acima do tampão de teste pode se tornar muito alta, uma vez que não existe pressão de teste acima do tampão de teste a qual equalizaria totalmente ou parcialmente a pressão de reservatório.

[003] Tais circunstâncias coloca demandas extremas em um tampão de teste.

[004] Quando a testagem de poço é completada, o tampão de teste deve ser removido de modo que o poço seja aberto e a produção possa iniciar. Nesta fase, a fase de esmagamento, é essencial que o tampão possa ser removido de uma maneira confiável.

[005] Outros cenários onde há uma necessidade de se instalar um tampão removível em uma tubulação são também concebíveis. A presente invenção também se refere a este tipo de tampão.

[006] Diversos arranjos de tampões usados para testagem de poços de produção ou bloqueio temporário de tubulação são conhecidos. A abordagem mais comum tem sido usar tampões de metal. A desvantagem desse tipo de tampão é que eles são (mais) difíceis de se remover, levando assim geralmente um refugo/resíduos a permanecer(em) no poço, o que pode levar a outros problemas em um estágio posterior. Há também tampões de outros materiais, tais como borracha etc., mas esses também têm suas desvantagens.

[007] Um tampão de vidro pode ser fabricado com uma única camada de vidro ou pode compreender diversas camadas de vidro, possivelmente com outros materiais dentre as camadas. Tais materiais podem ser sólidos, tais como cerâmicas, plásticos, feltro ou até mesmo papelão, mas eles podem também compreender fluidos gasosos ou líquidos. Áreas de vácuo podem também ser incorporadas no tampão. No presente documento, “vidro” deve ser entendido com um vidro de camada simples ou multicamadas. Deve também ser entendido que fazer referência a “vidro” pode compreender outros, materiais similares, tais como materiais de cerâmica, isto é, materiais tendo propriedades que correspondem àqueles do vidro no presente contexto, além de outras propriedades que também são desejáveis. Uma camada de vidro pode também ser referida como uma placa de vidro ou um disco de vidro. O tampão de vidro é usualmente colocado dentro de um alojamento, e adicionalmente, haverá uma necessidade de um arranjo que é capaz de remover o tampão. O alojamento pode compreender uma parte separada ou pode ser incorporada em uma seção de tubo. Usualmente, será usado vidro o qual é exposto a algum tipo de tratamento, vantajosamente a fim de torná-lo mais forte/mais rígido na fase de barreira e ao mesmo tempo (mais) facilmente esmagável na fase de esmagamento. Um tal tratamento pode por exemplo compreender o tratamento da própria estrutura de vidro e/ou da superfície de vidro.

[008] Arranjos para remover o tampão são usualmente construídos em ou associados com o tampão, o que significa que eles são instalados juntos com ou ao mesmo tempo que o tampão, dentro do próprio tampão ou do alojamento ou em conexão com uma seção de tubo. Quando o tampão deve ser removido, é conhecido o uso de cargas explosivas para esmagar o tampão, usualmente colocando essas dentro do tampão ou sobre a superfície do mesmo. Essa é técnica anterior conhecida da Patente Norueguesa NO 321976. Um número de desvantagens são afixadas à instalação e ao uso de cargas explosivas em poços de produção. Por exemplo, há sempre um certo risco de explosivos ou partes dos mesmos permanecendo não detonados dentro do poço, o que é considerado inaceitável pelo usuário, apesar risco conectado ao mesmo sendo comparativamente pequeno. Em adição, a manipulação de tampões com explosivos durante ambos o transporte (em particular transfronteiriço) e instalação como tal é bem mais complicada devido às muitas precauções de segurança que devem ser tomadas, uma vez que os explosivos representam um risco potencial a usuários durante a manipulação do tampão.

[009] Há também mecanismos de esmagamento baseados em soluções mecânicas, por exemplo pontas, pressão, sistemas hidráulicos etc.

