BR112018013776B1 - Barreira anular, sistema de fundo de poço para completação de um poço em uma formação tendo camadas de pressões variadas, e método de perfuração para perfuração anterior a uma zona de baixa pressão em uma formação - Google Patents

Barreira anular, sistema de fundo de poço para completação de um poço em uma formação tendo camadas de pressões variadas, e método de perfuração para perfuração anterior a uma zona de baixa pressão em uma formação Download PDF

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Abstract

A presente invenção se relaciona a barreira anular (1) para ser expandida em anular (2) entre estrutura tubular do poço (3) e parede (4) de fundo do poço do furo de sondagem (5) para isolar primeira zona (101) da segunda (102) no anular entre estrutura tubular do poço e parede do furo de sondagem, o anular tendo pressão , compreendendo: parte do tubular montada como parte da estrutura tubular do poço, com abertura (7) e interior (8) tendo pressão interior, luva de metal expansí-vel (9) circunda parte do tubular, face interna faceia parte do tubular, e externa faceia parede do furo de sondagem, cada extremidade da luva conectada com parte do tubular, espaço anular entre face interna da luva e parte do tubular, este com pressão de espaço, e sistema de válvula com primeira válvula (16) e segunda (17), esta permitindo o fluido pressurizado no espaço anular expanda a luva , e impedindo fluido de escoar do espaço anular para interior da parte do tubular, onde a primeira válvula tem primeira posição permitindo comunicação fluida entre o interior da parte do tubular e segunda válvula, de modo a expandir a luva quando do aumento da pressão interior, e segunda posição proporciona comunicação fluida entre espaço e anular, primeira válvula configurada para alterar da (...).

Description

Campo da Invenção
[0001] A presente invenção se relaciona a uma barreira anular pa ra ser expandida em um anular entre uma estrutura tubular do poço e uma parede de um fundo de poço de furo de sondagem para isolamento de uma primeira zona de uma segunda zona no anular entre a estrutura tubular do poço e a parede do furo de sondagem, o anular tendo uma pressão anular. A invenção também se relaciona a um sistema de fundo de poço, e, finalmente, a presente invenção se relaciona a um método de perfuração para perfuração anterior a uma zona de baixa pressão em uma formação.
Técnica antecedente
[0002] Quando da perfuração de um novo furo de sondagem em uma lateral em um poço existente, a cabeça de perfuração pode perfurar em uma zona de pressão muito baixa, resultando em uma perda de pressão no furo de sondagem. Desse modo, a lama que entra no furo enquanto que perfurando para impedir explosão é perdida na zona de baixa pressão, e existirá um risco substancial de uma explosão se a perfuração é continuada. A cimentação e, desse modo, parte de vedação do anular acima da zona de baixa pressão é também impossível, visto que o cimento injetado é perdido do mesmo modo à medida que a lama desaparece na zona de baixa pressão, e, em seguida, este furo de sondagem parcialmente perfurado é abandonado e tamponado de cima, e um novo poço é perfurado.
[0003] A expansão e, desse modo, assentamento de uma barreira anular em tal toda zona de baixa pressão por pressurização do interior da estrutura tubular do poço oposto à barreira anular pode não ser bem-sucedida. Isto é devido ao fato que a abertura de expansão na estrutura tubular do poço necessita ser fechada após expansão, e os mecanismos de fechamento da técnica anterior, ou fecham antes da barreira anular ser expandida, ou não fecham no todo devido à falta de pressão no anular. Os mecanismos de fechamento da técnica anterior contam com a pressão do anular para alterar a posição da válvula e fechar a abertura de expansão e abrir comunicação de fluido ao anular, e quando a pressão do anular subitamente torna-se tão baixa quanto é o caso quando da perfuração na zona de baixa pressão, a pressão no anular não pode aumentar a um nível alto bastante para alterar a posição do mecanismo de fechamento que é normalmente feito apenas após expansão, ou pelo menos quando equalização da pressão entre o anular e o interior da barreira anular é requerida. Outro risco é que o mecanismo de fechamento fecha antes da expansão ter terminado à medida que alguns mecanismos de fechamento contam com um pino de cisalhamento para quebrar após expansão, e desde que tal pino de cisalhamento é selecionado de modo que ele quebra à uma certa pressão diferencial e não a uma pressão absoluta, e o pino de cisalhamento é selecionado de modo que ele quebra quando a pressão no interior da estrutura tubular do poço é acima de uma pressão de expansão pré-determinada, o pino de cisalhamento pode quebrar na fase inicial do processo de expansão quando a pressão anular é muito baixa, criando uma alta diferença de pressão através do pino de cisalhamento de modo que ele cisalhará muito antes, e, desse modo, próximo à abertura de expansão antes da expansão ter ainda co-meçado.
Sumário da Invenção
[0004] É um objetivo da presente invenção superar totalmente ou parcialmente as desvantagens acima e problemas da técnica anterior. Mais especificamente, é um objetivo proporcionar uma barreira anular aperfeiçoada para um sistema de completação ou sistema de perfuração, que torna possível continuar a perfuração anterior à zona de pressão muito baixa acima mencionada.
