BR112020024913A2

BR112020024913A2 - Barreira anular

Info

Publication number: BR112020024913A2
Application number: BR112020024913-0A
Authority: BR
Inventors: Ricardo Reves Vasques
Original assignee: Welltec Oilfield Solutions Ag
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2021-03-09
Also published as: EP3584403A1; US20190383114A1; WO2019243308A1; MX2020013143A; CN112219011A; CA3102446A1

Abstract

a presente invenção refere-se a barreira anular para proporcionar isolamento zonal dentro de estrutura tubular ou furo de poço e para selar primeira zona a partir de segunda, compreendendo parte de metal tubular configurada para ser montada como parte de estrutura de poço, possuindo face externa, abertura e direção axial ao longo do poço, primeira manga de metal expansível circundando a parte de metal tubular e possuindo primeira extremidade conectada à face externa e segunda extremidade, segunda manga de metal expansível circundando a parte de metal tubular e possuindo primeira extremidade conectada à face externa da parte de metal tubular e segunda extremidade, em que as primeira e segunda mangas de metal expansível possuem, cada, seção de extremidade na segunda extremidade, a seção de extremidade da primeira manga de metal expansível está pelo menos parcialmente em sobreposição à seção de extremidade da segunda ao longo da direção axial criando área de sobreposição, as seções de extremidade configuradas para deslizar uma em relação à outra, as primeira e segunda mangas de metal expansível definem espaço anular junto com a parte de metal tubular, a primeira se estende a partir da segunda extremidade da primeira manga de metal expansível em afastamento a partir da área de sobreposição em uma primeira direção ao longo da direção axial, e a segunda se estende a partir da segunda extremidade da segunda manga em afastamento a partir da área de sobreposição em segunda direção oposta à primeira.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "BAR- REIRA ANULAR".

[001] A presente invenção refere-se a uma barreira anular para proporcionar isolamento zonal dentro de uma estrutura tubular ou um furo de poço e para selar uma primeira zona a partir de uma segunda zona, que compreende uma parte de metal tubular configurada para ser montada como parte de uma estrutura de metal tubular de poço, a parte de metal tubular tendo uma face externa, uma abertura e uma direção axial ao longo da estrutura de metal tubular de poço, uma pri- meira manga de metal expansível que circunda a parte de metal tubu- lar e tendo uma primeira extremidade conectada com a face externa da parte de metal tubular e uma segunda extremidade, e uma segunda manga de metal expansível que circunda a parte de metal tubular e tendo uma primeira extremidade conectada com a face externa da par- te de metal tubular e uma segunda extremidade.

[002] Barreiras anulares conhecidas são limitadas pelas proprie- dades do material em quanto eles são capazes de se expandir radial- mente para fora, e muitas tentativas foram feitas para otimizar os ma- teriais e o projeto das barreiras anulares de modo que as barreiras anulares sejam capazes de se expandir mais radialmente para fora.

[003] É um objetivo da presente invenção se superar total ou par- cialmente as desvantagens e os inconvenientes acima mencionados da técnica anterior. Mais especificamente, é um objetivo se proporcio- nar uma barreira anular aprimorada que seja capaz de ser expandida mais radialmente para fora do que as barreiras anulares conhecidas sem reduzir a classificação de colapso ou propriedades similares.