[0010] Uma solução que não usa explosivos e é construída em uma construção de tampão deve expor o tampão a cargas de pressão localizadas altas. Isso é mostrado no pedido de Patente Norueguesa NO 20081229, onde o arranjo para destruir o tampão compreende um membro arranjado para se mover radialmente guiando um elemento de liberação em uma direção axial, e na Patente Norueguesa NO 331150, onde locais que são expostos a uma tal carga de pressão grande são enfraquecidos durante a construção do tampão de modo a ser esmagado mais facilmente.

[0011] Outra solução é inserir entre um número de placas de vidro um fluido que é incompressível ou apenas ligeiramente compressível e que é drenado em uma câmara atmosférica dedicada mediante um sinal de abertura. Os elementos de tampão cedem por meio da pressão hidrostática. No entanto, isso não funcionará no caso de um vazamento na câmara atmosférica, já que o fluido não pode ser drenado. Outra desvantagem desta solução é que a construção do tampão tem que ser mais fraca do que é desejado, enquanto os diversos membros de tampão devem ser suficientemente finos para rompimento por meio da pressão de poço apenas.

[0012] Uma solução similar é conhecida da Patente Norueguesa NO 328577, que apresenta um tampão esmagável compreendendo uma cavidade interna arranjada para estar em comunicação fluida um membro de pressurização externa, e o tampão sendo arranjado de modo a romper fornecendo um fluido à cavidade interna tal que a pressão dentro da cavidade excede a pressão externa acima de um nível onde o tampão se rompe.

[0013] Da Patente Norueguesa NO 325431 é conhecido um tampão esmagável onde o diferencial de pressão entre o lado de fora e o lado de dentro do tampão é usado para esmagar o tampão além de um pino que põe o tampão sob uma carga localizada. O lado de dentro de pressão é descarregado de modo a alcançar a pressão atmosférica, enquanto a pressão externa é igual à pressão hidrostática do furo de perfuração na profundidade atual. Assim, a fim de para esmagar o tampão, é necessário que o diferencial de pressão entre a pressão hidrostática do furo de perfuração na profundidade atual e a pressão atmosférica seja grande o bastante.

[0014] Um exemplo de um mecanismo de liberação que não compreender explosivos é uma denominada solução de TICKER. Um mecanismo de liberação desse tipo funciona com o mecanismo contando um número de mudanças de pressão cíclicas, vantajosamente aplicadas através do poço a partir da superfície, o mecanismo sendo liberado e fazendo o vidro ser esmagado por meio de qualquer uma das soluções descritas acima.

[0015] Um objetivo da presente invenção é prover um tampão que não é dificultado com um ou mais das desvantagens acima mencionadas.

[0016] Um objetivo adicional é apresentar um tampão que aumenta a resistência do tampão, em particular do lado do reservatório.

[0017] Em seguida, é um objetivo prover um tampão que pode ser removido de forma confiável quando é desejável ou requerido.

[0018] Em adição, ou alternativamente, é um objetivo prover um tampão que é mais simples e mais barato de se produzir.

[0019] Um ou mais desses objetivos são alcançados por uma solução como descrita na reivindicação 1. Modalidades ou vantagens adicionais são descritas nas reivindicações dependentes.

[0020] A seguir, é provida uma descrição detalhada, porém não limitante da invenção com referência às seguintes figuras, em que: a Fig. 1 mostra uma vista lateral seccional de uma modalidade de uma luva fendida de acordo com a presente invenção, a Fig. 2 mostra uma vista em perspectiva da modalidade mostrada na Fig.1, a Fig. 3 mostra uma modalidade da invenção onde o vidro é instalado e os braços da luva fendida se encostam contra a(s) borda(s), a Fig. 4 mostra a mesma modalidade que a Fig. 3, onde o anel de travamento que retém os braços da luva fendida contra a(s) borda(s) é libertado enquanto o vidro está sendo esmagado, a Fig. 5 mostra a mesma modalidade que nas Fig. 3 e 4, o vidro tendo sido esmagado, e as Figs. 6-8 mostram detalhes das Figs. 3-5.