[0005] Os objetivos acima, juntos com numerosos outros objetivos, vantagens e características, que tornar-se-ão evidentes da descrição abaixo, são alcançados por uma solução de acordo com a presente invenção por uma barreira anular para ser expandida em um anular entre uma estrutura tubular do poço e uma parede do fundo do poço do furo de sondagem para isolamento de uma primeira zona de uma segunda zona no anular entre a estrutura tubular do poço e a parede do furo de sondagem, o anular tendo uma pressão anular, compreendendo:
[0006] - uma parte do tubular para ser montada como parte da es trutura tubular do poço, a parte do tubular compreendendo uma abertura e um interior tendo uma pressão interior,
[0007] - uma luva expansível que circunda a parte do tubular, e tendo uma face interna que faceia a parte do tubular, e uma face externa que faceia a parede do furo de sondagem,
[0008] - cada extremidade da luva expansível sendo conectada com a parte do tubular,
[0009] - um espaço anular entre a face interna da luva expansível e a parte do tubular, o espaço anular tendo uma pressão de espaço, e
[0010] - um sistema de válvula compreendendo uma primeira vál vula e uma segunda válvula, a segunda válvula permitindo que o fluido pressurizado no espaço anular expanda a luva expansível e impeça o fluido de fluir a partir do espaço anular para o interior da parte do tubular, no qual a primeira válvula tem uma primeira posição que permite comunicação de fluido entre o interior da parte do tubular e a segunda válvula para expandir a luva expansível, e uma segunda posição pro-porcionando comunicação de fluido entre o espaço anular e o anular, e fechando a comunicação de fluido entre o interior da parte do tubular e o espaço anular por meio de uma diferença de pressão entre o interior e o espaço anular independentemente da pressão anular.
[0011] A presente invenção também se relaciona a uma barreira anular para ser expandida em um anular entre uma estrutura tubular do poço e uma parede de um fundo de poço de furo de sondagem para isolamento de uma primeira zona de uma segunda zona no anular entre a estrutura tubular do poço e a parede do furo de sondagem, o anular tendo uma pressão anular, compreendendo:
[0012] - uma parte do tubular para ser montada como parte da es trutura tubular do poço, a parte do tubular compreendendo uma abertura e um interior tendo uma pressão interior,
[0013] - uma luva de metal expansível que circunda a parte do tu bular, e tendo uma face interna que faceia a parte do tubular, e uma face externa que faceia a parede do furo de sondagem,
[0014] - cada extremidade da luva de metal expansível sendo co nectada com a parte do tubular,
[0015] - um espaço anular entre a face interna da luva de metal expansível e a parte do tubular, o espaço anular tendo uma pressão de espaço, e
[0016] - um sistema de válvula compreendendo uma primeira vál vula e uma segunda válvula, a segunda válvula permitindo que fluido pressurizado no espaço anular expanda a luva de metal expansível, e impedindo o fluido de fluir a partir do espaço anular para o interior da parte do tubular, no qual a primeira válvula tem uma primeira posição que permite comunicação de fluido entre o interior da parte do tubular e a segunda válvula de modo a expandir a luva de metal expansível quando aumenta a pressão interior, e uma segunda posição que pro- porciona comunicação de fluido entre o espaço anular e o anular, no qual a primeira válvula é configurada para alterar da primeira posição para a segunda posição quando a pressão de espaço é mais alta do que a pressão interior.
[0017] Também, a segunda posição pode proporcionar comunica ção de fluido entre o espaço anular e o anular, e fechar a comunicação de fluido entre o interior da parte do tubular e do espaço anular.
[0018] Por ter uma primeira válvula alterando a posição por meio da diferença de pressão entre o interior da parte do tubular e o espaço anular independentemente da pressão anular, a barreira anular é capaz de ser totalmente expandida também em ou acima de uma zona de baixa pressão. O fechamento da abertura de expansão e, desse modo, o fechamento da comunicação de fluido para o interior da estrutura tubular do poço é, portanto, também realizado independentemente da pressão anular, e, desse modo, fechamento unintencional antes ou durante expansão é impedido. Adicionalmente, a situação em que a abertura de expansão não é fechada no todo no caso de baixa pressão no anular, é também evitada.
[0019] A segunda válvula pode ser disposta em um canal que co necta fluidamente a abertura de expansão com o espaço anular.
[0020] Além disso, a primeira válvula pode ser disposta em parale lo à segunda válvula.
[0021] Também, a primeira válvula pode compreender uma câma ra e um pistão que divide a câmara em uma primeira seção de câmara e uma segunda seção de câmara, e o pistão pode ser móvel no interior da câmara para alterar a posição.
[0022] Além disso, a segunda seção de câmara pode estar em comunicação de fluido com o espaço anular na primeira posição da primeira válvula.
[0023] Adicionalmente, a primeira seção de câmara pode estar em comunicação de fluido com o interior da parte do tubular na primeira posição da primeira válvula.