[004] Os objetivos acima, juntamente com vários outros objetivos, vantagens e características, que se tornarão evidentes a partir da des- crição abaixo, são alcançados por uma solução de acordo com a pre- sente invenção por uma barreira anular para proporcionar isolamento zonal dentro de uma estrutura tubular ou um furo de poço e para selar uma primeira zona a partir de uma segunda zona, que compreende: - uma parte de metal tubular configurada para ser montada como parte de uma estrutura de metal tubular de poço, a parte de me- tal tubular tendo uma face externa, uma abertura e uma direção axial ao longo da estrutura de metal tubular de poço, - uma primeira manga de metal expansível que circunda a parte de metal tubular e tendo uma primeira extremidade conectada com a face externa da parte de metal tubular e uma segunda extremi- dade, - uma segunda manga de metal expansível que circunda a parte de metal tubular e tendo uma primeira extremidade conectada com a face externa da parte de metal tubular e uma segunda extremi- dade, e - um espaço anular entre a parte de metal tubular e as mangas de metal expansível, em que a primeira manga de metal expansível e a segunda manga de metal expansível cada uma das quais tem uma seção de extremidade na segunda extremidade, a seção de extremidade da primeira manga de metal expansível e a seção de extremidade da se- gunda manga de metal expansível estão pelo menos parcialmente em sobreposição ao longo da direção axial criando uma área de sobrepo- sição, as seções de extremidade são configuradas para deslizar uma em relação à outra, a primeira manga de metal expansível se estende a partir da segunda extremidade da primeira manga de metal expansí- vel em afastamento a partir da área de sobreposição em uma primeira direção ao longo da direção axial e uma segunda manga de metal ex- pansível se estende a partir da segunda extremidade da segunda manga de metal expansível em afastamento a partir da área de sobre- posição em uma segunda direção oposta à primeira direção.

[005] Ao ter uma barreira anular tendo duas mangas de metal em sobreposição e expansíveis, uma barreira anular tendo uma expansão radial maior do que as barreiras anulares conhecidas é obtida.

[006] Além disso, as seções de extremidade da área de sobrepo- sição podem estar não conectadas à face externa da parte de metal tubular.

[007] Além disso, a barreira anular pode compreender uma ter- ceira manga de metal expansível que circunda a parte de metal tubular e tendo uma primeira extremidade conectada com a face externa da parte de metal tubular e uma segunda extremidade, uma seção de ex- tremidade da primeira extremidade da segunda manga de metal ex- pansível e uma seção de extremidade da segunda extremidade da ter- ceira manga de metal expansível estão pelo menos parcialmente em sobreposição ao longo da direção axial criando uma segunda área de sobreposição de modo que a segunda manga de metal expansível é arranjada intermediária e parcialmente em sobreposição às primeira e segunda mangas de metal expansível. Além disso, a área de sobrepo- sição pode estar sem conexão com a face externa da parte de metal tubular.

[008] Além disso, o espaço anular pode ser conectado em modo de fluido com a abertura.

[009] Também, o material das mangas de metal expansível na área de sobreposição pode ser menos dúctil do que o resto das man- gas de metal expansível.

[0010] Além disso, as seções de extremidade da área de sobrepo- sição podem ter uma espessura maior comum do que o resto das mangas de metal expansível.

[0011] Além disso, pelo menos um elemento de vedação pode ser arranjado entre as seções de extremidade da(s) área(s) de sobreposi- ção.

[0012] Além disso, pelo menos um elemento de vedação pode ser arranjado em uma ranhura em uma das seções de extremidade das mangas de metal expansível.

[0013] Adicionalmente, a seção de extremidade da primeira manga de metal expansível pode ser arranjada de modo a deslizar ao longo de uma face externa da segunda manga de metal expansível, a extre- midade da segunda manga proporciona um efeito de pistão durante a expansão proporcionar uma pressão na direção axial para a extremi- dade da segunda manga de metal expansível.

[0014] Além disso, a seção de extremidade da segunda extremi- dade da segunda manga de metal expansível pode ser arranjada de modo a deslizar ao longo de uma face interna da primeira manga de metal expansível e a seção de extremidade da primeira extremidade da segunda manga de metal expansível pode ser arranjada de modo a deslizar ao longo de uma face interna da terceira manga de metal ex- pansível.

[0015] Além disso, a segunda manga de metal expansível pode ter uma espessura variável.

[0016] Além disso, a segunda manga de metal expansível pode ter uma seção intermediária em entre as primeira e segunda extremida- des cuja seção intermediária pode ter uma espessura sendo menor do que a espessura nas primeira e segunda extremidades.

