BR112020014054A2 - conjunto de cabeça de disparo, dispositivo de completação de poço e método para usar um conjunto de cabeça de disparo - Google Patents
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Abstract
É descrito um conjunto de cabeça de disparo para uso com uma pistola de perfuração. O conjunto de cabeça de disparo inclui um alojamento tubular, primeiro e segundo pistão e um membro compressível disposto dentro de um lúmen do alojamento tubular e posicionado entre o primeiro e o segundo pistão. De acordo com um aspecto, o conjunto inclui uma pluralidade de braços de travamento superiores e braços de travamento inferiores que se engatam com membros de travamento formados no alojamento tubular. O conjunto de cabeça de disparo inclui ainda arruelas de cisalhamento superior e inferior dispostas na segunda abertura do corpo tubular, em uma configuração do tipo sanduíche em relação ao segundo pistão. As pressões dentro do conjunto de cabeça de disparo podem ser ajustadas para ativar o conjunto de cabeça de disparo para desencadear uma reação de explosão ou para não desencadear a reação de explosão.
Description
[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório U.S. No. 62/ 624.174 depositado em 31 de janeiro de 2018, que é incorporado aqui por referência na sua totalidade.
[002] Esta invenção de forma geral se refere a um conjunto de cabeça de disparo. De forma mais específica, é descrito um conjunto de cabeça de disparo tendo um conjunto de segurança e configurado para uso em um dispositivo de completação de poço.
[003] Na extração de hidrocarbonetos, como combustíveis fósseis (por exemplo, petróleo) e gás natural, de poços subterrâneos que se estendem profundamente abaixo da superfície, são utilizadas máquinas complexas e dispositivos explosivos. É prática comum facilitar o fluxo de fluido de produção perfurando uma formação subterrânea de mancal de fluido usando uma pistola de perfuração, que é abaixada no furo de poço até a profundidade da formação e depois detonada para formar perfurações na formação que circunda a pistola de perfuração. Um conjunto de cabeça de disparo é acoplado à pistola e iniciado/ ativado para disparar a pistola. Embora o conjunto de cabeça de disparo possa ser acoplado à pistola de perfuração antes de a pistola ser abaixada no furo de poço, muitas vezes é preferível por motivos de segurança e outros, permitir o início da cabeça de disparo somente depois que a pistola estiver posicionada no furo de poço. Um iniciador é projetado para disparar o trem explosivo na pistola de perfuração depois que o iniciador vê/ recebe um comando apropriado da superfície.
[004] É muito importante que a cabeça de disparo usada para iniciar explosivos em uma pistola de perfuração seja confiável e segura em operação. Houve inúmeros acidentes resultando em ferimentos graves ou morte, onde uma ferramenta explosiva de poço, como uma pistola de perfuração, dispara prematuramente na superfície de um furo de poço enquanto o pessoal está montando a ferramenta em preparação para executá- la no poço.
[005] Pode haver inúmeras razões para um operador ou pessoal decidir não disparar uma pistola de perfuração que foi executada no furo de poço. Tais razões podem incluir problemas com o acionamento da pistola de perfuração no furo de poço (isto é, operação no furo), problemas com outro equipamento de completação ou problemas com o conjunto de pistola de perfuração ou seus componentes relacionados. Além disso, um risco potencial é que, após a execução do procedimento de disparo, não haja indicação positiva de que a pistola de perfuração tenha realmente disparado, o que pode significar que há explosivos vivos/ cargas modeladas retornando à superfície de poço. Isso pode colocar em risco todo o pessoal e equipamento presente na superfície quando as pistolas de perfuração são recuperadas para a superfície.
[006] Tendo em vista o aumento contínuo dos requisitos de segurança e dos problemas descritos acima, é necessário um conjunto de cabeça de disparo que facilite o início seguro de cargas modeladas em uma pistola de perfuração. Também é necessário um conjunto de cabeça de disparo para uso em uma pistola de perfuração que reduz o risco de danos materiais e corporais, incluindo a morte, em condições de disparo. Além disso, é necessário um conjunto de cabeça de disparo com um recurso de segurança, que não permita que a pistola de perfuração atire, a menos que um operador selecione a opção de disparar a pistola de perfuração. Além disso, é necessário um conjunto de cabeça de disparo que permita ao operador interromper uma operação de disparo de maneira a impedir o disparo da pistola de perfuração.
[007] De acordo com um aspecto, as presentes formas de realização podem ser associadas a um conjunto de cabeça de disparo. O conjunto de cabeça de disparo inclui um alojamento tubular e primeiro e segundo pistão. O alojamento tubular inclui um lúmen que se estende entre a primeira e a segunda extremidade. O primeiro pistão está próximo à primeira extremidade do alojamento, enquanto o segundo pistão está próximo à segunda extremidade. Ambos os pistões se estendem parcialmente para o lúmen e são móveis de forma deslizável dentro dele. O conjunto de cabeça de disparo inclui ainda um membro compressível disposto dentro do lúmen entre o primeiro e o segundo pistão. Uma pluralidade de braços de travamento superiores e uma pluralidade de braços de travamento inferiores são configurados para engatar com membros de travamento formados no alojamento tubular. O conjunto de cabeça de disparo inclui ainda uma arruela de cisalhamento superior e uma arruela de cisalhamento inferior dispostas na segunda abertura do corpo tubular e afastadas uma da outra. As arruelas de cisalhamento são dispostas adjacentes ao segundo pistão em uma configuração do tipo sanduíche e ajudam a fixar o segundo pistão no lugar.
[008] De acordo com um aspecto, as presentes formas de realização também podem ser associadas a um dispositivo de completação de poço, incluindo uma pistola de perfuração e um conjunto de cabeça de disparo que está operacionalmente associado à pistola de perfuração. O conjunto de cabeça de disparo pode ser configurado substancialmente como descrito acima e inclui um alojamento tubular que tem uma primeira extremidade, uma segunda extremidade e um lúmen que se estende entre eles. Um primeiro pistão está próximo à primeira extremidade e um segundo pistão está próximo à segunda extremidade em uma configuração espaçada do primeiro pistão.
Ambos os pistões são móveis de forma deslizável dentro de pelo menos uma porção do lúmen, com um membro compressível disposto entre eles. O membro compressível tem uma primeira porção de extremidade que encosta no primeiro pistão e uma segunda porção de extremidade que encosta no segundo pistão. O membro compressível é ajustável entre estados relaxado, comprimido e parcialmente comprimido. Uma pluralidade de braços de travamento superiores e uma pluralidade de braços de travamento inferiores estão dispostos dentro do lúmen, cada um dos quais está configurado para engatar de maneira liberável com os membros de travamento posicionados no lúmen.
[009] Formas de realização adicionais estão associadas a um método de usar um conjunto de cabeça de disparo em uma condição de disparo e uma condição de não disparo. O método inclui abaixar um dispositivo de completação de poço, configurado substancialmente como descrito acima, em um furo de poço. O dispositivo de completação de poço inclui uma pistola de perfuração e um conjunto de cabeça de disparo em comunicação com a pistola de perfuração. O conjunto de cabeça de disparo inclui um alojamento que possui um lúmen, um primeiro pistão e um segundo pistão espaçados do primeiro pistão com um membro compressível entre eles. Uma pluralidade de braços de travamento superiores e uma pluralidade de braços de travamento inferiores estão dispostos no lúmen e são configurados para engatar de maneira liberável com os membros de travamento dispostos no lúmen. O primeiro pistão e o alojamento tubular definem uma câmara superior com uma primeira pressão, e o segundo pistão e o alojamento tubular definem uma câmara inferior com uma segunda pressão. O dispositivo de completação de poço é posicionado em um local desejado dentro do furo de poço usando um dispositivo de transporte. O método inclui ainda aumentar a primeira pressão da câmara superior até que o primeiro pistão se mova para baixo em direção ao segundo pistão e os braços de travamento superiores sejam fixados ao membro de travamento superior. Isso comprime parcialmente o membro compressível. O método inclui ainda o ajuste da pressão do furo de poço e, respectivamente, a segunda pressão da câmara inferior para iniciar um evento.
