BR112018015820B1

BR112018015820B1 - Conjunto de packer intumescível, método para usar um conjunto de packer intumescível, e, sistema de packer intumescível de fundo de poço

Info

Publication number: BR112018015820B1
Application number: BR112018015820-8A
Authority: BR
Inventors: Taylor Justin Stein; Darrell Adkins
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2022-07-26
Also published as: MX2018009828A; GB201812534D0; GB2562663A; WO2017151118A1; CA3012595C; AU2016396040B2; US20190048680A1; EP3405647A4; SG11201806163XA; NO20181003A1; US10655423B2; DK201870509A1; EP3405647B1; CN108699899A; MY189066A; BR112018015820A2; AU2016396040A1; DK181188B1; EP3405647A1; CA3012595A1

Abstract

Conjuntos de packers intumescíveis, e sistemas e métodos associados são descritos para operação em conexão com um furo de poço subterrâneo. Os conjuntos de packers intumescíveis podem incluir um ressalto para manter um elemento de vedação em uma configuração totalmente inativada até que os conjuntos de packers alcancem um local predeterminado no furo de poço. O ressalto pode ser formado por um material metálico dissolvível de modo que os fluidos no furo de poço possam remover o ressalto e, posteriormente, o elemento de vedação possa ser rapidamente expandido por exposição a fluidos no furo de poço ou por exposição a um fluido desencadeador bombeado de um local de sjuperfície. O elemento de vedação expandido pode estabelecer uma vedação com uma estrutura tubular externa para isolar porções adjacentes do furo de poço.

Description

FUNDAMENTOS 1. Campo da invenção

[001] A presente divulgação refere-se geralmente a ferramentas de fundo de poço e operações relacionadas à exploração, perfuração e produção de petróleo e gás. Mais particularmente, as modalidades da divulgação referem-se a uma construção de packer intumescível, incluindo um ressalto de metal dissolvível que opera para retardar um processo de intumescimento para um elemento de vedação disposto dentro do ressalto.

2. Fundamentos

[002] Nas operações relacionadas à exploração, perfuração e produção de hidrocarbonetos de formações geológicas subterrâneas, packers ou ferramentas de isolamento semelhantes são usados para fornecer uma vedação de fluido entre os componentes tubulares em um furo de poço. Por exemplo, um packer pode ser fornecido em torno de uma superfície cilíndrica externa de uma coluna de tubulação, por exemplo, uma coluna de completação, que pode ser executada em uma estrutura tubular externa, tal como uma coluna de revestimento ou uma porção não revestida de um furo de poço. O packer pode ser expandido radialmente em contato com a superfície interna da estrutura tubular externa para criar uma vedação em um anel definido entre a coluna de tubulação e a estrutura tubular externa. Em alguns sistemas, sistemas mecânicos ou hidráulicos podem ser empregados para expandir o packer. Em outros sistemas, o packer pode ser induzido a expandir expondo o elemento intumescível no packer a um fluido desencadeador predeterminado no furo de poço.

[003] Packers intumescíveis podem incluir um element elastomérico que é selecionado para expandir em resposta à exposição a um determinado fluido desencadeador. O fluido desencadeador pode ser um fluido presente no furo de poço, por exemplo, um fluido à base de hidrocarbonetos ou um fluido bombeado para o furo de poço a partir da superfície. Esse tipo de atuação passiva pode tornar os packers intumescíveis atraentes para uso em algumas aplicações onde o espaço é muito limitado para sistemas mecânicos ou hidráulicos, por exemplo. Packers intumescíveis também podem oferecer confiabilidade e robustez em aplicações de vedação de longo prazo. Em alguns casos, um packer intumescível pode começar a se expandir antes de alcançar o local desejado no furo de poço. Por exemplo, um packer intumescível sendo executado em um furo de poço em um transporte, por exemplo, coluna de tubulação, tubulação enrolada, um cabo de aço ou cabo liso, pode atingir a profundidade pretendida após um período de tempo de cerca de dois dias, e o empacotador expansível pode ser exposto ao fluido desencadeador durante esse período de tempo. Se houver retardos inesperados na colocação packer, o empacotador expansível poderá entrar em contato com uma estrutura tubular externa em um local não intencional. O intumescimento continuado do packer pode fazer com que o packer e/ou o transporte fiquem presos no furo de poço.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[004] A divulgação é descrita em detalhes a seguir com base nas modalidades representadas nas figuras anexas, em que: A FIG. 1 é uma vista lateral parcialmente em corte transversal de um conjunto de completação de fundo de poço incluindo uma pluralidade de conjuntos de packers intumescíveis em operação num ambiente de produção de acordo com modalidades exemplificativas da divulgação; A FIG. 2A é uma vista lateral em corte de um dos conjuntos de packers intumescíveis da FIG. 1 ilustrando um membro de ressalto para manter um elemento de vedação do packer numa configuração inativada; A FIG. 2B é uma vista lateral em seção transversal de um conjunto de packer intumescível construído de acordo com modalidades alternativas da divulgação que ilustram uma cavidade anular definida entre um membro de ressalto e um elemento de vedação; As FIGS. 3A a 3B são vistas esquemáticas de um conjunto de packer intumescível da FIG. 1 nas respectivas fases sequenciais de instalação em uma estrutura tubular externa; e A FIG. 4 é um fluxograma que ilustra um procedimento operacional para instalar e operar um conjunto de packer intumescível da FIG. 1 num poço de acordo com uma ou mais modalidades exemplificativas da divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[005] A divulgação pode repetir números e/ou letras de referência nos vários exemplos ou Figuras. Essa repetição é para fins de simplicidade e clareza e não dita, por si só, uma relação entre as várias modalidades e/ou configurações discutidas. Além disso, os termos espacialmente relativos, tais como embaixo, abaixo, inferior, acima, superior, topo de poço, fundo de poço, à montante, à jusante e semelhantes podem ser usados neste documento para facilitar a descrição para descrever um elemento ou relação do recurso com outro(s) elemento(s) ou recurso(s), tal como ilustrado , sendo o sentido ascendente aquele em direção ao topo da figura correspondente e o sentido descendente sendo aquele em direção ao fundo da figura correspondente, a direção topo de poço sendo aquela em direção à superfície de poço, a direção fundo de poço sendo sendo aquela em direção ao pé do furo de poço. Exceto se declarado de outra forma, os termos espacialmente relativos são destinados a englobar diferentes orientações do aparelho ou operação em uso, além da orientação representada nas Figuras. Por exemplo, se um aparelho nas Figuras estiver virado, os elementos descritos como estando "abaixo" ou "embaixo" de outros elementos ou características estariam, então, orientados "acima" dos outros elementos ou características. Assim, o termo exemplificativo "abaixo" pode abranger tanto uma orientação acima ou abaixo. O aparelho pode ser orientado de outra forma (girado 90 graus ou em outras orientações) e os descritores espacialmente relativos usados neste documento podem ser interpretados da mesma forma.