[0017] Além disso, a segunda manga de metal expansível pode ter uma seção transversal curva ao longo da extensão axial da barreira anular.

[0018] Além disso, a(s) área(s) de sobreposição pode(podem) permanecer substancialmente não expandida(s) durante a expansão do resto da manga de metal expansível.

[0019] Além disso, cada manga de metal expansível pode ser constituída por uma primeira seção e uma segunda seção, a segunda seção é a seção de extremidade e a primeira seção é o resto da man- ga de metal expansível.

[0020] Além disso, a primeira seção pode ter uma condição não expandida e uma condição expandida, a primeira seção é capaz de expandir mais do que 30% do que na condição não expandida.

[0021] A seção de extremidade de cada manga pode ter um com- primento de pelo menos 5% de um comprimento total da manga de metal expansível na condição não expandida.

[0022] Além disso, a seção de extremidade da primeira manga de metal expansível pode ter ranhuras que correspondem às ranhuras na face externa da seção de extremidade da segunda manga de metal expansível que forma um sistema de catraca que impede que a seção de extremidade da primeira manga de metal expansível retorne uma vez que foi movida em afastamento a partir da seção de extremidade da segunda manga de metal expansível.

[0023] A barreira anular de acordo com a presente invenção pode adicionalmente compreender um conjunto de pino de cisalhamento que conecta em modo de fluido a abertura de expansão e o espaço anular de modo a permitir a expansão de fluido dentro da estrutura tu- bular do poço para expandir a manga expansível.

[0024] Além disso, o conjunto de pino de cisalhamento pode ter uma primeira posição na qual o fluido de expansão é permitido fluir para dentro do espaço anular e uma segunda posição na qual a aber- tura de expansão é bloqueada, evitando que o fluido de expansão pe- netre no espaço anular.

[0025] Além disso, fluido a partir de um interior da parte de metal tubular pode entrar na unidade de expansão por meio da abertura e adicionalmente dentro do espaço anular.

[0026] A barreira anular de acordo com a presente invenção pode adicionalmente compreender uma unidade anticolapso que compreen-

de um elemento que é móvel pelo menos entre uma primeira posição e uma segunda posição, a unidade anticolapso tendo uma primeira en- trada que está em comunicação de fluido com a primeira zona, e uma segunda entrada que está em comunicação de fluido com a segunda zona, e a unidade anticolapso tendo uma saída que está em comuni- cação de fluido com o espaço anular, e na primeira posição, a primeira entrada está em comunicação de fluido com a saída, equalizando a primeira pressão da primeira zona com a pressão do espaço, e na se- gunda posição, a segunda entrada está em comunicação de fluido com a saída, equalizando a segunda pressão da segunda zona com a pressão do espaço.

[0027] A unidade anticolapso pode ser conectada em modo de flu- ido com a abertura ou a unidade de expansão.

[0028] A barreira anular de acordo com a presente invenção pode adicionalmente compreender elementos de vedação arranjados em uma face externa das mangas de metal expansível.

[0029] Além disso, os elementos de vedação podem ser arranja- dos em ranhuras em uma face externa das mangas de metal expansí- vel.

[0030] Além disso, um elemento de vedação e um elemento de retenção em forma de anel fendido pode ser arranjado em uma ranhu- ra, o elemento de retenção em forma de anel fendido que forma um suporte para o elemento de vedação.

[0031] Além disso, o elemento de retenção em forma de anel fen- dido pode ter mais do que um enrolamento de modo que quando o tu- bular expansível é expandido a partir de um primeiro diâmetro externo para um segundo diâmetro externo sendo maior do que o primeiro di- âmetro externo, o elemento de retenção em forma de anel fendido parcialmente desenrola.

[0032] Além disso, um elemento intermediário pode ser arranjado entre o elemento de retenção em forma de anel fendido e o elemento de vedação.