De acordo com um aspecto, o evento inclui desencadear uma reação de explosão na condição de disparo ou cancelar uma reação de explosão na condição de não disparo.
[010] Uma descrição mais particular será oferecida por referência a formas de realização específicas da mesma que são ilustradas nos desenhos anexos. Entendendo que esses desenhos representam apenas formas de realização típicas dos mesmos e, portanto, não devem ser considerados limitativos de seu escopo, formas de realização exemplares serão descritas e explicadas com especificidade e detalhes adicionais através do uso dos desenhos anexos nos quais: - A Figura 1 é uma vista em perspectiva em seção transversal parcial de um conjunto de cabeça de disparo, ilustrando um membro compressível em um estado relaxado, de acordo com uma forma de realização; - A Figura 2 é uma vista em perspectiva em corte transversal parcial de um conjunto de cabeça de disparo semelhante ao da Figura 1 (exceto que os anéis de travamento serrilhados são substituídos por fendas), ilustrando o membro compressível em um estado parcialmente comprimido com uma pluralidade de braços de travamento superiores fixados por membros de travamento e um pino de disparo suspenso acima de um iniciador de percussão; - A Figura 3 é uma vista em perspectiva em corte transversal parcial do conjunto de cabeça de disparo da Figura 2, ilustrando o membro compressível em um estado parcialmente comprimido com uma pluralidade de braços de travamento superiores fixados por membros de travamento e um pino de disparo em engate com um iniciador de percussão; - A Figura 4 é uma vista em perspectiva em corte transversal parcial do conjunto de cabeça de disparo da Figura 3, ilustrando um membro compressível em um estado comprimido, com uma pluralidade de braços de travamento superiores e uma pluralidade de braços de travamento inferiores fixados por membros de travamento, de acordo com uma forma de realização; - A Figura 5 é uma vista em perspectiva em seção transversal parcial de um conjunto de cabeça de disparo incluindo um pino de contato elétrico e uma placa de circuito elétrico, de acordo com uma forma de realização; - A Figura 6 é uma vista em seção transversal de um aparelho de completação de poço, incluindo um conjunto de cabeça de disparo, de acordo com uma forma de realização; - A Figura 7 é um fluxograma que ilustra um método de utilização de um conjunto de cabeça de disparo em uma condição de disparo e uma condição de não disparo, de acordo com uma forma de realização; e - A Figura 8 é um fluxograma que ilustra um método de utilização de um conjunto de cabeça de disparo em uma condição de disparo e uma condição de não disparo, de acordo com uma forma de realização.
[011] Vários recursos, aspectos e vantagens das formas de realização se tornarão mais evidentes a partir da descrição detalhada a seguir, juntamente com as Figuras anexas, nas quais números iguais representam componentes iguais ao longo das Figuras e do texto. As várias características descritas não são necessariamente desenhadas em escala, mas são desenhadas para enfatizar características específicas relevantes para algumas formas de realização.
[012] Os títulos aqui utilizados são apenas para fins organizacionais e não se destinam a limitar o escopo da descrição ou das reivindicações. Para facilitar o entendimento, os números de referência foram usados, sempre que possível, para designar elementos comuns às Figuras.
[013] Agora será feita referência em detalhes a várias formas de realização. Cada exemplo é fornecido a título de explicação e não pretende ser uma limitação e não constitui uma definição de todas as formas de realização possíveis.
[014] Para fins de ilustrar características das formas de realização, será feita referência a várias Figuras. As Figuras 1 a 4 de forma geral ilustram formas de realização de um conjunto de cabeça de disparo.
Como será discutido em conexão com as formas de realização ilustradas individuais, o conjunto de cabeça de disparo de forma geral inclui um corpo/ alojamento tubular, um primeiro pistão e um segundo pistão, bem como um membro compressível disposto entre o primeiro e o segundo pistão. O conjunto de cabeça de disparo também inclui uma pluralidade de braços de travamento superiores e uma pluralidade de braços de travamento inferiores que cada um engata nos respectivos membros de travamento posicionados dentro do alojamento tubular, bem como arruelas de cisalhamento superior e inferior. O conjunto de cabeça de disparo ajuda a facilitar a montagem e instalação seguras de uma coluna de pistola de perfuração em um poço, iniciação segura de cargas modeladas em uma pistola de perfuração e recuperação segura da pistola de perfuração a partir de poço.
[015] Voltando agora às Figuras, as Figuras 1 a 4 ilustram uma vista parcial em seção transversal de um conjunto de cabeça de disparo (10) (com pelo menos alguns componentes sendo parcialmente cortantes). O conjunto de cabeça de disparo (10) inclui um alojamento tubular ou corpo tubular (20). O alojamento tubular (20) inclui uma primeira extremidade (22) e uma segunda extremidade (24) espaçadas uma da outra. O alojamento tubular (20) tem um lúmen (26) que se estende entre a primeira e a segunda extremidade (22, 24). De acordo com um aspecto, o lúmen (26) tem um diâmetro que é substancialmente uniforme ao longo de um comprimento do alojamento (20). O diâmetro pode ser selecionado a partir de forma que o lúmen (26) é capaz de receber uma pluralidade de componentes pelo menos parcialmente posicionados no mesmo.
[016] O conjunto de cabeça de disparo (10) inclui um primeiro pistão (30) e um segundo pistão (32). o primeiro e o segundo pistão (30, 32) estão posicionados, pelo menos parcialmente, dentro do lúmen (26) do alojamento (20). Como ilustrado nas Figuras 1 a 4, o primeiro pistão (30) está posicionado próximo à primeira extremidade (22) do alojamento tubular (20) e é móvel de maneira deslizante dentro de pelo menos uma porção do lúmen (26).
O segundo pistão (32) está posicionado próximo à segunda extremidade (24) do alojamento tubular (20), oposto ao primeiro pistão, e é igualmente móvel de maneira deslizante dentro de pelo menos uma porção do lúmen (26). De acordo com um aspecto, o movimento do primeiro e do segundo pistão (30, 32) pode ser facilitado pelo menos em parte por alterações na pressão do furo de poço ou pela aplicação de uma força nos pistões (30, 32), como será discutido mais adiante.
[017] Em uma forma de realização, e como ilustrado nas Figuras 1 a 3, os pistões (30, 32) são, cada um, acoplados a placas de montagem. O primeiro pistão (30) pode ser acoplado ou de outro modo fixado a uma primeira placa de montagem (25a) (Figuras 1 a 3), enquanto o segundo pistão (32) pode ser acoplado ou de outro modo fixado a uma segunda placa de montagem (25b) (Figura 1). Como visto, por exemplo, na Figura 1, a primeira e a segunda placa de montagem (25a, 25b) podem ser menores ou ter um diâmetro externo menor que o diâmetro externo do pistão ao qual está conectado. De forma alternativa, e como visto, por exemplo, na Figura 2, o diâmetro externo de pelo menos uma primeira placa de montagem (25a) e a segunda placa de montagem (25b) pode ser substancialmente o mesmo que o diâmetro externo do pistão ao qual eles estão acoplados.
[018] Como se vê melhor na Figura 1, a primeira placa de montagem (25a) é posicionada entre o primeiro pistão (30) e a primeira porção de extremidade (42) do membro compressível (40), enquanto a segunda placa de montagem (25b) é posicionada entre o segundo pistão (32) e a segunda porção de extremidade (44) do membro compressível (40) Cada placa de montagem (25a, 25b) inclui superfícies achatadas superior e inferior (por exemplo, planas). A superfície achatada superior da primeira placa de montagem (25a) é acoplada ao primeiro pistão (30), enquanto a superfície achatada inferior da primeira placa de montagem (25a) encosta ou engata um membro compressível (40). A superfície achatada superior da segunda placa de montagem (25b) encosta ou engata o membro compressível (40), enquanto a superfície achatada inferior da segunda placa de montagem (25b) é acoplada ou fixada ao segundo pistão (32). De acordo com um aspecto, a primeira e a segunda placas de montagem (25a, 25b) podem receber uma pluralidade de braços de travamento superiores (50) e uma pluralidade de braços de travamento inferiores (52), respectivamente, como é descrito em mais detalhes abaixo. As placas de montagem (25a, 25b) acomodam de forma intercambiável os braços de travamento (50, 52) de vários comprimentos, o que ajuda no escopo do ajuste do membro compressível (40) dentro do lúmen (26) do alojamento tubular (20).