[006] Além disso, mesmo que uma figura possa representar um aparelho em uma porção de um furo de poço com uma orientação específica, salvo indicação em contrário, deve ser entendido pelos versados na técnica que o aparelho de acordo com a presente divulgação pode ser igualmente adequado para utilização em porções de orifício tendo outras orientações incluindo vertical, inclinada, horizontal, curva, etc. Da mesma forma, salvo indicação em contrário, mesmo que uma figura possa representar uma operação terrestre, deve ser entendido pelos versados na técnica que o aparelho de acordo com a presente divulgação é igualmente adequado para utilização em operações submarinas ou offshore. Além disso, a menos que observado de outra forma, mesmo que uma Figura possa representar um furo de poço que está parcialmente revestido, deverá ser entendido por aqueles versados na técnica que o aparelho, de acordo com a presente divulgação, pode ser igualmente adequado para uso em furos de poços totalmente abertos.

1. Descrição de Modalidades Exemplificativas

[007] A presente divulgação inclui conjuntos de packers intumescíveis, incluindo um ressalto disposto em torno de um elemento de vedação para isolar o elemento de vedação do fluido fora do ressalto e, desse modo, manter o elemento de vedação em uma configuração totalmente inativada. O ressalto pode ser construído de um material dissolvível, por exemplo, um metal dissolvível e/ou um polímero dissolvível, de tal modo que os fluidos no furo de poço possam remover o ressalto, e depois o elemento de vedação possa ser rapidamente expandido por exposição a fluidos no furo de poço para estabelecer uma vedação com uma estrutura tubular externa.

[008] Referindo-se a FIG. 1, uma pluralidade de conjuntos de packers intumescíveis 100a, 100b, 100c, 100d, referidos genericamente e/ou coletivamente como conjuntos de packers intumescíveis 100, são ilustrados no ambiente operacional exemplificativo de um sistema de produção 10. O sistema de produção 10 pode ser empregado para a recuperação de hidrocarbonetos de uma formação geológica “G” através de um furo de poço 12. Note-se que os conjuntos de packers intumescíveis 100 podem também ter aplicação em sistemas de manutenção de furo de poço, sistemas de perfuração, operações de armazenamento e injeção de poço e semelhantes. Embora o furo de poço ilustrado 12 se estenda a partir de um local de superfície terrestre “S” disposta sobre a formação geológica “G”, os objetos da divulgação também podem ser praticados em conexão com aplicações submarinas em que o local da superfície é um fundo do mar.

[009] Os conjuntos de packers intumescíveis 100 do sistema de produção 10, são componentes de um conjunto de completação de fundo de poço 14 dispostos em uma porção geralmente horizontal do furo de poço 12. O conjunto de completação 14 também inclui várias ferramentas de fundo de poço, como válvulas de controle de intervalo (ICVs) 16 que podem ser seletivamente abertas e fechadas para permitir e restringir a comunicação de fluido entre o furo de poço 12 e um interior de uma coluna de tubulação 20. Embora o conjunto de completação 14 seja descrito como incluindo ICVs 16, um versado na técnica reconhecerá que outras ferramentas de fundo de poço podem ser alternativa ou adicionalmente fornecidas para o desempenho de várias operações de manutenção de furo de poço, tais como, uma operação de estimulação, uma operação de perfuração, uma operação de fraturamento, uma operação de acidificação ou semelhantes. Cada um dos ICVs 16 é geralmente disposto dentro de uma porção do furo de poço 12 que se estende através de uma de uma pluralidade de zonas de formação 22a, 22b, 22c e 22d (zonas de formação coletivamente ou genericamente 22). Os conjuntos de packers intumescíveis 100 são proporcionados na coluna de tubulação 20 entre os ICVs 16 e espaçados longitudinalmente dos ICV 16 de tal modo que os conjuntos de packers intumescíveis 100 podem ser ativados (como descrito abaixo) para isolar fluidamente cada ICV 16 em porções individuais do furo de poço 12 correspondentes a uma das zonas de formação 22a, 22b, 22c e 22d. Cada ICV 16 é operável para permitir seletivamente a comunicação de fluido entre a coluna de tubulação 20 e uma porção individual do furo de poço.