[0033] Além disso, as primeiras extremidades das mangas de me- tal expansível podem ser soldadas à face externa da parte de metal tubular.

[0034] Finalmente, a barreira anular de acordo com a presente in- venção pode adicionalmente compreender uma primeira parte de co- nexão que conecta a primeira extremidade da primeira manga de me- tal expansível para a face externa da parte de metal tubular e a se- gunda parte de conexão que conecta a primeira extremidade da se- gunda manga de metal expansível para a face externa da parte de me- tal tubular.

[0035] A presente invenção e as muitas vantagens da mesma se- rão descritas em mais detalhes abaixo com referência aos desenhos esquemáticos anexos, que para fins de ilustração mostram algumas modalidades não limitativas e nas quais:

[0036] A Figura 1A mostra uma vista em seção transversal de uma barreira anular em sua condição não expandida,

[0037] A Figura 1B mostra uma vista em seção transversal da bar- reira anular da Figura 1A em sua condição expandida que isola a pri- meira zona a partir da segunda zona,

[0038] A Figura 2A mostra uma vista em seção transversal de ou- tra barreira anular em sua condição não expandida,

[0039] A Figura 2B mostra uma vista em seção transversal da bar- reira anular da Figura 2B em its condição intermediária e parcialmente expandida durante a expansão,

[0040] A Figura 2C mostra uma vista em seção transversal da bar- reira anular da Figura 2B em sua condição expandida,

[0041] A Figura 3 mostra uma vista em seção transversal de outra barreira anular em sua condição não expandida,

[0042] A Figura 4 mostra em perspectiva parte de outra barreira anular tendo um conjunto de pino de cisalhamento e uma unidade an- ticolapso,

[0043] As Figuras 5A e 5B mostram uma vista em seção transver- sal de parte de outra barreira anular tendo um conjunto de pino de ci- salhamento, o conjunto de pino de cisalhamento é mostrado em uma primeira posição na Figura 5A e em sua segunda posição fechada na Figura 5B,

[0044] A Figura 6 mostra uma vista em seção transversal de uma unidade anticolapso,

[0045] A Figura 7 mostra uma vista em seção transversal de outra barreira anular em sua condição não expandida, e

[0046] A Figura 8 mostra uma vista em seção transversal de ainda outra barreira anular em sua condição não expandida.

[0047] Todas as figuras são altamente esquemáticas e não neces- sariamente em escala, e mostram apenas as partes que são necessá- rias para elucidar a invenção, outras partes sendo omitidas ou mera- mente sugeridas.

[0048] A Figura 1A mostra uma barreira anular 1 para proporcionar isolamento zonal dentro de um furo de poço 2 e para selar uma primei- ra zona 101 a partir de uma segunda zona 101, como mostrado na Fi- gura 1B. A barreira anular compreende uma parte de metal tubular 7 configurada para ser montada como parte de uma estrutura de metal tubular de poço 3. A parte de metal tubular 7 tem uma face externa 4 e pelo menos uma abertura 16 através da qual fluido pode passar para expandir a barreira anular. A parte de metal tubular tem uma direção axial L substancialmente coincidente com a estrutura de metal tubular de poço. A barreira anular adicionalmente compreende uma primeira manga de metal expansível 6 que circunda a parte de metal tubular e tendo duas extremidades isto é, uma primeira extremidade 9 conecta-