[019] Como descrito acima, o conjunto de cabeça de disparo inclui um membro compressível (40). O membro compressível (40) é ilustrado como uma bobina ou mola que é disposta dentro do lúmen (26) do alojamento tubular (20). De acordo com um aspecto, o membro compressível (40) inclui uma primeira porção de extremidade (42) e uma segunda porção de extremidade (44). A primeira porção de extremidade (42) do membro compressível (40) encosta no primeiro pistão (30) ou, quando presente, na superfície achatada inferior da primeira placa de montagem (25a). A segunda porção de extremidade (44) do membro compressível (40) encosta no segundo pistão (32) ou, quando presente, na superfície achatada superior da segunda placa de montagem (25b).
[020] O membro compressível (40) é ajustável entre estados relaxado, parcialmente comprimido e totalmente comprimido. À medida que o primeiro e o segundo pistão (30, 32) se aproximam um do outro, o comprimento do membro compressível (40) é ajustado. De acordo com um aspecto, o membro compressível (40) é ajustável entre um comprimento máximo Lmax (Figura 1), um comprimento mínimo Lmin (Figura 4) e uma pluralidade de comprimentos intermediários Lint (Figuras 2 e 3) entre eles. O comprimento máximo Lmax corresponde ao estado relaxado do membro compressível (40), o comprimento mínimo Lmin corresponde ao estado máximo comprimido do membro compressível (40) e os comprimentos intermediários Lint correspondem a uma pluralidade de estados parcialmente comprimidos do membro compressível (40).
[021] Enquanto o membro compressível (40) é ilustrado nas Figuras 1 a 4 como uma mola/ bobina, é contemplado que o membro compressível (40) possa incluir ou ser um gás comprimido (não mostrado). O gás comprimido pode ser isolado dentro do lúmen (26) do alojamento (20), entre o primeiro e o segundo pistão (30, 32). Nesta forma de realização, quando o primeiro pistão (30) se aproxima do segundo pistão (32) ou o segundo pistão (32) se move para mais perto do primeiro pistão (30), as partículas do gás comprimido se aproximam e são comprimidas (isto é, as partículas são posicionadas mais próximas). À medida que o volume do gás comprimido diminui, a pressão dentro do lúmen (26) entre o primeiro e o segundo pistão (30, 32) também aumenta. De forma alternativa, quando o primeiro pistão (30) se afasta do segundo pistão (32), ou de forma alternativa o segundo pistão (32) se afasta do primeiro pistão (30), as partículas do gás comprimido se afastam umas das outras e se expandem para preencher o espaço no lúmen (26) entre o primeiro pistão (30) e o segundo pistão (32), que aumentam o volume do gás comprimido e diminuem a pressão do gás comprimido.
[022] O lúmen (26) do alojamento (20) pode incluir uma ou mais câmaras. Cada câmara pode incluir pressões isoladas uma da outra. De acordo com um aspecto, o primeiro pistão (30) e o alojamento tubular (20) pelo menos parcialmente definem uma câmara superior (21) do lúmen (26). A câmara superior (21) está acima do primeiro pistão (30) (quando o conjunto de cabeça de disparo (10) é configurado como mostrado na Figura 1) e inclui uma primeira pressão (P1). O segundo pistão (32) e o alojamento tubular (20) pelo menos parcialmente definem uma câmara inferior (23) do lúmen (26). A câmara inferior (23) está abaixo do segundo pistão (32) (quando o conjunto de cabeça de disparo (10) é configurado como mostrado na Figura 1), e inclui uma segunda pressão (P2). A área do lúmen (26), dentro da qual o membro compressível (40) está disposto, é uma câmara intermediária (28). A câmara intermediária (28) está entre a câmara superior (21) e a câmara inferior (23) e inclui uma terceira pressão (P3). O volume da câmara intermediária (28) corresponde diretamente ao movimento do primeiro e do segundo pistão (30, 32). À medida que o primeiro pistão (30) se move em direção ao segundo pistão (32), o volume da câmara intermediária diminui e, como descrito acima, comprime o membro compressível (40) (mola ou gás comprimido). De acordo com um aspecto, quando o membro compressível (40) é uma mola, a terceira pressão
(P3) pode ser a pressão atmosférica.
[023] A primeira e a segunda pressão (P1, P2) podem ser ajustadas por vários métodos. De acordo com um aspecto, adicionar ou remover fluido da câmara superior (21) do alojamento (20) ajusta a primeira pressão (P1). De forma alternativa, um gás comprimido pode ser usado para aumentar a pressão dentro da câmara superior (21). De acordo com um aspecto, o fluido ou gás comprimido pode ser adicionado ou removido da câmara superior (21) em virtude de ser adicionado ou removido de um transporte dispositivo (105) (Figuras 3 e 4) ao qual o conjunto de cabeça de disparo (10) está conectado. De acordo com um aspecto, um aumento ou diminuição na primeira pressão (P1) ajusta a posição do primeiro pistão (30) em relação à posição do segundo pistão (32). Um aumento da primeira pressão (P1) move o primeiro pistão (30) em direção ao segundo pistão (32) e comprime o membro compressível (40) para um estado parcialmente comprimido. De acordo com o aspecto, um operador do conjunto de cabeça de disparo (10) ajusta manualmente a posição do primeiro pistão (30) no lúmen (26). O operador pode fazer o ajuste aumentando a primeira pressão (P1), que aplicará uma força ao primeiro pistão (30) para mover o pistão (30) em direção ao segundo pistão (32), que pelo menos parcialmente comprime ou comprime totalmente o membro compressível (40). Da mesma forma, o operador pode remover ou pelo menos parcialmente reduzir a primeira pressão (P1) para reduzir parcialmente a força aplicada ao primeiro pistão (30) mover o primeiro pistão (30) para longe do segundo pistão (32), que ajusta o membro compressível (40) de um estado parcialmente comprimido para um estado relaxado.
[024] Pelo menos uma porta/ abertura/ ventilação (58) se estende através do alojamento tubular (20) e conecta de maneira fluida a câmara inferior (23) ao furo de poço fora do alojamento tubular (20). Isso facilita a comunicação de fluidos (isto é, líquidos ou gases) de poço (isto é, fluido de poço e a pressão do furo de poço (P4)) na câmara inferior (23). De acordo com um aspecto, a segunda pressão (P2) pode ser ajustada movendo o conjunto de cabeça de disparo (10) para cima ou para baixo no poço, ou pela adição ou remoção de algum fluido de poço (ou outro fluido ou gás comprimido) do furo de poço. Uma vez que a porta (58) facilita a transferência de fluido de poço e, portanto, a pressão do furo de poço (P4), para a câmara inferior (23) (e remoção da mesma), um aumento da pressão do furo de poço (P4) resulta em um aumento na segunda pressão (P2). Da mesma forma, uma diminuição da pressão do furo de poço resulta em uma diminuição da segunda pressão (P2).
Como seria entendido por um técnico no assunto, o fluido de poço pode incluir pelo menos um de nitrogênio, fluido de perfuração, água, qualquer fluido de completação ou qualquer outro padrão da indústria.
[025] O conjunto de cabeça de disparo (10) inclui uma pluralidade de membros de vedação (90). De acordo com um aspecto, os membros de vedação (90) são anéis O que se estendem em torno de uma periferia do primeiro pistão (30) e/ ou do segundo pistão (32). Pelo menos um elemento de vedação (90) está posicionado em torno da periferia do primeiro pistão (30), de forma que o elemento de vedação (90) esteja entre o primeiro pistão (30) e o lúmen (26) do alojamento tubular (20). Pelo menos um outro elemento de vedação (90) está posicionado em torno da periferia do segundo pistão (32), entre o segundo pistão (32) e o lúmen (26) do alojamento tubular (20). Os membros de vedação (90) podem ser operativos para isolar a câmara intermediária (28) da primeira pressão (P1) da câmara superior (21), a segunda pressão (P2) da câmara inferior (23), e a pressão do furo de poço (P4) fora do alojamento tubular (20). Os membros de vedação (90) podem ser usados para isolar cada pressão individual, ou seja, a primeira pressão (P1) da terceira pressão (P3) e a terceira pressão (P3) da segunda pressão (P2). Os membros de vedação (90) também funcionam para isolar a primeira e a terceira pressão (P1, P3) da pressão do furo de poço (P4).