[0024] Adicionalmente, a primeira válvula pode ter uma primeira abertura estando em comunicação de fluido com o interior, uma segunda abertura estando em comunicação de fluido com a segunda válvula, uma terceira abertura estando em comunicação de fluido com o espaço anular, e uma quarta abertura estando em comunicação de fluido com o anular, e na primeira posição, a primeira abertura pode estar em comunicação de fluido com a segunda abertura, e na segunda posição, a terceira abertura pode estar em comunicação de fluido com a quarta abertura.
[0025] Além disso, o pistão pode compreender um canal de fluido que proporciona comunicação de fluido entre a terceira abertura e a segunda seção de câmara na primeira posição.
[0026] O pistão acima mencionado pode ter uma face da primeira extremidade que faceia a primeira seção de câmara, e uma face do segundo pistão que faceia a segunda seção de câmara.
[0027] Além disso, o canal de fluido pode proporcionar comunica ção de fluido entre o espaço anular e a segunda seção de câmara na primeira posição, de modo que a pressão de espaço pode atuar na face da segunda extremidade do pistão.
[0028] Além disso, a diferença de pressão entre a primeira seção de câmara e a segunda seção de câmara pode mover o pistão para alterar a posição da primeira válvula.
[0029] A face da primeira extremidade pode ter um diâmetro ex terno sendo substancialmente igual a um diâmetro externo da face da segunda extremidade.
[0030] O diâmetro externo da face da primeira extremidade e da face da segunda extremidade pode corresponder à um diâmetro interno da câmara.
[0031] Também, o pistão pode ter um recesso que proporciona comunicação de fluido entre a terceira abertura e a quarta abertura na segunda posição.
[0032] O recesso pode ser anular.
[0033] Também, o pistão pode ter elementos de vedação.
[0034] Além disso, a segunda válvula pode ser uma válvula de es fera, ou uma válvula de retenção.
[0035] Em adição, a primeira válvula pode compreender um pino de cisalhamento que se prolonga no pistão para manter o pistão na primeira posição até que uma diferença de pressão pré-determinada é alcançada.
[0036] A barreira anular, de acordo com a presente invenção, pode compreender adicionalmente uma unidade anticolapso compreendendo um elemento móvel pelo menos entre uma primeira posição e uma segunda posição, a unidade anticolapso tendo uma primeira porta que está em comunicação de fluido com a primeira zona do anular, e uma segunda porta que está em comunicação de fluido com a segunda zona do anular, e a unidade anticolapso tendo uma terceira porta que está em comunicação de fluido com o espaço anular, e na primeira posição, a primeira porta pode estar em comunicação de fluido com a terceira porta, equalizando a pressão da primeira zona com a pressão de espaço, e na segunda posição, a segunda porta pode estar em comunicação de fluido com a terceira porta, equalizando a pressão da segunda zona com a pressão de espaço.
[0037] Em adição, a unidade anticolapso pode compreender uma válvula de retenção, e o elemento pode ser compreendido na válvula de retenção.
[0038] A barreira anular, de acordo com a invenção, pode, além disso, compreender um elemento de travamento adaptado para travar mecanicamente o pistão quando o pistão está na posição fechada, bloqueando a primeira abertura.
[0039] Também, o elemento de travamento pode ser configurado para mover pelo menos parcialmente radialmente para fora ou para dentro após movimento do pistão distante da primeira posição para impedir o pistão de retornar para a primeira posição do pistão.
[0040] Além disso, o elemento de travamento pode travar perma nentemente o pistão em uma posição fechada.
[0041] Além disso, o pino de cisalhamento pode se prolongar atra vés do elemento de travamento e através do pistão.
[0042] A barreira anular, de acordo com a presente invenção, pode também compreender uma porta de cimento ou uma porta de fratura- mento.
[0043] A invenção também se relaciona a um sistema de fundo de poço para completação de um poço em uma formação tendo camadas de pressões variantes, compreendendo:
[0044] - uma estrutura tubular do poço, e
[0045] - pelo menos uma barreira anular de acordo com a inven ção.
[0046] Adicionalmente, a estrutura tubular do poço pode ser um revestimento de perfuração conectado com uma cabeça de perfuração em uma primeira extremidade.
[0047] Também, a barreira anular pode ser disposta mais próxima à primeira extremidade do que à segunda extremidade da estrutura tubular do poço.
[0048] Além disso, a estrutura tubular do poço pode ser uma car caça de produção.
[0049] Finalmente, a presente invenção se relaciona a um método de perfuração para perfuração anterior a uma zona de baixa pressão em uma formação, compreendendo as etapas de:
[0050] - perfurar um furo de sondagem na formação,
[0051] - determinar uma zona de baixa pressão na formação,
[0052] - soltar um elemento de fechamento na estrutura tubular do poço,
[0053] - aumentar a pressão interior da estrutura tubular do poço, e expandir uma barreira anular de acordo com a invenção na zona de baixa pressão, e
[0054] - diminuir a pressão interior à uma pressão abaixo da pres são de espaço, e alterar a posição da primeira válvula a partir da primeira posição para a segunda posição.
[0055] O método de perfuração acima mencionado pode compre ender adicionalmente a etapa de equalizar a pressão entre o anular e o espaço anular.