da com a face externa da parte de metal tubular e uma segunda ex- tremidade 10. A barreira anular 1 adicionalmente compreende uma segunda manga de metal expansível 8 que circunda a parte de metal tubular 7 e tendo uma primeira extremidade 12 conectada com a face externa 4 da parte de metal tubular e uma segunda extremidade 14. A primeira manga de metal expansível 6 tem uma seção de extremidade 21, 21A em sua segunda extremidade 10 e a segunda manga de metal expansível 8 tem uma seção de extremidade 21, 21B em sua segunda extremidade 14. A seção de extremidade 21, 21A da primeira manga de metal expansível e a seção de extremidade 21, 21B da segunda manga de metal expansível estão parcialmente em sobreposição ao longo da direção axial criando uma área de sobreposição 31. As se- ções de extremidade 21A, 21B são configuradas para deslizar uma em relação à outra, e a primeira manga de metal expansível 6 e a segun- da manga de metal expansível 8 define um espaço anular 15 junto com a parte de metal tubular. A primeira manga de metal expansível 6 se estende a partir de sua segunda extremidade em afastamento a partir da área de sobreposição em uma primeira direção ao longo da direção axial, e a segunda manga de metal expansível 8 se estende a partir de sua segunda extremidade 21B em afastamento a partir da área de sobreposição em uma segunda direção oposta à primeira di- reção.

[0049] Ao ter uma barreira anular 1 tendo duas mangas de metal expansíveis e parcialmente em sobreposição, uma barreira anular ten- do uma expansão radial maior do que as barreiras anulares conheci- das é obtida. Barreiras anulares conhecidas têm uma manga de metal que durante a expansão são adelgaçadas, e esse adelgaçamento de- fine a expansão radial máxima uma vez que a manga tem que resistir a uma predeterminada pressão de colapso após a expansão, e assim a manga não pode ser expandida mais do que seria capaz de resistir à pressão de colapso. por ter as duas mangas em sobreposição, as mangas deslizam em afastamento uma a partir da outra durante a ex- pansão e o adelgaçamento é minimizado, e assim a barreira anular da presente invenção pode ser expandida radialmente adicionalmente para fora em comparação com as barreiras anulares tendo mangas das mesmas condições e espessuras de material.

[0050] A seção de extremidade 21, 21A da primeira manga de me- tal expansível e a seção de extremidade 21, 21B da segunda manga de metal expansível estão parcialmente em sobreposição ao longo da direção axial criando uma área de sobreposição 31 ao longo de toda a circunferência da barreira anular.

[0051] Na Figura 1A, a barreira anular é mostrada em sua posição não expandida, e cada manga de metal expansível tem uma primeira seção 41 e uma segunda seção 42. A segunda seção é dotada das seções de extremidade 21, 21A, 21B, e a primeira seção é o resto da manga de metal expansível de modo que a primeira manga de metal expansível 6 tem uma primeira seção 41 e uma segunda seção 42 sendo a sua seção de extremidade 21A, e a segunda manga de metal expansível 8 tem uma primeira seção 41 e uma segunda seção 42 sendo a sua seção de extremidade 21B ao longo da direção axial. Na Figura 1B, o fluido a partir de um interior 23 da parte de metal tubular 7 penetrou na abertura 16 e adicionalmente dentro do espaço anular 15, e a primeira seção das mangas é expandida até que entre em contato com a parede 24 do furo de poço 2.

[0052] Como pode ser visto nas Figuras 1A e 1B, as seções de extremidade 21A, 21B da área de sobreposição 31 não são conecta- das à face externa 4 da parte de metal tubular 7 não só na condição não expandida mostrado na Figura 1A, mas também na condição ex- pandida mostrada na Figura 1B. Assim, a área de sobreposição 31 é sem conexão com a face externa 4 da parte de metal tubular 7.

[0053] Em uma modalidade, o material das mangas de metal ex- pansível 6, 8 na área de sobreposição 31 é menos dúctil do que o res- to das mangas de metal expansível de modo que a primeira seção 41 das mangas de metal expansível se expande enquanto as segundas seções permanecem substancialmente não expandidas quando se ajusta a barreira anular 1.

[0054] Em outra modalidade, as seções de extremidade 21, 21A, 21B da área de sobreposição têm uma maior espessura do que o resto das mangas de metal expansível de modo que a primeira seção das mangas de metal expansível se expande enquanto as segundas se- ções permanecem substancialmente não expandidas quando se ajusta a barreira anular 1. Assim, o material das mangas de metal expansível 6, 8 na área de sobreposição 31 pode ser endurecida, por exemplo, por tratamento térmico e/ou deformações de endurecimento.