[026] O conjunto de cabeça de disparo (10) é ainda equipado com uma pluralidade de braços de travamento. Como ilustrado nas Figuras 1 a 4, uma pluralidade de braços de travamento superiores (50) se estendem a partir de, são acoplados ao ou de outro modo conectados ao primeiro pistão (30). Da mesma forma, uma pluralidade de braços de travamento inferiores (52) se estendem a partir de, são acoplados ao ou de outro modo conectados ao segundo pistão (32). Os braços de travamento (50, 52) podem ser formados com o mesmo material usado para formar as placas de montagem (25a, 25b) e/ ou os pistões superior e inferior (30, 32). Os braços de travamento (50, 52) podem ser compostos de qualquer material flexível e resiliente. De acordo com um aspecto, os braços de travamento (50, 52) são compostos de um metal, como aço ou cobre. Os braços de travamento (50, 52) podem ser compostos de aço de mola ou cobre-berílio.
[027] Cada braço de travamento (50, 52) inclui um segmento vertical (53a) e um segmento horizontal (53b) que se estende radialmente a partir do segmento vertical (53a). O segmento vertical (53a) de cada braço de travamento superior (50) pode ser conectado diretamente ao primeiro pistão (30) ou, quando presente, diretamente conectado à primeira placa de montagem (25a). O segmento vertical (53a) pode estender uma porção de extremidade periférica da placa de montagem (25a, 25b) à qual está acoplada ou pode ser conectada à superfície achatada inferior da primeira placa de montagem (25a) ou à superfície achatada superior da segunda placa de montagem (25b). O segmento vertical (53a) se estende ao longo de uma direção Y do alojamento tubular (20), enquanto o segmento horizontal (53b) se estende radialmente a partir do segmento vertical (53a) de forma geral ao longo de uma direção X do alojamento tubular (20).
[028] Os segmentos horizontais (53b) podem ser configurados para engatar por atrito com uma porção do alojamento tubular (20) para ajudar a reter o membro compressível (40) em uma posição desejada dentro do lúmen (26). De acordo com um aspecto, os braços de travamento (50, 52) (isto é, os segmentos horizontais (53b) dos braços de travamento (50, 52)) engatam com os respectivos membros de travamento (55) que se estendem para dentro do lúmen (26) para dentro do compartimento tubular (20). Quando engatados, os braços de travamento (50, 52) e os respectivos membros de travamento (55) impedem coletivamente o movimento inadvertido do membro compressível (40).
[029] Os membros de travamento (55) podem incluir pelo menos um de um anel serrilhado/ anel de travamento serrilhado e uma fenda. Como ilustrado na Figura 1 e em uma forma de realização, os membros de travamento (55) incluem um anel serrilhado superior (57a) e um anel serrilhado inferior (57b). Os anéis serrilhados (57a, 57b) podem incluir uma pluralidade de impressões em sua superfície, como diamante, padrões angulares ou retos, o que melhora o atrito/ fornece uma superfície de preensão aprimorada. Os braços de travamento superiores (50) são resilientes e configurados para engatar no anel serrilhado superior (57a) e os braços de travamento inferiores (52) são resilientes e configurados para engatar no anel serrilhado inferior (57b). Os anéis serrilhados superior e inferior (57a, 57b) ajudam a facilitar o engate com os braços de travamento superior e inferior (50, 52), respectivamente. Isso ajuda a manter pelo menos temporariamente o membro compressível (40) em um dos comprimentos intermediários Lint ou no comprimento mínimo Lmin.
[030] Em outra forma de realização mostrada na Figura 2, os membros de travamento (55) podem incluir uma fenda superior (56a) e uma fenda inferior (56b). Como descrito acima, em relação aos anéis serrilhados superior e inferior (57a, 57b), os braços de travamento superior e inferior (50, 52) são resilientes e configurados para engatar com suas respectivas fendas (56a, 56b). Quando cada braço de travamento (50, 52) é engatado com sua respectiva fenda (56a, 56b), o membro compressível (40) deve ser mantido pelo menos temporariamente em um dos comprimentos intermediários Lint e no comprimento mínimo Lmin.
[031] O conjunto de cabeça de disparo (10) inclui um pino de disparo (70) posicionado abaixo do segundo pistão (32) em uma configuração espaçada e um iniciador de percussão (80) posicionado abaixo do pino de disparo (70) também em uma configuração espaçada. Os braços de travamento (50, 52) e os membros de travamento (55), em conjunto com o primeiro e o segundo pistão (30, 32) e o membro compressível (40), ajudam a facilitar a ativação seletiva do conjunto de cabeça de disparo (10), ajustando a distância (como, por exemplo, reduzir a distância) entre o pino de disparo (70) e o iniciador (80). De acordo com um aspecto, a distância é ajustada de forma que o pino de disparo (70) seja colocado em contato com o iniciador (80), acionando/ ativando uma reação de explosão. A reação de explosão pode iniciar uma sequência de eventos que faz com que cargas modeladas (122) carregadas em uma pistola de perfuração (120) (ver, por exemplo, Figura 6) sejam detonadas.
[032] Para auxiliar ainda mais na ativação seletiva do conjunto de cabeça de disparo (10), uma pluralidade de dispositivos de fixação pode ser utilizada para ajudar a prevenir e/ ou facilitar o movimento do membro compressível (40), que pode colocar o pino de disparo (70) em contato com o iniciador (80) para desencadear a reação de explosão ou manter o pino de disparo (70) em uma configuração espaçada do iniciador para impedir a reação de explosão. Os dispositivos de fixação podem de forma geral ter uma força máxima (isto é, a maior força que eles podem suportar antes de quebrar e liberar o pistão inferior (32) e, em troca, o membro compressível (40)). Os dispositivos de fixação podem ser selecionados com base nas condições de poço e em sua resistência máxima, e podem incluir, por exemplo, arruelas de cisalhamento, anéis de cisalhamento, pinos de cisalhamento, parafusos de cisalhamento e similares.
[033] De acordo com uma forma de realização, o conjunto de cabeça de disparo (10) inclui uma arruela de cisalhamento superior (60) e uma arruela de cisalhamento inferior (62). Cada arruela de cisalhamento (60, 62) é posicionada adjacente à segunda abertura (24) do corpo tubular (20). As arruelas de cisalhamento (60, 62) podem incluir uma abertura central que permita que eles estejam pelo menos parcialmente presos ao redor da periferia do segundo pistão (32). Como ilustrado nas Figuras 1 e 2 e em uma forma de realização, as arruelas de cisalhamento superior e inferior (60, 62) são dispostas em uma configuração espaçada uma em relação à outra e são dispostas adjacentes ao segundo pistão (32) em uma configuração do tipo sanduíche. A arruela de cisalhamento superior (60) e a arruela de cisalhamento inferior (62) são configuradas para reter o segundo pistão (32) no local designado de tal maneira que o pino de disparo (70) seja espaçado do iniciador de percussão (80). Pelo menos uma das arruelas de cisalhamento superior (60) e a arruela de cisalhamento inferior (62) pode ser configurada para suportar uma força entre cerca de 500 psi a cerca de 35.000 psi, de forma alternativa entre cerca de 500 psi a cerca de 25.000 psi, antes da quebra. De acordo com um aspecto, quando a força exercida na arruela de cisalhamento inferior (62) é maior que a maior força que a arruela de cisalhamento (62) é projetada para suportar, a arruela de cisalhamento (62) quebra, o que move o pino de disparo (70) em direção ao iniciador (80). Quando a força exercida sobre a arruela de cisalhamento superior (60) é maior que a maior força que a arruela de cisalhamento superior (60) é projetada para suportar, a arruela de cisalhamento superior (60) quebra, o que pode mover o segundo pistão e os braços de travamento inferiores para cima até que os braços de travamento inferiores estejam presos nos membros de travamento (55) (isto é, o anel serrilhado inferior (57b) (Figura 1) ou a fenda inferior (56b) (Figuras 2 a 4)). Como será descrito em mais detalhes abaixo, esses movimentos para cima permitem que o pino de disparo (70) se afaste ainda mais do iniciador (80), de forma que o conjunto de disparo possa ser recuperado do furo de poço.