[0010] Neste exemplo de modalidade, uma sonda de perfuração ou de manutenção 26 está disposta no local de superfície "S" e compreende uma torre 28 com um piso de sonda 30 através do qual a coluna de tubulação 20 passa. A sonda de perfuração ou manutenção 26 pode ser uma sonda convencional e pode compreender um guincho movido a motor e outros equipamentos associados para levantar e abaixar a coluna de tubulação 20 dentro do furo de poço 12. Os conjuntos de packers intumescíveis 100 e ICVs 16 e são acoplados dentro da coluna de tubulação 20 de tal modo que a sonda de perfuração ou manutenção 26 pode operar para elevar e ou abaixar (ou mover axialmente) os conjuntos de packers intumescíveis 100 e ICVs 16 para um local de fundo de poço no furo de poço 12. Os conjuntos de packers intumescíveis 100 podem ser executados no furo de poço 12 na configuração substancialmente inativada, como ilustrado, em que os conjuntos de packers intumescíveis 100 não engatam numa estrutura tubular externa, por exemplo, uma parede do furo de poço 12 ou uma coluna de revestimento 32 que pode ser cimentada numa porção do furo de poço 12.

[0011] Em algumas modalidades, a coluna de tubulação 20 pode compreender duas ou mais colunas de tubo ou tubulação posicionadas concentricamente (por exemplo, uma primeira coluna de trabalho pode estar posicionada dentro de uma segunda coluna de trabalho. Além disso, a coluna de tubulação pode alternativamente incluir tubulação espiralada, coluna de perfuração, uma coluna de ferramenta, uma coluna de tubulação segmentada, uma coluna de tubulação articulada, ou qualquer outro transporte adequado, ou combinações dos mesmos, que podem ser manipulados com uma sonda móvel de manutenção de poços, uma unidade de manutenção ou outro aparelho adequado para abaixar e/ou abaixar a coluna de tubulação 20 dentro do furo de poço 20. Assim, é contemplado que a coluna de tubulação 20 pode ser utilizada na perfuração, estimulação, completação ou outra forma de manutenção do furo de poço, ou combinações dos mesmos.

[0012] O sistema de produção 10 pode ainda incluir pelo menos uma fonte 36a, 36b de fluido desencadeador para ativar os conjuntos de packers intumescíveis 100. O fluido desencadeador pode ser armazenado no local da superfície "S" e bombeado para o o furo de poço 12 em um momento apropriado para ativar os conjuntos de packers intumescíveis 100. Em algumas modalidades, uma primeira fonte 36a e uma segunda fonte 36b do fluido desencadeador são distintas; tais conjuntos de packers intumescíveis podem ser ativados individualmente. Por exemplo, como descrito em maiores detalhes abaixo, um fluido desencadeador de uma primeira fonte 36a pode ser bombeado para dentro do furo de poço 12 para ativar um primeiro conjunto de packer intumescível 100a. O fluido desencadeador da primeira fonte 36a, no entanto, pode não ser um fluido apropriado para ativar um segundo conjunto de packer intumescível 100b. Assim, o segundo conjunto de packer intumescível 100b pode permanecer num estado inativado até que um fluido desencadeador distinto da segunda fonte 36b do fluido desencadeador seja bombeado para o interior do furo de poço 12. Em outras modalidades, um ou mais dos conjuntos de packers 100 podem ser ativados por fluidos de furo de poço, por exemplo, fluidos à base de hidrocarbonetos ou fluidos de perfuração, já presentes no furo de poço 12. Em exemplos de modalidades, o fluido desencadeador pode ser um fluido à base de água (por exemplo, soluções aquosas, água, etc. ), um fluido à base de óleo (por exemplo, fluido de hidrocarboneto, fluido de óleo, fluido oleaginoso, fluido terpeno, diesel, gasolina, xileno, octano, hexano, etc.), ou combinações dos mesmos. Um exemplo comercial não limitativo de um fluido à base de óleo inclui o fluido de perfuração EDC 95-11.

[0013] Referindo-se agora à FIG. 2A, uma modalidade de um conjunto de packer intumescível 100 é ilustrada como estendendo-se ao longo de um eixo longitudinal "X". Na modalidade ilustrada na FIG. 2A, o conjunto de packer intumescível 100 inclui geralmente um mandril 102, um elemento de vedação 104 disposto circunferencialmente em torno de pelo menos uma porção do mandril 102, um membro de ressalto 106 disposto circunferencialmente em torno do elemento de vedação 104 e um par de elementos de retenção 108 sobre os quais o membro de ressalto 106 é suportado no mandril 102.

[0014] Em modalidades exemplificativas, o mandril 102 pode geralmente ser construído de um corpo cilíndrico ou tubular que define o eixo longitudinal "X". O corpo cilíndrico ou tubular do mandril 102 pode compreender uma estrutura unitária, tal como um comprimento contínuo de tubo ou tubulação, ou alternativamente, o mandril 102 pode ser constituído por dois ou mais componentes operativamente ligados. Na modalidade ilustrada, o mandril 102 define um orifício de fluxo axial contínuo 112, o qual permite a comunicação de fluido através do mandril 102. Em outras modalidades (não mostradas), o mandril 102 pode compreender um membro cilíndrico sólido. Na modalidade ilustrada, o mandril 102 é configurado para incorporação na coluna de tubulação 20 (FIG. 1), por um conector 116 formado nas extremidades axiais do mandril. Os conectores 116 podem incluir uma porção roscada do mandril 102 como ilustrado, ou alternativamente, os conectores 116 podem incluir quaisquer outras ligações adequadas numa coluna de tubulação 20 como será apreciado pelos versados na técnica. Na modalidade ilustrada, os conectores 116 permitem que o mandril 102 seja incorporado dentro da coluna de tubulação 20, de tal modo que o orifício de fluxo axial 112 do mandril 102 está em comunicação de fluido com o interior ou com a coluna de tubulação 20.