[0055] Além disso, o material das mangas de metal expansível 6, 8 na área de sobreposição 31 pode ser diferente a partir do resto das mangas de metal expansível 6, 8 e soldadas junto de modo que as primeiras seções são produzidas de um material diferente do que o das segundas seções.

[0056] Nas Figuras 1A e 1B, os elementos de vedação 29 são ar- ranjados entre as seções de extremidade da área de sobreposição. Cada elemento de vedação 29 é arranjada em uma ranhura 30 em uma das seções de extremidade das mangas de metal expansível. A seção de extremidade 21A da primeira manga de metal expansível 6 é arranjada de modo a deslizar ao longo de uma face externa 32 da se- gunda manga de metal expansível de modo que a extremidade da se- gunda manga de metal expansível se estende dentro do espaço anular 15 e durante a expansão proporciona um efeito de pistão, isto é, uma pressão na direção axial à extremidade da segunda manga de metal expansível. A primeira seção tem uma condição não expandida como mostrado na Figura 1A e uma condição expandida mostrada na Figura 1B, e a primeira seção é capaz de expandir mais do que 30% do que na condição não expandida.

[0057] A seção de extremidade 21 de cada manga tem um com- primento L1 de pelo menos 5% de um comprimento total L2 da manga de metal expansível na condição não expandida. O comprimento da seção de extremidade da primeira manga de metal expansível pode variar a partir do comprimento da seção de extremidade da segunda manga de metal expansível.

[0058] As Figuras 2A - 2C mostram a barreira anular 1 proporcio- nando isolamento zonal dentro de uma estrutura tubular 3A selando uma primeira zona a partir de uma segunda zona. Na Figura 2A, a bar- reira anular é mostrada em sua condição não expandida que é a posi- ção inicial da barreira anular quando movimentando a estrutura de me- tal tubular de poço dentro do poço. As primeiras extremidades 9, 12 das mangas de metal expansível 6, 8 são soldadas sobre a face exter- na 4 da parte de metal tubular 7. Em outra modalidade, a barreira anu- lar compreende partes de conexão que conectam as primeiras extre- midades à parte tubular e nas Figuras 1A e 1B, anéis de espaçamento 51 são arranjados embaixo das mangas nas primeiras extremidades e soldados à parte de metal tubular.

[0059] Nas Figuras 1A - 1B, a primeira manga de metal expansível é fundida e usinada em uma peça, e a segunda manga de metal ex- pansível é da mesma forma em uma peça e não montada ou soldada a partir de diversas peças. Assim, a primeira seção 41 e a segunda seção 42 de cada manga de metal expansível são produzidas em uma peça. No entanto, nas Figuras 2A - 2C, a segunda seção da primeira manga de metal expansível é soldada à primeira seção da primeira manga de metal expansível por meio de um elemento de conexão 52, e assim a primeira manga de metal expansível é montada e soldada a partir de três peças. A segunda seção da segunda manga de metal expansível é soldada à primeira seção da segunda manga de metal expansível, e um anel de retenção 53 é montado sobre a conexão. A Figura 2B mostra a barreira anular durante a expansão, e a Figura 2C descreve a barreira anular completamente expandida. Na Figura 2C, o elemento de conexão 52 é relativamente expandido e funciona como um anel de retenção tal como o anel de retenção 53 que é também relativamente expandido. No entanto, as segundas seções permane- cem substancialmente não expandidas. Após a expansão, os elemen- tos de vedação 28 proporcionam a capacidade de vedação da barreira anular contra a estrutura tubular 3A e o espaço confinado 54 proporci- onado entre as primeiras seções expandidas, as segundas seções e a estrutura tubular não são submetidas a qualquer pressão substancial e não têm que resistir a predeterminada pressão de colapso. Assim, a seção em sobreposição não tem que resistir a alta pressão.