[034] De acordo com um aspecto, um aumento da primeira pressão (P1) move o primeiro pistão (30) em direção ao segundo pistão (32), que ajusta o membro compressível (40) para um estado parcialmente comprimido. Como ilustrado na Figura 2, isso também move os braços de travamento superiores (50) para baixo em direção aos membros de travamento (55), de forma que eles possam ser fixados desse modo, o que também retém o membro compressível (40) em seu estado parcialmente comprimido.
Enquanto a Figura 2 ilustra os braços de travamento superiores (50) sendo fixados nas fendas superiores (56a), é contemplado que os braços de travamento superiores possam ser fixados no lugar pelos anéis serrilhados superiores (57a) (Figura 1).
[035] Ajustes da pressão do furo de poço (P4) e da respectiva segunda pressão (P2) da câmara inferior (23) podem ser feitos para desencadear uma reação de explosão ou recuperar o conjunto de cabeça de disparo (10) (isto é, incluindo a pistola de perfuração à qual está conectada) a partir do furo de poço. Uma diminuição da pressão do furo de poço (P4) fora do alojamento tubular (20) diminui, respectivamente, a segunda pressão (P2) da câmara inferior (23), por meio da porta (58), que facilita a comunicação do fluido de poço na câmara inferior (23). Acoplado ao estado parcialmente comprimido do membro compressível (40), a diminuição da segunda pressão (P2) quebra a arruela de cisalhamento inferior (62), o que permite que o pino de disparo (70) se mova para baixo para atingir o iniciador (80) e desencadear a reação de explosão. De forma alternativa, quando o membro compressível (40) é parcialmente comprimido, um aumento da pressão do furo de poço (P4) e, respectivamente, a segunda pressão (P2) da câmara inferior (23) quebra a arruela de cisalhamento superior (60). Isso move o segundo pistão (32) e, portanto, os braços de travamento inferiores (52) para cima em direção à fenda inferior (56b) (ou o anel serrilhado inferior (57b)), comprimindo ainda mais o membro compressível (40) de forma que ele seja ajustado ao seu estado comprimido. Quando os braços de travamento inferiores (52) estão dentro da fenda inferior (56b) ou em engate com o anel serrilhado inferior (57b), o pino de disparo (70) é movido para mais longe do iniciador (80), o que permite que o conjunto de cabeça de disparo (10) seja recuperado com segurança do furo de poço sem desencadear a reação de explosão.
[036] Embora o conjunto de cabeça de disparo (10) tenha sido descrito para uso com um pino de disparo (70) e um iniciador de percussão (80) espaçados e posicionados abaixo do pino de disparo (70), é contemplado que o conjunto de cabeça de disparo (10) possa ser utilizado com outros componentes. Em uma forma de realização e como ilustrado na Figura 5, o conjunto de cabeça de disparo (10) inclui um pino de contato elétrico (170) e uma placa de circuito elétrico (180) para facilitar a ativação do conjunto de cabeça de disparo (10), em vez do pino de disparo (70) e do iniciador de percussão (80) descritos acima. O pino de contato elétrico (170) e a placa de circuito elétrico (180) estão dispostos substancialmente semelhantes à disposição do pino de disparo (70) e do iniciador de percussão (80) ilustrado nas Figuras 1 a 4, e descritos acima. Assim, para fins de conveniência e não de limitação, os vários recursos, atributos e disposição do pino de contato elétrico (170) e a placa de circuito elétrico (180), onde semelhantes aos vários recursos, atributos e disposição do pino de disparo (70) e o iniciador de percussão (80) discutido em conexão com as Figuras 1 a 4, não são repetidos aqui.
[037] Como descrito acima, os membros de vedação (90) podem isolar cada pressão individual um do outro, como, a primeira pressão (P1) da terceira pressão (P3) e a terceira pressão (P3) da segunda pressão (P2). De acordo com um aspecto, os membros de vedação (90) também podem se estender em torno de uma periferia do pino de contato elétrico (170), em uma área abaixo da porta (58). Os membros de vedação (90) podem impedir que o fluido de poço ou a segunda pressão (P2) interajam ou impactem potencialmente a placa de circuito (180) e/ ou seus componentes relacionados.
[038] Como ilustrado na Figura 5 e em uma forma de realização, o pino de contato elétrico (170) é espaçado da placa de circuito elétrico (180) e é pelo menos temporariamente mantido nessa posição, por elementos de fixação (172). Os elementos de fixação (172) têm uma força máxima (isto é, a maior força que eles podem suportar antes de partir). De acordo com um aspecto, os elementos de fixação (172) incluem um de um pino de cisalhamento e um parafuso de cisalhamento. Os elementos de fixação (172) podem ser um anel de cisalhamento configurado como uma placa de material relativamente fina composta por um material relativamente macio, porém rígido.
O anel de cisalhamento inclui uma abertura central que permite que o anel de cisalhamento seja posicionado em torno de uma periferia do pino de contato elétrico (170). De acordo com um aspecto, o anel de cisalhamento inclui uma pluralidade de folgas/ fendas formadas em seu corpo, que permitem o anel de cisalhamento quebrar em um diferencial de pressão especificado ou suportar uma força selecionada. O elemento de fixação selecionado (172), como o anel de cisalhamento descrito, pode ser selecionado com base nas condições de furo de poço e em sua resistência máxima. Em uma forma de realização, o elemento de fixação (172) tem uma resistência designada que permite quebrar previsivelmente em um valor especificado. Por exemplo, o elemento de segurança (172) pode ser configurado para suportar uma força entre cerca de 500 psi e cerca de 35.000 psi, por exemplo, entre cerca de 500 psi a cerca de
25.000 psi, antes de quebrar em seu valor especificado.
[039] De acordo com um aspecto, o pino de contato elétrico (170) é liberado de sua posição segura quando a força exercida na arruela de cisalhamento inferior (62) é maior que a maior força que a arruela de cisalhamento (62) suporta (ou seja, uma força entre cerca de 500 psi e cerca de 35.000 psi, de forma alternativa entre cerca de 500 psi a cerca de 25.000 psi). A força exercida na arruela de cisalhamento inferior (62) pode quebrar a arruela de cisalhamento inferior (62), de forma que o segundo pistão (32) se move para baixo e entra em contato com o pino de contato elétrico (170) para golpear e quebrar/ cisalhar o elemento de fixação (172). Uma vez que o elemento de fixação (172) é quebrado, o pino de contato elétrico (170) é liberado de sua posição e se move para baixo em direção à placa de circuito elétrico (180). O pino de contato elétrico (710) aplica uma força para baixo (isto é, golpeia ou engata) na placa de circuito (180) para disparar a reação de explosão ou iniciar uma sequência de contagem regressiva do tempo que desencadeia a reação de explosão.
[040] De acordo com um aspecto, uma pluralidade de contatos elétricos (182) estão dispostos em uma superfície da placa de circuito elétrico (180). Cada um dos contatos (182) pode ter uma abertura que se estende através da mesma, onde a abertura é configurada para receber uma porção do pino de contato elétrico (170), de forma que que o pino (170) engata com os contatos (182) e, portanto, a placa de circuito elétrico (180).
[041] A placa de circuito elétrico (180) é conectada de forma comunicável a um detonador (não mostrado), que aciona diretamente a reação de explosão. O detonador pode ser um detonador eletrônico seguro - RF, um detonador resistorizado/ elétrico ou um detonador que usa um conjunto de fogo, um EFI, um EBW, uma ponte semicondutora e/ ou um dispositivo de ignição. De acordo com um aspecto, o detonador resistorizado/ elétrico é um detonador seguro de 50 Ohm. Quando o pino de contato elétrico (170) engata na placa de circuito elétrico (180), o pino de contato elétrico (170) engata com os contatos elétricos (182) na placa de circuito (180) para desencadear a reação de explosão ou iniciar a sequência de contagem regressiva do tempo para enviar o sinal elétrico que aciona a reação de explosão para o detonador.