[0056] Também, o método de perfuração pode compreender a etapa de proporcionar cimento acima da barreira anular em um anular entre a carcaça e uma parede do furo de sondagem.
[0057] Além disso, o método de perfuração descrito acima pode compreender adicionalmente as etapas de:
[0058] - oscilar ou girar pelo menos parte da carcaça em relação à barreira anular enquanto que cimentando, após expansão da luva de metal expansível, e
[0059] - perfurar anterior à zona de baixa pressão.
Breve descrição dos desenhos
[0060] A invenção e suas muitas vantagens serão descritas em mais detalhes abaixo com referência aos desenhos esquemáticos acompanhantes, que para a proposta de ilustração mostra algumas concretizações não limitantes, e em que:
[0061] A Fig. 1 mostra uma vista em corte transversal de uma bar reira anular de acordo com a invenção,
[0062] A Fig. 2 mostra parte da barreira anular em perspectiva,
[0063] A Fig. 3 mostra uma vista em corte transversal de um sis- tema de válvula em uma primeira posição,
[0064] A Fig. 4 mostra uma vista em corte transversal do sistema de válvula da Fig. 3 em uma segunda posição,
[0065] A Fig. 5 mostra uma vista em corte transversal de outro sis tema de válvula na segunda posição,
[0066] A Fig. 5A mostra uma vista em corte transversal de outro sistema de válvula na segunda posição,
[0067] A Fig. 6 mostra uma vista em corte parcialmente transversal de um sistema de fundo de poço,
[0068] A Fig. 7 mostra uma vista em corte transversal de outro sis tema de válvula na primeira posição,
[0069] As Figs. 8A-C mostram a barreira anular não expandida na situação quando da perfuração através de uma alta zona de pressão,
[0070] As Figs. 9A-C mostram a barreira anular não expandida na situação quando da perfuração em uma zona de pressão muito baixa que experimenta "perda de pressão",
[0071] As Figs. 10A-C mostram a barreira anular sendo expandida durante experimento de "perda de pressão",
[0072] As Figs. 11A-C mostram a barreira anular após expansão durante alteração da primeira válvula a partir da primeira posição para a segunda posição, e
[0073] As Figs. 12A-C mostram a barreira anular isolando a parte de topo do anular a partir da zona de pressão muito baixa.
[0074] Todas as figuras são altamente esquemáticas e não neces sariamente em escala, e elas mostram somente aquelas partes que são necessárias de modo a elucidar a invenção, outras partes sendo omitidas ou meramente sugeridas.
Descrição detalhada da invenção
[0075] A Fig. 1 mostra uma barreira anular 1 que foi expandida em um anular 2 entre uma estrutura tubular do poço 3 e uma parede 4 de um fundo de poço de furo de sondagem 5 para isolamento de uma primeira zona 101 de uma segunda zona 102 no anular entre a estrutura tubular do poço e a parede do furo de sondagem. A barreira anular 1 compreende uma parte do tubular 6 montada como parte da estrutura tubular do poço, e compreende uma abertura 7, e um interior 8 com uma pressão interior. A barreira anular 1 compreende uma luva de metal expansível 9 que circunda a parte do tubular 6, e tendo uma face interna 10 que faceia a parte do tubular, e uma face externa 11 que faceia a parede 4 do furo de sondagem 5. Cada extremidade 12 da luva de metal expansível 9 é conectada com a parte do tubular 6 que forma um espaço anular 14 entre a face interna da luva de metal expansível e a parte do tubular 6. A barreira anular compreende adici-onalmente um sistema de válvula 15 compreendendo uma primeira válvula 16 e uma segunda válvula 17. A segunda válvula 17 permite que fluido pressurizado no espaço anular 14 expanda a luva de metal expansível 9, e impede o fluido pressurizado de fluir a partir do espaço anular 14 de volta no interior 8 da parte do tubular 6. A primeira válvula 16 tem uma primeira posição que permite comunicação de fluido entre o interior da parte do tubular 6 e a segunda válvula 17 para expandir a luva de metal expansível 9 quando a pressão interior é aumentada à uma pressão de expansão, e a primeira válvula 16 tem uma segunda posição que proporciona comunicação de fluido entre o espaço anular 14 e o anular 2, e fechando a comunicação de fluido entre o interior da parte do tubular 6 e o espaço anular por meio de uma diferença de pressão entre o interior da parte do tubular 6 e o espaço anular 14 independentemente da pressão anular. Desse modo, durante expansão, a pressão interior da parte do tubular é maior do que a pressão anular, mas se a pressão no anular é muito baixa, tal como em uma zona de baixa pressão na formação onde perda de pressão tenha ocorrido, a posição da primeira válvula 16 pode ainda ser alterada por diminuição da pressão interior, e usando a pressão de espaço, sendo igual à pressão de expansão, para alterar da primeira posição para a segunda posição. A barreira anular 1 pode, portanto, ser expandida, e a primeira válvula pode subsequentemente ser alterada a partir da posição de expansão para a segunda posição, e na segunda posição, a pressão no espaço anular e no anular pode ser equalizada, e a comunicação de fluido para o interior da parte do tubular foi fechada. A pressão de espaço no espaço anular é, desse modo, usada para alterar a posição da primeira válvula.