[0060] Na Figura 3, a seção de extremidade da primeira manga de metal expansível tem ranhuras 33 que correspondem às ranhuras 34 na face externa 32 da seção de extremidade da segunda manga de metal expansível que forma um sistema de catraca 35 que impede que a seção de extremidade da primeira manga de metal expansível retor- ne uma vez que foi movida em afastamento a partir da seção de ex- tremidade da segunda manga de metal expansível.

[0061] Na Figura 4, a barreira anular 1 adicionalmente compreen- de um conjunto de pino de cisalhamento 37 que conecta em modo de fluido a abertura e o espaço anular de modo a permitir que o fluido de expansão dentro da estrutura tubular do poço 3 expanda as mangas de metal expansível 6, 8. O conjunto de pino de cisalhamento 37 tem uma primeira posição (mostrado na Figura 5A) na qual o fluido de ex- pansão é permitido fluir para dentro do espaço anular 15 e uma se- gunda posição (mostrado na Figura 5B) na qual a abertura 16 é blo-

queada, evitando que o fluido de expansão penetre no espaço anular

15. Como mostrado na Figura 4, a barreira anular adicionalmente compreende uma unidade anticolapso 11 que compreende um ele- mento 20, tal como uma esfera como mostrado na Figura 6, que é mó- vel pelo menos entre uma primeira posição e uma segunda posição, a unidade anticolapso tendo uma primeira entrada 25 que está em co- municação de fluido com a primeira zona, e uma segunda entrada 26 que está em comunicação de fluido com a segunda zona, e a unidade anticolapso tendo uma saída 27 que está em comunicação de fluido com o espaço anular, e na primeira posição, a primeira entrada está em comunicação de fluido com a saída, equalizando a primeira pres- são da primeira zona 101 com a pressão do espaço no espaço anular, e na segunda posição, a segunda entrada está em comunicação de fluido com a saída, equalizando a segunda pressão da segunda zona com a pressão do espaço.

[0062] Como mostrado na Figura 4, a barreira anular 1 adicional- mente compreende o conjunto de pino de cisalhamento 37. O conjunto de pino de cisalhamento 37 tem uma porta A que recebe fluido a partir de um interior da estrutura tubular do poço 3 através de uma tela 44. A porta A é conectada em modo de fluido com uma porta D durante a expansão, fazendo com que o fluido de expansão dentro da estrutura tubular do poço expanda as mangas expansíveis 6, 8. Quando as mangas expansíveis 6, 8 são expandidas para entrar em contato com a parede da estrutura tubular, a pressão aumenta e um pino ou disco de cisalhamento dentro do conjunto de pino de cisalhamento cisalha fechando o fluido conexão a partir da porta A e a abertura 16 (como mostrado na Figura 5B) e abre o fluido de conexão entre uma porta B (em comunicação de fluido com a saída 27) e uma porta C (em comu- nicação de fluido com o espaço anular 15) de modo que o fluido a par- tir da segunda entrada 26 possa ser deixado dentro do espaço anular

15 através do conjunto de pino de cisalhamento. Quando a primeira pressão aumenta na primeira zona, o fluido a partir de uma porta E conectada com uma porta I, sendo a primeira entrada 25, pressiona o elemento 20 (mostrado na Figura 6) para se mover de modo que uma comunicação de fluido é proporcionada entre uma porta I e uma porta H, sendo a saída, e assim adicionalmente através das portas B e C e dentro do espaço anular através da porta D. Quando a segunda pres- são aumenta na segunda zona, o elemento é forçado na direção opos- ta, e a comunicação de fluido entre a porta G (em comunicação de flu- ido com a segunda zona através da porta F) e a porta H é proporcio- nada, isto é, comunicação de fluido entre a segunda entrada 26 e a saída 27 da unidade anticolapso 11, e assim, fluido é deixado dentro do espaço anular através das portas B, C e D.