[0015] Os elementos de retenção 108 estão dispostos circunferencialmente em torno do mandril 102 em cada lado longitudinal do elemento de vedação 104. Os elementos de retenção 108 podem ser presos fixamente ao mandril 102 através de soldadura, parafusos, pinos ou mecanismos semelhantes, de tal modo que os elementos de retenção 108 podem impedir ou limitar o movimento longitudinal (por exemplo, ao longo do eixo longitudinal "X") do elemento de vedação 104 ao longo do mandril 102. Os elementos de retenção 108 permitem a expansão radial do elemento de vedação 104 enquanto limitam o movimento longitudinal do elemento de vedação 104. Os elementos de retenção 108 podem incluir vários elementos, incluindo, mas não limitado a um ou mais anéis espaçadores, um ou mais, um ou mais segmentos de deslizamento, uma ou mais cunhas de deslizamento, um ou mais limitadores de extrusão e semelhantes, ou combinações dos mesmos.

[0016] Na modalidade ilustrada, os elementos de retenção 108 suportam o membro de ressalto 106 no mandril 102 de modo circunferencial em torno do elemento de vedação 104. O membro de ressalto 106 é suportado no mandril 102 para isolar de forma fluida o elemento de vedação 104 de um exterior do membro de ressalto 106. Em algumas modalidades, um membro de vedação 118, tal como um o-ring elastomérico, pode ser proporcionado entre o membro de ressalto 106 e os elementos de retenção 108 para facilitar o isolamento fluido do elemento de vedação 104 entre o mandril e o ressalto. 106. O membro de ressalto 106 é seletivamente removível do orifício do mandril 102 de modo a expor o elemento de vedação 104 a um fluido desencadeador. Em algumas modalidades exemplificativas, podem ser utilizados mecanismos mecânicos ou hidráulicos (não mostrados) para remover o membro de ressalto 106. Nas modalidades ilustradas, o membro de ressalto 106 pode ser construído de um material dissolvível, tal como o membro de ressalto 106 pode dissolver em resposta à exposição a fluidos de furo de poço. Em algumas modalidades exemplificativas, o membro de ressalto 106 é construído de material de metal dissolvível e/ou um polímero dissolvível.

[0017] Geralmente, um material "dissolvível", como aqui utilizado, refere-se a um material configurado para degradação passiva ou dissolução após exposição a condições de poços de fundo de poço. Por exemplo, materiais dissolvíveis podem incluir qualquer material de metal que tenha uma taxa média de dissolução superior a 0,01 mg/cm2/h a 200°F em uma solução de KCl a 15%. Os materiais de metal dissolvíveis podem também geralmente incluir materiais de metal que perdem mais de 0,1% da sua massa total por dia a 200°F numa solução de KCl a 15%. Os materiais de metal dissolvíveis podem facilmente combinar-se com oxigênio para formar óxidos muito estáveis, e/ou podem interagir com água e produzir hidrogênio diatômico, e/ou podem tornar-se facilmente fragilizados por absorção intersticial de oxigênio, hidrogênio, nitrogênio ou outros elementos não metálicos. Materiais de metal dissolvíveis podem incluir ligas de cálcio- magnésio (Ca-Mg), ligas de cálcio-alumínio (Ca-Al), ligas de cálcio-zinco (Ca-Zn), ligas de magnésio-lítio (Mg-Li), ligas de alumínio-gálio (Al-Ga), ligas de alumínio-índio (Al-In) e ligas de alumínio-gálio-índio (Al-Ga-In). Alguns materiais dissolvíveis incluem o alumínio com um agente de liga de um ou mais de gálio, índio, bismuto e estanho em uma proporção menor.

[0018] O membro de ressalto 106 pode degradar ou dissolver quando exposto a fluido em condições de furo de poço. O fluido nas condições de furo de poço pode ser um fluido aquoso, um fluido à base de água, fluido orgânico e/ou um fluido à base de hidrocarbonetos. O membro de ressalto 106 pode ser configurado para se degradar ou dissolver a uma taxa predeterminada, de tal modo que o elemento de vedação 104 permanece isolado por fluido durante um período de tempo predeterminado. Uma espessura do membro de ressalto 106 pode ser selecionada de tal forma que o membro de ressalto 106 não se degrade até o conjunto de packer intumescível 100 poder ser executado no fundo de poço para atingir uma zona específica 22a, 22b, 22c, 22d do furo de poço (Fig. 1) ou outro local predeterminado no furo de poço 12 (Fig. 1). Em algumas modalidades exemplificativas, a espessura do ressalto pode ser pelo menos cerca de 0,0179 (pelo menos cerca de 18 mils ou 0,45 mm) de tal modo que o membro de ressalto 106 pode ser mantido por um período de cerca de 2 dias ou mais.

[0019] Uma vez que o membro de ressalto 106 seja dissolvido, o elemento de vedação 104 pode ser exposto a fluidos no furo de poço 12 (FIG. 1), que, como descrito acima, pode incluir um fluido desencadeador bombeado do local de superfície “S” ou já presente no furo de poço 12. O elemento de vedação 104 é construído de um "material intumescível" de tal modo que a exposição ao fluido desencadeador do furo de poço 12 pode induzir o intumescimento do elemento de vedação 104 em uma direção radial. Para os fins desta divulgação, um “material intumescível” pode incluir qualquer material (por exemplo, um polímero ou um elastômero) que intumesce (por exemplo, apresenta um aumento em massa e volume) por contato ou exposição com um fluido selecionado, isto é, um fluido desencadeador ou agente de intumescimento. Neste documento, a divulgação pode se referir a um polímero e/ou um material polimérico. Deve ser entendido que os termos polímero e/ou material polimérico neste documento são usados de forma intercambiável e destinam-se a cada um a se referir a composições compreendendo pelo menos um monômero polimerizado na presença ou ausência de outros aditivos tradicionalmente incluídos em tais materiais. Exemplos de materiais poliméricos adequados para utilização como parte do material intumescível do elemento de vedação 104 incluem, mas não estão limitados a homopolímeros, poliésteres aleatórios, em bloco, enxertados, ramificados em estrela e hiper-ramificados, copolímeros dos mesmos, derivados dos mesmos, ou combinações dos mesmos. O termo "derivado" é aqui definido para incluir qualquer composto que é feito de um ou mais dos materiais intumescíveis, por exemplo, substituindo um átomo no material dilatável por outro átomo ou grupo de átomos, rearranjando dois ou mais átomos no material dilatável, ionizando um dos materiais intumescíveis ou criando um sal de um dos materiais intumescíveis. O termo "copolímero", tal como aqui utilizado, não está limitado à combinação de dois polímeros, mas inclui qualquer combinação de qualquer número de polímeros, por exemplo, polímeros de enxerto, terpolímeros e semelhantes.