[0021] A Fig. 3 mostra uma modalidade da presente invenção compreendendo um vidro 1, uma luva fendida 2 e um anel de travamento 3. No lado de poço 4 do tampão 5, o vidro 1 se apoia contra uma ou mais sedes 6 que podem ser formadas diretamente no alojamento ou na seção de tubo 7. Essa sede (ou essas sedes) 6 formam membros de suporte para o vidro 1 no lado de poço 4 do vidro. De acordo com esta modalidade, é uma vantagem substancial que nenhum dos membros de suporte localizados no lado de poço compreende O-rings ou outros elementos que podem se mover, ceder ou ficar presos caso uma situação surja onde a pressão total é exercida do lado do reservatório 8. Com isso, o risco de desenvolvimento de passagens de vazamento potencial é substancialmente reduzido. Isso por sua vez contribui para dar ao tampão 5 tanta resistência do lado do reservatório 8 quanto possível, que é a função mais essencial de um tampão de barreira.

[0022] Alternativamente, a(s) sede(s) pode(m) compreender um ou mais anéis ou luvas encostando contra uma ou mais sedes (não mostradas) que são formadas diretamente no alojamento 7, mas neste caso, o risco de desenvolvimento de passagens de vazamento potencial em torno do vidro 1 quando a pressão total atinge do lado do reservatório 8 não é evitado na mesma extensão.

[0023] No outro lado do vidro 1, no lado de reservatório 8, está localizada a luva fendida 2. De acordo com a modalidade mostrada, a luva fendida 2 forma uma ou mais sedes contra o vidro 1 na forma de uma superfície de anel 9. Essa superfície de anel 9 pode ser reta ou inclinada. Isso é mais claramente mostrado nas Figs. 1 e 2. A espessura da superfície de anel em uma direção radial pode ser adaptada de modo a alcançar uma superfície de contato que provê a resistência requerida/desejada em uma direção para baixo, além de uma margem considerável. Na periferia externa 10 da superfície de anel 9, um número de entalhes ou fendas 11 (uma ou mais) pode estar presente que pode se estender em uma direção axial. Em um ou mais dos entalhes ou fendas 11, uma faca ou pino 12 pode ser arranjada(o) que é arranjada(o) na parede 7 do alojamento, diretamente ou através de outros elementos, possivelmente com membros de vedação na forma de O-rings ou membros de vedação tendo algum outro tipo de desenho. Isso é para evitar que o desenvolvimento de passagens de vazamento possíveis. Os pinos ou facas 12 podem também ser fresados(as) ou formados(as) de qualquer outro modo diretamente no alojamento ou possivelmente em um elemento arranjado totalmente ou parcialmente em torno do vidro e/ou do elemento de luva.

[0024] Os pinos ou facas 12 contribuíram para o esmagamento do vidro 1 em uma fase de esmagamento.

[0025] Na outra extremidade da luva fendida 2, na extremidade voltada para baixo em direção ao reservatório 8, as Figs. 1 e 2 mostram uma possível modalidade dos braços 13 da luva fendida. Nesse contexto, o número e desenho dos braços 13 não é essencial. Os braços 13 da luva fendida são formados de modo a serem capazes de serem dobrados para dentro (em direção ao centro do poço) ou para fora (em direção à parede do tubo). Os braços 13 da luva fendida são montados de modo a terem a extremidade dos braços (em uma direção para baixo) encostando contra uma borda 14 localizados na parede de tubo/alojamento 7. Para prevenir os braços da luva fendida de se dobrarem para dentro em direção ao centro do poço e assim sendo capazes de se moverem livremente para baixo, um anel de travamento 3 é arranjado no lado de dentro dos braços da luva fendida e pode ser arranjado de tal modo que durante a fase de esmagamento, é deslocado axialmente para baixo e assim para longe dos braços 13 da luva fendida. Os braços 13 da luva fendida serão então capazes de se dobrarem para dentro (em direção ao centro da parede) e assim se soltarem da borda 14 e se moverem livremente para baixo. O vidro 1 seguirá a luva fendida 2 e atingirá as facas/pinos 12 com grande força. Se o vidro 1 não foi quebrado ainda, ele quebrará mais definitivamente mediante atingimento das facas/pinos 12.