A sequência de contagem regressiva do tempo indica quanto tempo resta até que um sinal elétrico seja enviado ao detonador. De acordo com um aspecto, o sinal elétrico pode ser uma sequência de disparo que é enviada ao detonador para desencadear a reação de explosão.
[042] De acordo com um aspecto, o pistão inferior (32) pode ser movido para mais longe do pino de contato elétrico (170), impedindo assim o pino de contato elétrico (170) de entrar em contato com a placa de circuito elétrica (180), o que inibe/ cancela a sequência de disparo para desencadear a reação de explosão. Como descrito acima em relação ao pino de disparo (70) e ao iniciador de percussão (80), a arruela de cisalhamento superior (60) quebra quando a força exercida na arruela de cisalhamento superior (60) é maior que a força que a arruela de cisalhamento superior (60) é capaz de suportar. Isso faz com que os braços de travamento inferiores (50) se movam para cima até que fiquem presos nos membros de travamento inferiores (55). O pistão inferior (32) então se move para cima, para mais longe do pino de contato elétrico (170), de forma que a reação de explosão não é acionada.
[043] Formas de realização adicionais podem ser associadas a um dispositivo de completação de poço (100). Como ilustrado na Figura 6, o aparelho de completação de poço (100) inclui uma pistola de perfuração (120) com uma pluralidade de cargas moldadas (122). A pistola de perfuração (120)
pode ser um sistema de pistola de perfuração exposto ou um conjunto de perfuração encerrado em um tubo ou tubo. Se a pistola de perfuração (120) é um sistema exposto, as cargas moldadas (122) são encapsuladas ou seladas individualmente para impedir a exposição direta a fluidos e/ ou pressão do ambiente de poço. Em qualquer caso, quando a pistola de perfuração (120) é disparada e as cargas modeladas (122) detonam, é formado um jato explosivo, que perfura a formação circundante no furo de poço para extrair fluido (como óleo, gás e similares) a partir dele.
[044] O dispositivo de completação de poço (100) inclui um conjunto de cabeça de disparo (10’) operável associado à pistola de perfuração (120). O conjunto de cabeça de disparo (10’) é substancialmente semelhante ao conjunto de cabeça de disparo (10) ilustrado nas Figuras 1 a 4, e descritos acima. Assim, para fins de conveniência e não de limitação, as várias características, atributos, propriedades e funcionalidade do conjunto de cabeça de disparo (10) discutidas em conexão com as Figuras 1 a 4 não são repetidos aqui.
[045] Como descrito acima, o conjunto de cabeça de disparo (10’) inclui uma pluralidade de braços de travamento superiores (50) e uma pluralidade de braços de travamento inferiores (52) para engatar de maneira liberável com os membros de travamento (55) (isto é, membro de travamento superior (55a) ou membros de travamento inferiores (55b), respectivamente, como ilustrado nas Figuras 1 a 2). Quando os braços de travamento superiores (50) estão fixos no membro de travamento superior (55a), o membro compressível (40) está em um estado parcialmente comprimido. Isso é facilitado por um aumento da primeira pressão (P1) da câmara superior (21), que move o primeiro pistão (30) para baixo em direção ao segundo pistão (32). Nesta configuração, o conjunto de cabeça de disparo (10’) pode ser desativado para facilitar a recuperação segura da perfuração pistola (120) do furo de poço sem desencadear uma reação de explosão ou ativada para desencadear a reação de explosão.
[046] Para recuperar com segurança o dispositivo de completação de poço (100) sem desencadear a reação de explosão, a segunda pressão (P2) (localizada na câmara inferior (23) do conjunto de cabeça de disparo (10’)) deve ser aumentada até criar uma força que exceda a força máxima da arruela de cisalhamento superior (60). Isso é feito aumentando a pressão do furo de poço (P4) movendo o dispositivo de completação de poço (100) (incluindo o conjunto de cabeça de disparo (10’)) para baixo no poço ou adicionando um fluido ou gás comprimido ao poço. Acoplado ao estado parcialmente comprimido do membro compressível (40), quando a força criada pela segunda pressão aumentada (P2) supera a força máxima da arruela de cisalhamento superior (60) e a força gerada pelo elemento parcialmente comprimido, a arruela de cisalhamento superior (60) quebra. Isso facilita o movimento do segundo pistão e dos braços de travamento inferiores (52) para cima, até que eles sejam fixados pelos membros de travamento inferiores (55b). Como visto, por exemplo, na Figura 4, o pino de disparo (70) também é movido para mais longe do iniciador (80). Nesta configuração, o dispositivo de completação de poço (100) pode ser recuperado com segurança do furo de poço sem desencadear a reação de explosão.
[047] De forma alternativa, a fim de desencadear a reação de explosão enquanto a pistola de perfuração (120) está no furo de poço, a segunda pressão (P2) deve ser diminuída até que uma força de compressão gerada pelo membro compressível (40) exceda a força máxima da arruela de cisalhamento inferior (62). Quando a força de compressão do membro compressível (40) excede a força máxima da arruela de cisalhamento inferior (62), a arruela de cisalhamento inferior (62) quebra, o que libera o segundo pistão (32) de sua posição segura. A força de compressão do membro compressível (40) dirige o pino de disparo (70) para baixo em direção ao iniciador (80). O pino de disparo (70) atinge o iniciador (80) e desencadeia a reação de explosão. A reação de explosão inclui a detonação das cargas moldadas (122) da pistola de perfuração (120), que cria perfurações na formação subterrânea.
[048] Formas de realização da presente invenção se referem ainda a um método (200) de usar um conjunto de cabeça de disparo em uma condição de disparo e uma condição de não disparo. O conjunto de cabeça de disparo está em comunicação com uma pistola de perfuração. De acordo com um aspecto, um dispositivo de completação de poço inclui o conjunto de cabeça de disparo e a pistola de perfuração. O conjunto de pistola de perfuração e da cabeça de disparo é substancialmente semelhante ao conjunto de pistola de perfuração e da cabeça de disparo ilustrado nas Figuras 1 a 6, e descritos acima. Assim, para fins de conveniência e não de limitação, os vários recursos, atributos, propriedades e funcionalidade do conjunto de pistola de perfuração e cabeça de disparo discutidos em conexão com as Figuras 1 a 6 não são repetidos aqui.
[049] Como ilustrado nas Figuras 7 e 8, o método (200) inclui abaixar (210) o dispositivo de completação de poço, incluindo a pistola de perfuração e o conjunto de cabeça de disparo, para um furo de poço usando um dispositivo de transporte. O dispositivo de completação de poço está posicionado (220) em um local desejado dentro do furo de poço. A primeira pressão da câmara superior é aumentada (230) (ou é aplicada uma força nela) até que o primeiro pistão se mova para baixo em direção ao segundo pistão para prender os braços de travamento superiores dentro ou pelo membro de travamento superior. Nesta configuração, o membro compressível é parcialmente comprimido. Com o membro compressível em seu estado parcialmente comprimido, a pressão do furo de poço e, portanto, a segunda pressão da câmara inferior pode ser ajustada (240) para iniciar um evento.
[050] A pressão do furo de poço pode ser ajustada movendo o dispositivo de completação de poço para baixo ou para cima no poço. Quando o dispositivo de completação de poço é movido para baixo no poço, a segunda pressão aumenta, o que pode comprimir ainda mais o membro compressível para afastar o pino de disparo do iniciador. De forma alternativa, mover o dispositivo de completação de poço para cima no poço diminui a segunda pressão, o que pode resultar na força de compressão gerada pelo membro compressível sendo forte o suficiente para quebrar a arruela de cisalhamento inferior.