[0020] Para fins de divulgação aqui, o material intumescível pode ser caracterizado como um material resiliente que muda de volume. Numa modalidade, o material intumescível do elemento de vedação 104 pode intumescer de cerca de 105% a cerca de 500%, alternativamente de cerca de 115% a cerca de 400%, ou alternativamente de cerca de 125% a cerca de 200%, com base no volume original no local da superfície “S” ou no fundo de poço antes de dissolver o membro de ressalto 106, ou seja, o volume do material intumescível do elemento de vedação 104 antes de contactar o material intumescível do elemento de vedação 104 com o fluido desencadeador. Numa modalidade, uma folga de intumescimento do elemento de vedação 104 pode aumentar de cerca de 105% a cerca de 250%, alternativamente de cerca de 110% a cerca de 200%, ou alternativamente de cerca de 110% a cerca de 150%, com base na espessura do elemento de vedação 104 antes de contatar o material intumescível do elemento de vedação 104 com o fluido desencadeador. Para fins da presente divulgação, a folga de intumescimento é definida por um aumento num raio do elemento de vedação 104 por intumescimento dividido por uma espessura do elemento de vedação 104 antes do intumescimento. Como será apreciado por um versado na técnica, e com a ajuda desta divulgação, a extensão do intumescimento de um elemento de vedação 104 pode depender de uma variedade de fatores, incluindo as condições ambientais de fundo de poço (por exemplo,t emperatura, pressão, composição do fluido de formação em contato com o elemento de vedação 104, gravidade específica do fluido, pH, salinidade, etc.). Para os fins da divulgação aqui apresentada, ao aumentar em pelo menos alguma extensão (por exemplo, intumescimento parcial, intumescimento substancial, intumescimento total), os materiais intumescíveis podem ser referidos como "materiais intumescíveis". Em algumas modalidades, o elemento de vedação 104 pode ser configurado para exibir uma expansão radial (por exemplo, um aumento no diâmetro externo) ao ser contactado com um fluido desencadeador específico.

[0021] Em algumas modalidades, o elemento de vedação 104 pode geralmente compreender uma estrutura cilíndrica oca tendo um furo interior (por exemplo, uma estrutura de tubo e/ou de anel). O elemento de vedação 104 pode compreender um diâmetro interno adequado, um diâmetro externo adequado, e/ou uma espessura adequada, por exemplo, como pode ser selecionado por um versado na técnica ao visualizar esta divulgação e considerando fatores incluindo, mas não se limitando a, o tamanho/diâmetro do mandril 102, a estrutura tubular 134 (FIG. 3A) contra a qual o elemento de vedação 104 está configurado para engatar, a força com a qual o elemento de vedação 104 é destinado ou configurado para engatar na estrutura tubular externa 134, ou outros fatores relacionados. Por exemplo, o diâmetro interno do elemento de vedação 104 pode ser aproximadamente o mesmo que um diâmetro externo do mandril 102. Numa modalidade, o elemento de vedação 104 pode estar em contato de vedação (por exemplo, uma vedação estanque a fluidos) com o mandril 102. Enquanto a modalidade da FIG. 2A ilustra um conjunto de packer intumescível 100 compreendendo um único elemento de vedação 104, um versado na técnica, ao visualizar esta divulgação, apreciará que um conjunto de packer intumescível semelhante pode incluir dois, três, quatro, cinco ou qualquer outro número adequado de elementos de vedação 104.

[0022] Referindo-se agora à FIG. 2B, um conjunto de packer intumescível 120 construído de acordo com modalidades alternativas da divulgação inclui um elemento de vedação 124 que está substancialmente espaçado do membro de ressalto 106 para definir uma cavidade anular 130 entre o membro de ressalto 106 e um elemento de vedação 124. Após a dissolução através de uma porção do membro de ressalto 106, a cavidade anular 130 permite que um fluido desencadeador rodeie substancialmente o elemento de vedação 124, facilitando desse modo a expansão rápida do elemento de vedação 124. Em algumas modalidades, a cavidade anular 130 pode ser preenchida com um fluido “F” substancialmente não compressível, por exemplo, um líquido, antes de executar o conjunto de packer intumescível 120 no furo de poço 12 (FIG. 1). O fluido não compressível "F" pode suportar o membro de ressalto 106, e pode ser selecionado de tal modo que o fluido não compressível "F" não ativa o elemento de vedação 124 sozinho. Uma vez que o membro de ressalto 106 esteja pelo menos parcialmente dissolvido, o fluido não compressível "F" pode ser deslocado por ou misturado com ou um fluido desencadeador para induzir o intumescimento do elemento de vedação 124.

3. Exemplos de métodos de operação

[0023] Referindo-se às Figs. 3A-3B e FIG. 4, é descrito um procedimento operacional 200 para utilização do conjunto de packer intumescível 100 de acordo com uma ou mais modalidades exemplificativas da divulgação. Inicialmente, na etapa 202, um membro de vedação 104 é instalado em torno de um mandril 102, e um membro de ressalto 106 é instalado em torno do membro de vedação 104 para isolar de forma fluida o membro de vedação 104 de um exterior do ressalto 104. O membro de ressalto 106 pode ser fixado aos elementos de retenção 108 ou diretamente ao mandril 102 com fixadores, por soldadura, brasagem ou outros métodos adequados reconhecidos na técnica.