[0026] As Figs. 4 e 5 bem como 7 e 8 mostram como o anel de travamento 3 é deslocado para baixo de modo que a luva fendida 2 se solte da borda 14, o vidro 1 seguindo a luva fendida e assim atingimento das facas/pinos 12. Nas Figs. 5 e 8, o vidro 1 tem sido esmagado e despejado.

[0027] Outras modalidades alternativas para deslocar o anel de travamento 3 para baixo são concebíveis

[0028] É concebível que o anel de travamento 3 possa libertar a luva fendida 2 deixando o anel de travamento se soltar ou deslocando-o em uma direção para cima (não mostrado). Nesse caso, os braços 13 da luva fendida e o anel de travamento 3 devem ser formados de modo a serem capazes de se dobrarem para dentro até mesmo se o anel de travamento for deslocado para cima em direção ao vidro 1. Pelo menos, o anel de travamento deve ser soltado para cima em direção ao vidro até uma tal extensão que se permite que os braços da luva fendida se dobrem para dentro mais ou menos completamente. Em uma tal modalidade, o anel de travamento pode ser suportado por um fluido hidráulico (não mostrado) que é descarregado em uma ou mais câmaras quando o tampão deve ser removido. Um tal suporte hidráulico pode também ser usado quando o anel de travamento é arranjado para ser deslocado para baixo.

[0029] Uma modalidade adicional do anel de travamento 3 pode compreender uma solução rosqueável, isto é, um anel de travamento que compreende roscas externas e se move para longe dos braços sendo rosqueado para baixo para fora do engate dos braços. Escolhendo o número de passo apropriado das roscas no lado de fora do anel de travamento, o anel de travamento pode se tornar de autotravamento. Em uma tal modalidade, o mecanismo de liberação será arranjado tal que um anel de luva internamente rosqueado arranjado no lado de fora das roscas do anel de travamento, é feito para girar mediante liberação, que pode ser alcançado de vários modos.

[0030] Quando o anel de travamento 3 está localizado no lado de dentro dos braços 13 da luva fendida, o vidro 1 é firmemente arranjado dentro do tampão sem a possibilidade de qualquer movimento substancial em uma direção axial. A borda 14 absorverá a força exercida pelo vidro por meio da luva fendida. A borda 14 pode ser reta ou inclinada (possivelmente conformada de outro modo). Se for inclinada, ela pode contribuir para empurrar/dobrar os braços 13 para dentro. O anel de travamento 3 prevenirá assim que os braços sejam empurrados/dobrados para dentro quando a luva fendida é travada como pretendido, enquanto os braços 13 se soltam da borda (mais) facilmente quando o anel de travamento 3 é libertado/deslocado.

[0031] O anel de travamento 3 pode ser libertado/liberado de diversos modos.

[0032] Uma opção é uma conexão mecânica ou hidráulica com um arranjo de TICKER que é arranjado na parede do tubo/alojamento no lado de cima do vidro. Quando o arranjo de TICKER é liberado, o anel de travamento experimenta uma força para baixo que o empurra para baixo para longe dos braços da luva fendida, tal que eles se articulam para dentro e assim libertando-se da borda. A luva fendida é assim livre para se mover axialmente para baixo.

[0033] Outra opção pode ser para arranjar um assim denominado disco de rompimento (não mostrado) em um ou mais canais se estendendo do lado de cima do tampão abaixo para o anel de travamento. Quando o disco de rompimento é exposto tão suficientemente a pressão alta, romperá e permitirá que fluido de poço passe através dos canais, empurrando os anéis de travamento para baixo. Essa pressão hidráulica pode opcionalmente ser aplicada ao lado superior do anel de travamento por meio de pinos se estendendo axialmente ou outros meios mecânicos que atuam como uma trava em uma direção para cima, mas pode substancialmente se mover livremente em uma direção para baixo.