[0076] A luva de metal expansível 9 é conectada à parte do tubular 6 por meio da parte de conexão 18, e o sistema de válvula 15 é fluidamente conectado à parte de conexão 18 por meio de um primeiro tubo 21, conforme mostrado nas Figs. 1 e 2. A abertura 7 na parte do tubular 6 é disposta oposta à uma peneira 19, de modo que fluido durante expansão flui através da abertura 7 através da peneira 19 no sistema de válvula 15 através de um segundo tubo 22, e no espaço anular 14 através do primeiro tubo 21, conforme mostrado na Fig. 1. Quando se equaliza a pressão entre o anular 2 e o espaço anular 14, o fluido flui através da peneira através de um terceiro tubo 23 (mostrado na Fig. 2) anterior ao sistema de válvula 15 no espaço anular através do primeiro tubo 21 se a pressão anular é mais alta do que a pressão de espaço, e vice-versa, se a pressão de espaço é mais alta do que a pressão anular.
[0077] Na Fig. 3, a primeira válvula 16 compreende uma câmara 24 e um pistão 25 que divide a câmara em uma primeira seção de câmara 26 e uma segunda seção de câmara 27. O pistão é móvel no interior da câmara para alterar a posição entre a primeira posição, que é mostrada na Fig. 3, e a segunda posição, que é mostrada na Fig. 4. A primeira válvula 16 tem uma primeira abertura 31 estando em comunicação de fluido com o interior da parte do tubular, uma segunda aber- tura 32 estando em comunicação de fluido com uma admissão 41 da segunda válvula, uma terceira abertura 33 estando em comunicação de fluido com o espaço anular, e uma quarta abertura 34 estando em comunicação de fluido com o anular. Na primeira posição, a primeira abertura está em comunicação de fluido com a segunda abertura, e na segunda posição, a terceira abertura está em comunicação de fluido com a quarta abertura. Conforme pode ser visto nas Figs. 3 e 4, a segunda abertura 32 é alinhada com uma admissão 41 da segunda válvula 17, e a terceira abertura 33 está em comunicação de fluido com uma descarga 42 da segunda válvula. A descarga 42 está, além disso, em comunicação de fluido com o espaço anular por um canal 43.
[0078] O pistão 25 compreende um canal de fluido 35 que propor ciona comunicação de fluido entre a terceira abertura 33 e a segunda seção de câmara 27 na primeira posição. O pistão 25 tem uma face da primeira extremidade 36 que faceia a primeira seção de câmara 26, e uma face da segunda extremidade 37 que faceia a segunda seção de câmara 27. O canal de fluido 35 proporciona comunicação de fluido entre o espaço anular e a segunda seção de câmara 27 na primeira posição, de modo que a pressão de espaço atua na face da segunda extremidade 37 do pistão, e pressiona o pistão para move se a pressão de espaço é mais alta do que a pressão interior da parte do tubular. Desse modo, é a diferença de pressão entre a primeira seção de câmara e a segunda seção de câmara que move o pistão 25 para alterar a posição da primeira válvula. Conforme pode ser visto na Fig. 3, a face da primeira extremidade 36 tem um diâmetro externo ODP corres-pondente à um diâmetro interno IDC da câmara 24. Na Fig. 3, o diâmetro externo ODP da face da primeira extremidade 36 é maior do que um diâmetro externo da face da segunda extremidade, mas pode, em outra concretização, mostrada na Fig. 7, ser substancialmente igual ao diâmetro externo da faca da segunda extremidade 37.
[0079] O pistão 25 tem um recesso 28 que proporciona comuni cação de fluido entre a terceira abertura 33 e a quarta abertura 34 na segunda posição da primeira válvula 16. O recesso é anular, de modo que o fluido pode fluir livremente ao redor do pistão. O pistão tem vários elementos de vedação 29 para isolar fluidamente a terceira abertura 33 na primeira posição, e para isolar fluidamente a quarta abertura 34 também na primeira posição, de modo que não existe comunicação de fluido entre a terceira abertura 33 e a quarta abertura 34 na primeira posição, conforme mostrado na Fig. 3. Na Fig. 4, os elementos de vedação 29 isolam fluidamente a primeira abertura 31, e eles também isolam de modo que não existe comunicação de fluido entre a segunda abertura 32 e a terceira abertura 33, e nenhuma comunicação de fluido entre a segunda abertura 32 e a quarta abertura 34 através da câmara 24. A segunda válvula é uma válvula de esfera ou uma válvula de retenção.