[0024] Em seguida, na etapa 204, o conjunto de packer intumescível 100 pode correr para uma estrutura tubular 134 (FIG. 3A) num furo de poço 12 (FIG. 1) com o elemento de vedação 104 numa configuração inativada. A estrutura tubular 134 pode incluir qualquer tubular de furo de poço, tal como uma coluna de revestimento 32 (FIG. 1) ou uma parede de furo de poço definida por uma formação geológica "G. " Enquanto o conjunto de packer intumescível 100 está sendo executado no furo de poço 12, o membro de ressalto 106 pode começar a se dissolver. Em algumas modalidades, a execução do conjunto de packer intumescível no furo de poço pode demorar cerca de 2 dias. Uma vez que o membro de vedação 104 é isolado de forma fluida dentro do revestimento 106, o elemento de vedação 104 pode permanecer numa configuração totalmente ou substancialmente inativada até que o conjunto de packer intumescível 100 atinja a sua posição pretendida no furo de poço 12. Se houver retardos inesperados na operação do conjunto de packer intumescível 100 no furo de poço 12, o membro de ressalto 106 retarda qualquer intumescimento do elemento de vedação 104 e potencialmente permite que o conjunto de packer intumescível 100 seja removido do furo de poço 12 antes do elemento de vedação 104 engatando o furo de poço 12 numa posição não intencional, o que poderia frustrar a remoção do conjunto de packer intumescível 100.

[0025] Uma vez que o conjunto de packer intumescível 100 está corretamente posicionado dentro do membro tubular exterior 134, o membro de ressalto 106 pode ser removido na etapa 206 (Figura 3B). Em algumas modalidades, o membro de ressalto 106 é removido dissolvendo o membro de ressalto com os fluidos presentes no furo de poço. Em outras modalidades, o ressalto pode ser removido por mecanismo de ativação mecânica ou hidráulica (não mostrado) como apreciado pelos versados na técnica.

[0026] Em seguida, na etapa 208, o elemento de vedação 208 é exposto a um fluido desencadeador no furo de poço 12 (FIG. 1). O fluido desencadeador pode ser operável para induzir o intumescimento de todos os elementos de vedação 104 em um furo de poço 12 simultaneamente ou um subconjunto dos elementos de vedação 104 no furo de poço 12. O intumescimento do membro de vedação 104 pode induzir uma expansão radial do elemento de vedação 104, por exemplo, em direção à estrutura tubular externa 134. O elemento de vedação 208 pode ser exposto ao fluido desencadeador bombeando o fluido desencadeador para o furo de poço 12 de pelo menos uma das fontes 36a, 36b no local de superfície "S" ou a remoção do membro de ressalto pode permitir a exposição do elemento de vedação 104 a um fluido desencadeador já presente no furo de poço 12.

[0027] O intumescimento continuado do elemento de vedação 104 pode criar uma vedação entre o mandril 102 e a estrutura tubular externa 134 na etapa 210 (FIG. 3C). Em algumas modalidades, o intumescimento pode causar um contato inicial entre o elemento de vedação 104 e a estrutura tubular externa 134 em cerca de 3 dias e pode continuar a intumescer até atingir uma classificação de pressão diferencial máxima em cerca de 5 dias adicionais. Os elementos de retenção 108 podem limitar o movimento longitudinal do elemento de vedação 104 enquanto este intumesce e se expande radialmente. Em algumas modalidades, o elemento de vedação 104 pode geralmente ser configurado para vedar seletivamente e/ou isolar duas ou mais porções adjacentes de um espaço anular em torno da coluna de tubulação 20 (Figura 1) ou outro meio de transporte (por exemplo, entre a coluna de tubulação 20 e a estrutura tubular 134. Por exemplo, o elemento de vedação 104 pode fornecer seletivamente uma barreira que se estende circunferencialmente em torno de pelo menos uma porção de um exterior do mandril 102.

[0028] Em algumas modalidades, o procedimento 200 pode então retornar à etapa 208, onde um segundo fluido desencadeador pode ser introduzido para induzir o intumescimento de um elemento de vedação 104 em um conjunto de packer intumescível adicional 100. Por exemplo, um primeiro fluido desencadeador específico, por exemplo, da primeira fonte 36a, pode induzir o intumescimento do elemento de vedação 104 do conjunto de packer intumescível 100a (FIG. 1), mas o elemento de vedação 104 de um segundo conjunto de packer intumescível 100b (FIG. 1) não pode ser desencadeado pelo fluido desencadeador específico. Um segundo fluido desencadeador distinto, por exemplo, da segunda fonte 36b, pode ser introduzido para induzir a ativação, por exemplo, intumescimento, do elemento de vedação 104 do segundo conjunto de packer intumescível 100b. Desta maneira, os conjuntos de packers intumescíveis 100a, 100b, 100c e 100d podem ser sequencialmente ativados para isolar de forma fluida porções adjacentes do furo de poço. Em algumas modalidades, uma vez que os elementos de vedação são ativados, um fluido de furo de poço do furo de poço pode ser produzido a partir do furo de poço (por exemplo, através de ICV 16 (FIG. 1)), ou um fluido de injeção pode ser injetado numa porção individual das porções adjacentes do furo de poço 12.

4. Aspectos da Divulgação

[0029] Os aspectos da divulgação descritos nesta seção são fornecidos para descrever uma variedade de conceitos de uma forma simplificada, que são descritos em maiores detalhes acima. Esta seção não se destina a identificar características chave ou essenciais do assunto em questão reivindicado muito menos se destina a ser usada como um auxílio na determinação do escopo da matéria revindicada.