[0034] Tal transmissão mecânica pode também ser combinada com outros mecanismos de liberação 15, por exemplo uma solução de TICKER. A vantagem de tal transmissão mecânica é que ela pode atuar como uma barreira segura em direção ao lado de reservatório caso a pressão relativa do lado inferior do tampão cresce suficientemente grande para romper ou danificar um disco de rompimento, solução de TICKER ou outro mecanismo de liberação que pode estar presente do lado inferior. Uma possível modalidade de tal transmissão mecânica pode ser um pino (não mostrado) no lado de cima encostando contra uma sede de válvula, isto é o pino se situa em um canal com uma seção transversal maior que o canal acima do pino, o pino então sendo empurrado contra a sede de válvula e vedando o canal/a conexão quando pressão é aplicada do lado inferior. Tal modalidade resultará em um tampão que é “fechado à prova de falhas” ambos do lado inferior e do superior do tampão.

[0035] A luva fendida 2 de acordo com outra modalidade pode ser formada de diversas partes que são montadas de modo a funcionar do modo descrito acima (não mostrado). Os braços 13 podem compreender por exemplo totalmente ou parcialmente partes soltas (braços) que suportam um ou mais anéis de suporte que suportam o vidro. De acordo com outra modalidade, os braços podem ser dobráveis sendo empurrados para dentro por meio de meios apropriados, ou pelos braços sendo feitos de um material ou compreendendo fraquezas cedem/quebram dentro de um intervalo de carga definido.

Claims

1. Arranjo de tampão compreendendo vidro (1) arranjado em uma sede (6) em um alojamento de tampão, a sede (6) formando um lado de um membro de um suporte para suportar o vidro (1) em uma direção axial em um lado de poço do vidro (1), caracterizado pelo fato de que o membro de suporte compreende adicionalmente uma luva fendida axialmente deslocável (2) para suportar o vidro (1) em uma direção axial, em que a luva fendida axialmente deslocável (2) compreende um(a) anel/face de suporte (9) encostando contra o vidro (1) em uma direção, e a luva fendida axialmente deslocável (2) compreende ainda na outra direção, um número de braços de luva fendida (13) arranjados para se apoiarem contra uma borda (14) arranjada no alojamento de tampão.

2. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os braços de luva fendida (13) são arranjados para se dobrarem para dentro em direção ao centro do poço.

3. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um anel de travamento axialmente deslocável (3) é arranjado para travar os braços (13) da luva fendida contra a borda.

4. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o anel de travamento axialmente deslocável (3) é arranjado para liberar os braços (13) da luva fendida da borda (14).

5. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que um mecanismo de liberação (15) é arranjado para deslocar o anel de travamento (3) em uma direção axial.

6. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o anel de travamento axialmente deslocável (3) é arranjado para ser deslocado para longe do vidro (1).

7. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o anel de travamento axialmente deslocável (3) é arranjado para ser deslocado em direção ao vidro (1).

8. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a luva fendida axialmente deslocável (2) é integralmente formada.

9. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a luva fendida axialmente deslocável (2) é formada em múltiplas partes.

10. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de liberação (15) é arranjado para deslocar o anel de travamento (3) em uma direção axial por meio de uma força hidráulica.

11. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de liberação (15) é arranjado para deslocar o anel de travamento (3) em uma direção axial por meio de uma força mecânica.

12. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de liberação (15) é arranjado para deslocar o anel de travamento (3) em uma direção axial por meio de uma combinação de uma força hidráulica e uma mecânica.

13. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o anel de travamento (3) é suportado por um fluido hidráulico, o mecanismo de liberação (15) sendo arranjado para descarregar o fluido hidráulico.

14. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o anel de travamento (3) tem roscas externas.

15. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o número de passo das roscas externas do anel de travamento (3) é escolhido de tal modo que a conexão rosqueada é de autotravamento.

16. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 4, caraterizado pelo fato de que o mecanismo de liberação (15) é arranjado para deslocar o anel de travamento (3) em uma direção axial.

17. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o anel de travamento axialmente deslocável (3) é arranjado para ser deslocado para longe do vidro (1).

18. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o anel de travamento axialmente deslocável (3) é arranjado para ser deslocado em direção ao vidro (1).

19. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de liberação (15) é arranjado para deslocar o anel de travamento (3) em uma direção axial por meio de uma força hidráulica.

20. Arranjo de tampão de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de liberação (15) é arranjado para deslocar o anel de travamento (3) em uma direção axial por meio de uma força mecânica.