[0080] A barreira anular da Fig. 5 compreende adicionalmente uma unidade anticolapso 51 compreendendo um elemento 52 móvel pelo menos entre uma primeira posição e uma segunda posição. A unidade anticolapso 51 tem uma primeira porta 53 que está em comunicação de fluido com a primeira zona do anular, e uma segunda porta 54 que está em comunicação de fluido com a segunda zona do anular, e a unidade anticolapso tem uma terceira porta 55 que está em comunicação de fluido com o espaço anular. Na primeira posição (conforme mostrado) da unidade anticolapso 51, a primeira porta 53 está em comunicação de fluido com a terceira porta 55, equalizando a pressão da primeira zona com a pressão de espaço, e na segunda posição da unidade anticolapso 51, a segunda porta 54 está em comunicação de fluido com a terceira porta 55, equalizando a pressão da segunda zona com a pressão de espaço. A unidade anticolapso 51 está em comunicação de fluido com a primeira zona através da peneira, e com a segunda zona através do interior da parte do tubu- lar/estrutura tubular do poço, ou através de um tubo que se prolonga através da barreira anular.
[0081] Além disso, a unidade anticolapso 51 compreende uma vál vula de retenção 51a e O elemento 52 é compreendido na válvula de retenção.
[0082] Na Fig. 5A, a unidade anticolapso 51 tem uma primeira vál vula unitária 52A e uma segunda válvula unitária 52B. A primeira válvula unitária 52A permite que o fluido a partir da primeira porta 53 em comunicação de fluido com a primeira zona flua na terceira porta 55 e na quarta abertura 34, enquanto que ainda impede o fluido de fluir de volta da primeira porta 53. A segunda válvula unitária 52B permite que o fluido a partir da segunda porta 54 em comunicação de fluido com a segunda zona flua na terceira porta 55 e na quarta abertura 34, enquanto que ainda impede o fluido de fluir de volta da segunda porta 54.
[0083] Nas Figs. 5 e 5A, a barreira anular compreende adicional mente um elemento de travamento 56 adaptado para travar mecanicamente o pistão 25 quando o pistão está na segunda posição que bloqueia a primeira abertura 31. O elemento de travamento 56 é configurado para se mover pelo menos parcialmente radialmente para dentro após movimento do pistão distante da primeira posição para impedir o pistão de retornar para a primeira posição do pistão. Desse modo, o elemento de travamento 56 trava permanentemente o pistão em uma posição fechada sendo a segunda posição.
[0084] A Fig. 6 mostra um sistema de fundo de poço 100 para completação de um poço em uma formação tendo camadas de pressões variantes. O sistema de fundo de poço 100 compreende a estrutura tubular do poço 3 e pelo menos uma barreira anular 1. Conforme pode ser visto, a estrutura tubular do poço 3 é uma haste de perfuração também denominada um revestimento de perfuração 3a conecta- do com uma cabeça de perfuração 45, ou encosta em uma primeira extremidade 44. A barreira anular é disposta mais próxima à primeira extremidade 44 do que à uma segunda extremidade da estrutura tubular do poço no topo do poço, por exemplo, perto da árvore de natal, sistema de prevenção de explosão (BOP), e/ou cabeça de poço. Quando a cabeça de perfuração ou broca perfura em uma zona de pressão muito baixa, milhares de barris de lama são rapidamente perdidos nesta zona e, de modo a cessar, a barreira anular é expandida para vedar a zona de baixa pressão, e cimento pode ser ejetado na segunda zona acima da barreira anular através de uma porta de cimento 57. Desse modo, a zona de baixa pressão é vedada, e comple- tação adicional pode ser iniciada, por exemplo, por perfuração na for-mação anterior à zona de baixa pressão abaixo do reservatório de fluido contendo hidrocarboneto. Desse modo, a estrutura tubular do poço torna-se uma carcaça de produção, ou pelo menos uma carcaça intermediária tendo uma carcaça de produção disposta nesta. A cabeça de perfuração é, desse modo, designada de modo que é possível perfurar através desta e adicionalmente abaixo do reservatório.
[0085] Na Fig. 7, o pistão é mantido na primeira posição por um pino de cisalhamento 39 que funciona como uma precaução de segurança extra. O pino de cisalhamento 39 cisalha quando a pressão dentro da parte do tubular, e, desse modo, a estrutura tubular do poço, alcançou um nível no qual a diferença de pressão entre a pressão de espaço e a pressão interior é alta bastante para cisalhar o pino de ci- salhamento 39. O pino de cisalhamento não cisalhará unintencional- mente quando a pressão no interior da estrutura tubular do poço cai um pouco devido às flutuações no suprimento de energia, ou na distribuição da bomba, visto que a diferença de pressão não será alta bastante; contudo, o pino de cisalhamento reterá o pistão na primeira posição, de modo que tais pequenas flutuações não farão com que o pis- tão altere a posição.