[0030] Em um aspecto, a divulgação é direcionada a um conjunto de packer intumescível para posicionamento em um furo de poço. O conjunto de packer intumescível inclui um mandril, um elemento de vedação disposto em torno do mandril e uma cobertura acoplada ao mandril para isolar de forma fluida o elemento de vedação de um exterior do ressalto. O elemento de vedação é formado por um material que responde à exposição a um fluido desencadeador para se expandir radialmente a partir do mandril, e a cobertura é seletivamente removível do mandril no fundo de poço para expor o elemento de vedação ao fluido desencadeador no furo de poço.

[0031] Numa ou mais modalidades, o ressalto é construído de um material de metal dissolvível, e o material de metal dissolvível pode incluir pelo menos um de uma liga de magnésio, uma liga de alumínio, níquel, cobre e estanho. Em algumas modalidades, o material de metal dissolvível apresenta uma espessura de pelo menos cerca de 0,0179 polegada ou pelo menos cerca de 18 mils. Em algumas modalidades, o mandril define uma passagem longitudinal através dele. Em algumas modalidades, o revestimento é construído de um polímero dissolvível.

[0032] Em algumas modalidades, o conjunto de packer intumescível inclui ainda pelo menos um elemento de retenção acoplado fixamente ao mandril adjacente ao elemento de vedação de tal modo que o pelo menos um elemento de retenção limita o movimento longitudinal do elemento de vedação ao longo do mandril. O ressalto pode ser suportado no mandril pelo pelo menos um elemento de retenção, e pelo menos um elemento de retenção pode suportar o ressalto de tal modo que uma cavidade anular é definida entre o elemento de vedação e o ressalto. A cavidade anular pode ser preenchida com um fluido substancialmente não compressível.

[0033] Num outro aspecto, a divulgação é dirigida a um método de utilização de um conjunto de packer intumescível. O método inclui (a) executar o conjunto de packer intumescível em um furo de poço em um transporte para posicionar o conjunto de packer intumescível em um local predeterminado no fundo de poço com um elemento de vedação do conjunto de packer intumescível em uma configuração inativada, (b) remover um ressalto do conjunto de packer intumescível, subsequente à execução do conjunto de packer intumescível no furo de poço, e (c) expor o elemento de vedação a um fluido desencadeador no local predeterminado para desse modo ativar o elemento de vedação para induzir o intumescimento do elemento de vedação.

[0034] Em algumas modalidades, a remoção do ressalto inclui ainda dissolver um material dissolvível do ressalto com fluido de furo de poço disposto no local predeterminado do fundo de poço. Numa ou mais modalidades exemplificativas, a exposição do elemento de vedação ao fluido desencadeador compreende ainda bombear o fluido desencadeador para o interior do furo de poço a partir de um local de superfície subsequente à execução do conjunto de packer intumescível para o furo de poço. Em algumas modalidades, a exposição do elemento de vedação ao fluido desencadeador inclui ainda inundar uma cavidade anular que circunda o elemento de vedação com o fluido de furo de poço disposto no local predeterminado do fundo de poço.

[0035] Em uma ou mais modalidades exemplificativas, o método inclui ainda isolar fluido de pelo menos duas porções adjacentes do furo de poço com o elemento de vedação subsequente à exposição do elemento de vedação ao fluido desencadeador. Em algumas modalidades, o método pode ainda incluir produzir um fluido de poço ou injetar um fluido de injeção em uma parte individual das porções adjacentes do furo de poço.

[0036] Noutro aspecto, a divulgação é dirigida a um sistema de packer intumescível no fundo de poço incluindo um transporte, pelo menos um mandril acoplado dentro do transporte, pelo menos um elemento de vedação disposto em torno do mandril, o pelo menos um elemento de vedação formado por um material que responde à exposição a um fluido desencadeador que se expande radialmente a partir de pelo menos um mandril, e pelo menos um ressalto acoplado ao pelo menos um mandril para isolar de forma fluida o pelo menos um elemento de vedação de um exterior do ressalto. Pelo menos um ressalto é construído de um material dissolvível e é substancialmente espaçado em uma direção radial de uma superfície externa do pelo menos um elemento de vedação.

[0037] Em algumas modalidades exemplificativas, o sistema de packer intumescível no fundo de poço inclui ainda uma ferramenta de fundo de poço acoplada dentro do transporte, em que a ferramenta de fundo de poço é espaçada longitudinalmente do elemento de vedação de tal modo que o elemento de vedação possa isolar de forma fluida a ferramenta de fundo de poço numa porção individual do furo de poço. Em algumas modalidades, o transporte é uma coluna de tubulação e a ferramenta de fundo é uma válvula de controle de afluxo operável para permitir seletivamente a comunicação de fluido entre o furo de poço e a coluna de tubulação.

[0038] Em algumas modalidades exemplificativas, o sistema de packer intumescível no fundo de poço inclui ainda uma primeira fonte de fluido desencadeador que pode ser distribuída seletivamente ao elemento de vedação. Em algumas modalidades, o sistema de packer intumescível no fundo de poço inclui ainda um segundo elemento de vedação e uma fonte de um segundo fluido desencadeador distinto, em que o segundo elemento de vedação é formado de um material que responde à exposição ao segundo fluido desencadeador distinto para expandir radialmente.

[0039] O Resumo da divulgação é exclusivamente para prover ao Escritório de Patentes e Marcas dos Estados Unidos e ao público em geral uma forma pela qual determinar rapidamente, a partir de uma rápida leitura, a natureza e essência da divulgação técnica, e ele representa apenas uma ou mais modalidades.

[0040] Embora várias modalidades tenham sido ilustradas em detalhes, a divulgação não está limitada às modalidades mostradas. Modificações e adaptações das modalidades acima pode ocorrer aos versados na técnica. Tais modificações e adaptações estão no espírito e no escopo da divulgação.