[051] De acordo com um aspecto, a adição de um fluido (isto é, líquido ou gás) a ou remover pelo menos parte do furo de poço também é operativa para ajustar a pressão do furo de poço. Tais fluidos podem incluir pelo menos um de nitrogênio, fluido de perfuração, água e qualquer fluido de completação. A adição de tais fluidos pode aumentar a segunda pressão e quebrar a arruela de cisalhamento superior, de forma que o membro compressível possa ser ajustado para um estado comprimido. De forma alternativa, a remoção de tais fluidos pode diminuir a segunda pressão e quebrar a arruela de cisalhamento inferior, de forma que o componente compressível seja liberado de sua posição segura e se expanda. Como descrito acima, a expansão do membro compressível ou seu ajuste de um estado comprimido/ parcialmente comprimido para um estado relaxado força o pino de disparo em direção ao iniciador para desencadear a reação de explosão.
[052] De acordo com um aspecto, o evento iniciado pela etapa de ajuste (240) inclui desencadear uma reação de explosão na condição de disparo e cancelar uma reação de explosão na condição de não disparo.
[053] Figura 7 ilustra o método (200) de usar o conjunto de cabeça de disparo na condição de disparo, enquanto a Figura 8 ilustra o método (200) de usar o conjunto de cabeça de disparo na condição de não disparo. Na condição de disparo, a pressão do furo de poço é diminuída (242) até a arruela de cisalhamento inferior que mantém o segundo pistão em posição de quebra. Uma vez que a arruela de cisalhamento inferior foi quebrada, o membro compressível não é mais preso pelo pistão inferior e se expande de uma maneira que força o pino de disparo no iniciador de percussão para desencadear a reação de explosão (Figura 3). Na condição de não disparo, a pressão do furo de poço é aumentada (244) até a arruela de cisalhamento superior segurando o segundo pistão em posição de quebra.
Depois que a arruela de cisalhamento superior é quebrada, o membro compressível é forçado em direção ao primeiro pistão pela segunda pressão até que os braços de travamento inferiores estejam presos nos membros de travamento inferiores. Isso também afasta o pino de disparo mais longe do iniciador de percussão e mantém o membro compressível em uma posição segura, de forma que o dispositivo de completação de poço possa ser recuperado do furo de poço sem desencadear a reação de explosão (Figura 4).
[054] A presente invenção, em várias formas de realização, configurações e aspectos, inclui componentes, métodos, processos, sistemas e/ ou aparelhos substancialmente desenvolvidos como representados e descritos neste documento, incluindo várias formas de realização, conjuntos e subconjuntos. Os técnicos no assunto entenderão como fazer e usar a presente invenção depois de entender a presente invenção. A presente invenção, em várias formas de realização, configurações e aspectos, inclui o fornecimento de dispositivos e processos na ausência de itens não descritos e/ ou descritos neste documento ou em várias formas de realização, configurações ou aspectos deste, incluindo na ausência de itens que possam ser usados em dispositivos ou processos anteriores, por exemplo, para melhorar o desempenho, obter facilidade e/ ou reduzir o custo de implementação.
[055] As frases “pelo menos um”, “um ou mais” e “e/ ou” são expressões em aberto que são conjuntivas e disjuntivas em operação. Por exemplo, cada uma das expressões “pelo menos um de A, B e C”, “pelo menos um de A, B ou C”, “um ou mais de A, B e C”, “um ou mais de A, B ou C” e “A, B e/ ou C” significa A sozinho, B sozinho, C sozinho, A e B juntos, A e C juntos, B e C juntos, ou A, B e C juntos.
[056] Neste relatório descritivo e nas reivindicações a seguir, será feita referência a vários termos que têm os seguintes significados. Os termos “um” (ou “uma”) e “o” se referem a uma ou mais dessa entidade, incluindo, portanto, referência ao plural, a menos que o contexto indique claramente o contrário. Como tal, os termos “um” (ou “uma”), “um ou mais” e “pelo menos um” podem ser usados de forma intercambiável neste documento.
Além disso, as referências a “1 forma de realização”, “algumas formas de realização”, “uma forma de realização” e similares não devem ser interpretadas como excluindo a existência de formas de realização adicionais que também incorporam os recursos citados. A linguagem aproximada, como usada aqui em todo o relatório descritivo e reivindicações, pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que possa variar permissivelmente sem resultar em uma alteração na função básica à qual está relacionada. Por conseguinte, um valor modificado por um termo como “cerca de” não deve ser limitado ao valor preciso especificado. Em alguns casos, a linguagem aproximada pode corresponder à precisão de um instrumento para medir o valor. Termos como “primeiro”, “segundo”, “superior”, “inferior” etc. são usados para identificar um elemento do outro e, a menos que especificado de outra forma, não se refere a uma ordem ou número específico de elementos.
[057] Como usado aqui, os termos “pode” e “podem ser” indicam uma possibilidade de ocorrência dentro de um conjunto de circunstâncias; posse de uma propriedade, característica ou função especificada; e/ ou qualificar outro verbo, expressando uma ou mais de uma habilidade, capacidade ou possibilidade associada ao verbo qualificado.
Consequentemente, o uso de “pode” e “podem ser” indica que um termo modificado é aparentemente apropriado, capaz ou adequado para uma capacidade, função ou uso indicado, levando em consideração que, em algumas circunstâncias, o termo modificado pode às vezes não ser apropriado, capaz ou adequado. Por exemplo, em algumas circunstâncias, um evento ou capacidade pode ser esperado, enquanto em outras circunstâncias o evento ou a capacidade não pode ocorrer - essa distinção é capturada pelos termos “pode” e “pode ser”.
[058] Conforme usado nas reivindicações, a palavra “compreende” e suas variantes gramaticais também subtendem e incluem logicamente frases de extensão variável e diferente, como por exemplo, mas não limitadas a elas, “consistindo essencialmente em” e “consistindo em”. Onde necessário, os intervalos foram fornecidos e esses intervalos incluem todos os subintervalos entre eles. É de se esperar que variações nessas faixas sejam sugeridas a um praticante com habilidade comum na técnica e, onde ainda não sejam dedicadas ao público, as reivindicações anexas devem cobrir essas variações.
[059] Os termos “determinar”, “calcular” e “computar”, e suas variações, conforme aqui utilizados, são usados de forma intercambiável e incluem qualquer tipo de metodologia, processo, operação ou técnica matemática.
[060] A discussão anterior da presente invenção foi apresentada para fins de ilustração e descrição. O precedente não se destina a limitar a presente invenção à forma ou formas aqui divulgadas. Na descrição detalhada anterior, por exemplo, várias características da presente invenção são agrupadas em uma ou mais formas de realização, configurações ou aspectos com o objetivo de otimizar a invenção. As características das formas de realização, configurações ou aspectos da presente invenção podem ser combinadas em formas de realização alternativas, configurações ou aspectos diferentes dos discutidos acima. Este método de invenção não deve ser interpretado como refletindo uma intenção de que a presente invenção exija mais recursos do que os expressamente recitados em cada reivindicação. Em vez disso, como as reivindicações a seguir refletem, os recursos reivindicados estão em menos de todos os recursos de uma única forma de realização, configuração ou aspecto divulgado acima. Assim, as reivindicações a seguir são aqui incorporadas nesta descrição detalhada, com cada reivindicação por si só como uma forma de realização separada da presente invenção.
[061] Os avanços da ciência e da tecnologia podem possibilitar equivalentes e substituições que agora não são contempladas em razão da imprecisão da linguagem; essas variações devem ser cobertas pelas reivindicações anexas. Esta descrição escrita usa exemplos para divulgar o método, a máquina e o meio legível por computador, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer técnico no assunto os pratique, incluindo fabricar e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e executar qualquer método de incorporação. O escopo patenteável do mesmo é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrem aos técnicos no assunto. Esses outros exemplos devem estar dentro do escopo das reivindicações se eles tiverem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações ou se incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças substanciais da linguagem literal das reivindicações.