[0086] Quando da completação de um poço tendo um alto risco de "perda de pressão", isto é, o risco de perfuração através de uma zona tendo uma pressão muito baixa (VLP), então durante a perfuração de um furo de sondagem na formação através da camada rochosa e alta zona de pressão (HP), conforme mostrado na Fig. 8A, a barreira anular 1 está em sua posição não expandida, conforme mostrado na Fig. 8B, e a primeira válvula 16 está em sua primeira posição, conforme mostrado na Fig. 8C. À medida que a perfuração continua, a haste de perfuração perfura em uma zona de pressão muito baixa na formação, conforme mostrado na Fig. 9A, e a barreira anular 1 está ainda em sua posição não expandida, experimentando pressão muito baixa (VLP) no anular, conforme mostrado na Fig. 9B, a primeira válvula 16 está em sua primeira posição, conforme mostrado na Fig. 9C. Em seguida, a operação de perfuração é cessada, e um elemento de fechamento, tal como uma esfera, é soltado na estrutura tubular do poço 3 para fechar a estrutura tubular do poço abaixo da barreira anular 1, conforme mostrado na Fig. 10A. Subsequentemente conforme mostrado na Fig. 10B, a pressão interior (TP) da estrutura tubular do poço é aumentada para a pressão de expansão (EP), e a expansão da barreira anular imediatamente acima ou parcialmente sobrepondo a zona de baixa pressão, ocorre. O fluxo de fluido através do sistema de válvula 15 durante expansão é revelado por meio de setas na Fig. 10C, onde o fluido pressurizado tendo pressão de expansão flui através da primeira abertura 31 e através da segunda válvula, e no espaço anular através do canal 43. Após expansão, conforme mostrado nas Figs. 11 A e 11B, a pres-são interior (TP) é diminuída à uma pressão abaixo da pressão de espaço, que é mantida na pressão de expansão (EP) à medida que a segunda válvula não permite que o fluido flua de volta no interior, e a pressão de espaço sendo igual à pressão de expansão (EP) faz com que o pistão 25 da primeira válvula 16 da Fig. 11C altere a posição a partir da primeira posição para a segunda posição à medida que a pressão de espaço sendo substancialmente igual à pressão de expansão (EP) pressiona na segunda extremidade 37 do pistão, e força o pistão a alterar a posição e fechar a abertura de expansão. A pressão anular acima da barreira anular aumenta, visto que a barreira anular isola o anular superior a partir da pressão muito baixa. O fluxo de fluido tendo pressão de expansão (EP) é mostrado por meio de setas na Fig. 11C, e o pistão 25 se move em direção à primeira abertura 31, conforme ilustrado com uma seta 77, e o pistão se move para sua posição fechada sendo a segunda posição mostrada na Fig. 12C. Desse modo, a estrutura tubular do poço é permanentemente fechada, e co-municação de fluido entre o espaço anular e o anular é provida, de modo que no caso que uma diferença de pressão ocorre entre o espaço anular e o anular, então a diferença de pressão pode ser equaliza- da para proibir colapso da luva de metal expansível 9 da barreira anular 1. A barreira anular 1 da Fig. 12A, desse modo, isola a zona de pressão muito baixa (VLP) e, devido à equalização, a luva de metal expansível 9 da Fig. 12B é submetida à mesma pressão como a alta pressão (HP) acima da barreira anular que é mais alta do que a pressão muito baixa (VLP) abaixo da barreira anular.
[0087] Em outra concretização, a estrutura tubular do poço é uma carcaça de produção tendo uma abertura de produção ou uma zona de produção que pode ser provida com uma válvula de controle de influxo, peneiras, etc. A estrutura tubular do poço pode também compreender uma porta de cimento ou uma porta de fraturamento.
[0088] A completação do poço usando o sistema de fundo de poço pode compreender adicionalmente oscilar ou girar pelo menos parte da estrutura tubular do poço em relação à barreira anular, enquanto que cimentando, após expansão da luva de metal expansível da bar- reira anular. Após cimentação, o anular entre a estrutura tubular do poço e a parede do furo de sondagem acima da barreira anular, a completação pode continuar por perfuração anterior à zona de baixa pressão.
[0089] A luva de metal expansível pode ser de metal, e a parte do tubular pode ser de metal de modo que a barreira anular é substancialmente de metal. A barreira anular pode compreender elementos de vedação dispostos na face externa da luva de metal expansível. A estrutura tubular do poço é de metal, e é substancialmente uma estrutura de metal tubular do poço. A estrutura tubular do poço pode ter algumas partes ou componentes totalmente ou parcialmente de não metal.
[0090] Por fluido ou fluido de poço é significativo qualquer tipo de fluido que pode estar presente em fundos de poço de óleo ou gás, tal como gás natural, óleo, lama de óleo, óleo cru, água, etc. Por gás é significativo qualquer tipo de composição de gás presente em um poço, completação, ou furo aberto, e por óleo é significativo qualquer tipo de composição de óleo, tal como óleo cru, um fluido contendo óleo, etc. Fluidos de gás, óleo, e água podem, desse modo, todos compreender outros elementos ou substâncias do que gás, óleo, e/ou água, respectivamente.
[0091] Por uma estrutura tubular do poço, revestimento, carcaça, ou carcaça de produção, é significativo qualquer tipo de tubo, tubulação, tubular, revestimento, haste etc., fundo do poço usado em relação a produção de óleo ou de gás natural.
[0092] Embora a invenção tenha sido descrita acima em conjunto com concretizações preferidas da invenção, será evidente a um técnico no assunto que várias modificações são concebíveis sem fugir da invenção conforme definida pelas seguintes reivindicações.