Claims

1. Conjunto de packer intumescível para posicionamento em um furo de poço, o conjunto de packer intumescível caracterizado pelo fato de que compreende: um mandril (102); um elemento de vedação intumescível (104, 124) disposto radialmente em torno do mandril (102), o elemento de vedação (104, 124) formado por um material que responde à exposição a um fluido desencadeador para se expandir radialmente a partir do mandril (102); pelo menos um elemento de retenção (108) acoplado fixamente ao mandril (102) adjacente ao elemento de vedação (104, 124) de tal modo que o pelo menos um elemento de retenção (108) limita o movimento longitudinal do elemento de vedação (104, 124) ao longo do mandril (102); e, um ressalto (106) acoplado seladamente ao pelo menos um elemento de retenção (108) para isolar de forma fluida o elemento de vedação (104, 124) de um exterior do ressalto (106) e para definir uma cavidade anular (130) disposta radialmente entre o elemento de vedação (104, 124) e o ressalto (106), o ressalto (106) removível seletivamente a partir do mandril (102) no fundo de poço para expor o elemento de vedação (104, 124) ao fluido desencadeador no furo de poço.

2. Conjunto de packer intumescível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ressalto (106) é construído de um material de metal dissolvível.

3. Conjunto de packer intumescível de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o material de metal dissolvível compreende pelo menos um de uma liga de magnésio, uma liga de alumínio, níquel, cobre e estanho.

4. Conjunto de packer intumescível de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o material de metal dissolvível apresenta uma espessura de pelo menos cerca de 0,0455 cm (0,0179 polegada) ou pelo menos cerca de 0,45 mm (18 mils).

5. Conjunto de packer intumescível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cavidade anular (130) é preenchida com um fluido substancialmente não compressível.

6. Conjunto de packer intumescível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mandril (102) define uma passagem longitudinal através dele.

7. Método para usar um conjunto de packer intumescível, caracterizado pelo fato de que compreende: executar o conjunto de packer intumescível em um furo de poço em um meio de transporte (20) para posicionar o conjunto de packer intumescível em um local predeterminado no fundo de poço com um elemento de vedação intumescível (104, 124) do conjunto de packer intumescível em uma configuração inativada, em que um ressalto (106) é acoplado seladamente a elementos de retenção (108) dispostos em cada lado longitudinal do elemento de vedação (104, 124) para definir uma cavidade anular (130) radialmente entre o elemento de vedação (104, 124) e o ressalto (106); remover o ressalto (106) dos elementos de retenção (108), subsequentemente à execução do conjunto de packer intumescível no fundo de poço; inundar a cavidade anular (130) com o fluido de furo de poço disposto no local predeterminado de fundo de poço em resposta à remoção do ressalto (106); e, expor o elemento de vedação (104, 124) a um fluido desencadeador no fundo de poço no local predeterminado para, desse modo, ativar o elemento de vedação (104, 124) para induzir o intumescimento do elemento de vedação (104, 124).

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que remover o ressalto (106) compreende adicionalmente dissolver um material dissolvível do ressalto (106) com fluido de furo de poço disposto no local predeterminado de fundo de poço

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a exposição do elemento de vedação (104, 124) ao fluido desencadeador compreende adicionalmente bombear o fluido desencadeador para o interior do furo de poço a partir de um local de superfície subsequente à passagem do conjunto de packer intumescível para o furo de poço.

10. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende isolar de forma fluida pelo menos duas porções adjacentes do furo de poço com o elemento de vedação (104, 124) subsequente à exposição do elemento de vedação (104, 124) ao fluido desencadeador.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente produzir um fluido de poço a partir de, ou injetar um fluido de injeção em, uma parte individual das porções adjacentes do furo de poço.

12. Sistema de packer intumescível de fundo de poço, caracterizado pelo fato de que compreende: um transporte (20); um mandril (102) acoplado dentro do transporte (20); um elemento de vedação intumescível (104, 124) disposto em torno do mandril (102), o elemento de vedação (104, 124) formado por um material que responde à exposição a um fluido desencadeador para se expandir radialmente a partir do mandril (102); pelo menos um elemento de retenção (108) acoplado ao mandril (102) adjacente ao elemento de vedação (104, 124) de tal modo que o pelo menos um elemento de retenção (108) limita movimento longitudinal do elemento de vedação (104, 124) ao longo do mandril (102); e, um ressalto (106) acoplado ao pelo menos um elemento de retenção (108) para isolar de forma fluida o elemento de vedação (104, 124) de um exterior do ressalto (106) e para definir uma cavidade anular (130) disposta radialmente entre o elemento de vedação (104, 124) e o ressalto (106), o ressalto (106) construído de um material dissolvível e espaçado em uma direção radial de uma superfície externa do elemento de vedação (104, 124).

13. Sistema de packer intumescível de fundo de poço de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma ferramenta de fundo de poço acoplada dentro do transporte (20), em que a ferramenta de fundo de poço é espaçada longitudinalmente do elemento de vedação (104, 124) de tal modo que o elemento de vedação (104, 124) possa isolar de forma fluida a ferramenta de fundo de poço em uma porção individual do furo de poço.

14. Sistema de packer intumescível de fundo de poço de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o transporte (20) é uma coluna de tubulação e a ferramenta de fundo de poço é uma válvula de controle de afluxo operável para permitir de forma seletiva a comunicação de fluido entre o furo de poço e a coluna de tubulação.

15. Sistema de packer intumescível de fundo de poço de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma primeira fonte de fluido desencadeador que pode ser distribuída de forma seletiva ao elemento de vedação (104, 124).

16. Sistema de packer intumescível de fundo de poço de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um segundo elemento de vedação e uma fonte de um segundo fluido desencadeador distinto, em que o segundo elemento de vedação é formado de um material que responde à exposição ao segundo fluido desencadeador distinto para expandir radialmente.