Claims (11)
1. CONJUNTO DE CABEÇA DE DISPARO, caracterizado por compreender: um alojamento tubular tendo uma primeira extremidade, uma segunda extremidade e um lúmen que se estende entre a primeira extremidade e a segunda extremidade; um primeiro pistão e um segundo pistão posicionado pelo menos parcialmente dentro do lúmen, em que o primeiro pistão é posicionado próximo à primeira extremidade do alojamento tubular e é móvel de maneira deslizante dentro de pelo menos uma porção do lúmen, e o segundo pistão é posicionado próximo da segunda extremidade do alojamento tubular e é móvel de maneira deslizante dentro de pelo menos uma porção do lúmen; um membro compressível disposto dentro do lúmen do alojamento tubular, o membro compressível compreendendo uma primeira porção de extremidade e uma segunda porção de extremidade, a primeira porção de extremidade encostando no primeiro pistão e a segunda porção de extremidade encostando no segundo pistão; uma pluralidade de braços de travamento superiores e uma pluralidade de braços de travamento inferiores, em que cada braço de travamento é configurado para engatar com os respectivos membros de travamento posicionados dentro do alojamento tubular; e uma arruela de cisalhamento superior e uma arruela de cisalhamento inferior, em que as arruelas de cisalhamento superior e inferior são dispostas adjacentes à segunda abertura do corpo tubular em uma configuração espaçada uma em relação à outra.
2. CONJUNTO DE CABEÇA DE DISPARO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: os braços de travamento superiores são acoplados ao primeiro pistão; e os braços de travamento inferiores são acoplados ao segundo pistão.
3. CONJUNTO DE CABEÇA DE DISPARO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por compreender ainda um dos seguintes: um pino de disparo posicionado abaixo do segundo pistão e um iniciador de percussão posicionado abaixo do pino de disparo; e um pino de contato elétrico posicionado abaixo do segundo pistão e uma placa de circuito elétrico posicionada abaixo do pino de contato elétrico.
4. CONJUNTO DE CABEÇA DE DISPARO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por: o primeiro pistão e o alojamento tubular definem pelo menos parcialmente uma câmara superior do lúmen acima do primeiro pistão, a câmara superior tendo uma primeira pressão; o segundo pistão e o alojamento tubular definem pelo menos parcialmente uma câmara inferior do lúmen abaixo do segundo pistão, a câmara inferior tendo uma segunda pressão; e o membro compressível está em uma câmara intermediária do lúmen disposta entre a câmara superior e a câmara inferior, tendo a câmara intermediária uma terceira pressão compreendendo a pressão atmosférica.
5. CONJUNTO DE CABEÇA DE DISPARO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por compreender ainda um dos seguintes: pelo menos uma porta que conecta fluidamente a câmara inferior à pressão do furo de poço fora do alojamento tubular, de forma que a segunda pressão seja a mesma que a pressão do furo de poço; e pelo menos uma porta que conecta fluidamente a câmara superior à pressão do furo de poço fora do alojamento tubular, de forma que a primeira pressão seja a mesma que a pressão do furo de poço.
6. CONJUNTO DE CABEÇA DE DISPARO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 5, caracterizado por: um aumento da primeira pressão move o primeiro pistão e os braços de travamento superiores para baixo em direção à fenda superior e comprime o membro compressível para um estado parcialmente comprimido; uma diminuição da pressão do furo de poço fora do alojamento tubular e, respectivamente, a segunda pressão da câmara inferior acoplada ao estado parcialmente comprimido do membro compressível, é operativa para quebrar a arruela de cisalhamento inferior, permitindo, assim, que: o pino de disparo se mova para baixo para atingir o iniciador e desencadear uma reação de explosão, ou o pino de contato elétrico se mova para baixo para atingir a placa de circuito elétrico e desencadear a reação de explosão; e um aumento da pressão do furo de poço e, respectivamente, a segunda pressão da câmara inferior é operativa para quebrar a arruela de cisalhamento superior, mover o segundo pistão e os braços de travamento inferiores para cima em direção à fenda inferior e comprimir o membro compressível até que os braços de travamento inferiores se encaixem na fenda inferior, para que o conjunto de cabeça de disparo possa ser recuperado do furo de poço sem desencadear uma reação de explosão.
7. CONJUNTO DE CABEÇA DE DISPARO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela segunda pressão ser ajustada por pelo menos um dentre: mover o conjunto de cabeça de disparo para cima ou para baixo no furo de poço; e adicionar um fluido ou remover pelo menos algum fluido do furo de poço, em que o fluido compreende pelo menos um de nitrogênio, fluido de perfuração, água e fluido de completação.
8. DISPOSITIVO DE COMPLETAÇÃO DE POÇO, caracterizado por compreender: uma pistola de perfuração; e um conjunto de cabeça de disparo, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.
9. MÉTODO PARA USAR UM CONJUNTO DE CABEÇA DE DISPARO em uma condição de disparo e uma condição de não disparo, caracterizado pelo método compreender: abaixar um dispositivo de completação de poço em um furo de poço; posicionar o dispositivo de completação de poço em um local desejado dentro do furo de poço, em que o dispositivo de completação de poço inclui um dispositivo de transporte, uma pistola de perfuração e um conjunto de cabeça de disparo em comunicação com a pistola de perfuração, o conjunto de cabeça de disparo compreendendo: um alojamento tubular tendo uma primeira extremidade, uma segunda extremidade e um lúmen que se estende entre a primeira extremidade e a segunda extremidade, em que um membro de travamento superior e um membro de travamento inferior são posicionados no lúmen em uma configuração espaçada em relação um ao outro, um primeiro pistão e um segundo pistão, em que o primeiro pistão é adjacente à primeira extremidade e o segundo pistão é adjacente à segunda extremidade, cada um dentre o primeiro pistão e o segundo pistão se estendendo pelo menos parcialmente para dentro do lúmen, o primeiro pistão e o alojamento tubular definindo pelo menos parcialmente uma câmara superior com uma primeira pressão, e o segundo pistão e o alojamento tubular definindo pelo menos parcialmente uma câmara inferior com uma segunda pressão,
um membro compressível disposto dentro do lúmen do alojamento tubular, o membro compressível tendo uma primeira porção de extremidade adjacente ao primeiro pistão e uma segunda porção de extremidade adjacente ao segundo pistão, em que o membro de compressão é isolado da primeira pressão, da segunda pressão e uma pressão do furo de poço fora do alojamento tubular,
uma pluralidade de braços de travamento superiores e uma pluralidade de braços de travamento inferiores, em que os braços de travamento superiores são engatáveis de maneira liberável com o membro de travamento superior e os braços de travamento inferiores são engatáveis de maneira liberável com o membro de travamento inferior,
uma arruela de cisalhamento superior e uma arruela de cisalhamento inferior, em que cada arruela de cisalhamento é disposta adjacente à segunda abertura do corpo tubular em cada lado do segundo pistão e restringe o movimento do segundo pistão, e um de um pino de disparo disposto abaixo do segundo pistão e um iniciador de percussão disposto abaixo do pino de disparo em uma configuração espaçada e um pino de contato elétrico posicionado abaixo do segundo pistão e uma placa de circuito elétrica posicionada abaixo do pino de contato elétrico em uma configuração espaçada;
aumentar a primeira pressão da câmara superior até que o primeiro pistão se mova para baixo em direção ao segundo pistão e os braços de travamento superiores estejam fixados ao membro de travamento superior,
comprimindo assim parcialmente o membro compressível; e ajustar a pressão do furo de poço e, respectivamente, a segunda pressão da câmara inferior para iniciar um evento, incluindo o evento um dentre desencadear uma reação de explosão na condição de disparo e cancelar uma reação de explosão na condição de não disparo.
10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por, na condição de disparo, o ajuste compreender: diminuir a pressão do furo de poço e, respectivamente, a segunda pressão da câmara inferior até a arruela de cisalhamento inferior quebrar, de forma que o membro compressível se expanda e force o pino de disparo no iniciador de percussão para desencadear a reação de explosão ou force o pino de contato elétrico em contato com o placa de circuito elétrico para desencadear a reação de explosão.
11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por, na condição de não disparo, o ajuste compreender: aumentar a pressão do furo de poço e, respectivamente, a segunda pressão da câmara inferior, quebrando a arruela de cisalhamento superior e forçando o segundo pistão e os braços de travamento inferiores para se mover para cima até que os braços de travamento inferiores engatem no membro de travamento inferior, de forma que a pistola de perfuração e o conjunto de cabeça de disparo possam ser removidos do local desejado.
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