Claims (15)

1. Barreira anular (1) para ser expandida em um anular (2) entre uma estrutura tubular do poço (3) e uma parede (4) de um fundo de poço do furo de sondagem (5) para isolamento de uma primeira zona (101) a partir de uma segunda zona (102) no anular entre a estrutura tubular do poço e a parede do furo de sondagem, o anular tendo uma pressão anular, caracterizada pelo fato de compreender: - uma parte do tubular (6) para ser montada como parte da estrutura tubular do poço, a parte do tubular compreendendo uma abertura (7) e um interior (8) tendo uma pressão interior, - uma luva de metal expansível (9) que circunda a parte do tubular, e tendo uma face interna (10) que faceia a parte do tubular, e uma face externa (11) que faceia a parede do furo de sondagem, - cada extremidade (12) da luva de metal expansível sendo conectada com a parte do tubular, - um espaço anular (14) entre a face interna da luva de metal expansível e a parte do tubular, o espaço anular tendo uma pressão de espaço, e - um sistema de válvula (15) compreendendo uma primeira válvula (16) e uma segunda válvula (17), a segunda válvula permitindo que fluido pressurizado no espaço anular expanda a luva de metal expansível, e impedindo o fluido de escoar a partir do espaço anular para o interior da parte do tubular, no qual a primeira válvula tem uma primeira posição que permite comunicação de fluido entre o interior da parte do tubular e a segunda válvula de modo a expandir a luva de metal expansível quando aumenta a pressão interior, e uma segunda posição que proporciona comunicação de fluido entre o espaço anular e o anular, no qual a primeira válvula é configurada para alterar da primeira posição para a segunda posição quando a pressão de espaço é mais alta do que a pressão interior.
2. Barreira anular, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a segunda válvula é disposta em um canal (43) que conecta fluidamente a abertura de expansão com o espaço anular.
3. Barreira anular, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a primeira válvula compreende uma câmara (24) e um pistão (25) que divide a câmara em uma primeira seção de câmara (26) e uma segunda seção de câmara (27), e o pistão é móvel no interior da câmara para alterar a posição.
4. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a primeira válvula tem uma primeira abertura (31) estando em comunicação de fluido com o interior, uma segunda abertura (32) estando em comunicação de fluido com a segunda válvula, uma terceira abertura (33) estando em comunicação de fluido com o espaço anular, e uma quarta abertura (34) estando em comunicação de fluido com o anular, e na primeira posição, a primeira abertura está em comunicação de fluido com a segunda abertura, e na segunda posição, a terceira abertura está em comunicação de fluido com a quarta abertura.
5. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o pistão compreende um canal de fluido (35) que proporciona comunicação de fluido entre a terceira abertura e a segunda seção de câmara na primeira posição.
6. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o pistão tem um recesso (28) que proporciona comunicação de fluido entre a terceira abertura e a quarta abertura na segunda posição.
7. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente uma unidade anticolapso (51) compreendendo um elemento (52) móvel pelo menos entre uma primeira posição e uma segunda posição, a unidade anticolapso tendo uma primeira porta (53) que está em comunicação de fluido com a primeira zona do anular, e uma segunda porta (54) que está em comunicação de fluido com a segunda zona do anular, e a unidade anticolapso tendo uma terceira porta (55) que está em comunicação de fluido com o espaço anular, e na primeira posição, a primeira porta está em comunicação de fluido com a terceira porta, equalizando a pressão da primeira zona com a pressão de espaço, e na segunda posição, a segunda porta está em comunicação de fluido com a terceira porta, equalizando a pressão da segunda zona com a pressão de espaço.
8. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações precedentes, caracterizada pelo fato de compreender adicio-nalmente um elemento de travamento (56) adaptado para travar me-canicamente o pistão quando o pistão está na posição fechada, bloqueando a primeira abertura.
9. Sistema de fundo de poço (100) para completação de um poço em uma formação tendo camadas de pressões variadas, caracterizado pelo fato de compreender: - um estrutura tubular do poço (3), e - pelo menos uma barreira anular (1) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.
10. Sistema de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a estrutura tubular do poço é um revestimento de perfuração (3a) conectado com uma cabeça de perfuração (45) em uma primeira extremidade (44).
11. Sistema de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a barreira anular é disposta mais próxima à primeira extremidade do que à segunda extremidade da estrutura tubular do poço.
12. Sistema de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a estrutura tubular do poço é uma carcaça de produção.
13. Método de perfuração para perfuração anterior a uma zona de baixa pressão em uma formação, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - perfurar um furo de sondagem na formação, - determinar uma zona de baixa pressão na formação, - soltar um elemento de fechamento na estrutura tubular do poço, - aumentar a pressão interior da estrutura tubular do poço, e expandir uma barreira anular como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 8 na zona de baixa pressão, e - diminuir a pressão interior à uma pressão abaixo da pressão de espaço, e alterar a posição da primeira válvula a partir da primeira posição para a segunda posição.
14. Método de perfuração, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de equalizar a pressão entre o anular e o espaço anular.
15. Método de perfuração, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a etapa de proporcionar cimento acima da barreira anular em um anular entre a carcaça e uma parede do furo de sondagem.
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