[0063] O conjunto de pino de cisalhamento mostrado na Figura 5A e 5B compreende uma primeira parte de furo 19 tendo um primeiro di- âmetro interno e uma segunda parte de furo 120 tendo um diâmetro interno que é maior do que aquele da primeira parte de furo. A abertu- ra 16 e uma segunda abertura 17 são arranjadas na primeira parte de furo 19 e são deslocadas ao longo da extensão do furo. A barreira anular 1 adicionalmente compreende um pistão 121 arranjado no furo 18, o pistão que compreende uma primeira parte de pistão 22 tendo um diâmetro externo substancialmente correspondendo ao diâmetro interno da primeira parte de furo 19 e que compreende uma segunda parte de pistão 23B tendo um diâmetro externo substancialmente cor- respondendo ao diâmetro interno da segunda parte de furo 120. A bar- reira anular 1 adicionalmente compreende um elemento de ruptura 24B impedindo o movimento do pistão 121 até que uma predetermina- da pressão no furo 18 seja alcançada. A resistência do elemento de ruptura é ajustada com base em uma predeterminada pressão que age nas áreas das extremidades do pistão, e assim, a diferença nos diâ-

metros externos resulta em um movimento do pistão quando a pressão excede a predeterminada pressão. O pistão 121 compreende um canal de fluido 125 sendo um furo de passagem que proporciona comunica- ção de fluido entre a primeira e a segunda partes do furo 19, 120.

[0064] Nas Figuras 5A e 5B, o elemento de ruptura 24B é um pino de cisalhamento, mas pode também ser um disco. Na Figura 5A, o pi- no de cisalhamento está intacto e se estende através do pistão e das inserções 43, e na Figura 5B, o pino de cisalhamento é cisalhado e o pistão pode se mover e as inserções 43 se moveram em direção ao centro do furo 18. Dependendo da solução de isolamento necessária para fornecer isolamento no fundo do poço, o elemento de ruptura 24B é selecionado com base na pressão de expansão de modo a quebrar a uma pressão superior à pressão de expansão, mas inferior à pressão que rompe a manga de metal expansível ou prejudicando a função de outros componentes de completação no fundo do poço. O furo 18 e o pistão 121 podem ser dispostos em uma peça de conexão conectando as primeiras extremidades à peça de metal tubular.

[0065] Na Figura 5A, a barreira anular 1 compreende um elemento de travamento 38 que é arranjado em torno da segunda parte de pis- tão 23B. O furo adicionalmente compreende uma terceira abertura 137 na segunda parte de furo 120, cuja terceira abertura está em comuni- cação de fluido com o espaço anular 15 e o anel / furo do poço 2. A terceira abertura 137 pode ser arranjada em comunicação de fluido com uma válvula de efeito duplo (isto é, a unidade anticolapso 11), como mostrado na Figura 6, de tal modo que a válvula de efeito duplo é arranjada entre a terceira abertura e o anel, assim proporcionando comunicação de fluido entre o espaço anular e o anel. A válvula de efeito duplo proporciona, em uma primeira posição, comunicação de fluido entre o espaço anular e a primeira zona 101 do anel (mostrado na Figura 1B), e em uma segunda posição, a válvula de efeito duplo proporciona comunicação de fluido entre o espaço anular e a segunda zona 102 do anel (mostrado na Figura 1B).

[0066] Como mostrado na Figura 1A, a barreira anular adicional- mente compreende elementos de vedação 28 arranjados em uma face externa 32, 36 das mangas de metal expansível. Os elementos de ve- dação 28 podem ser arranjados em ranhuras 48 na face externa das mangas de metal expansível. Elementos de retenção em forma de anel fendido 47 são arranjados entre a primeira e a segunda bordas circunferenciais na ranhura 48, e os elementos de retenção em forma de anel fendido formam um suporte para o elemento de vedação. Ca- da elemento de retenção em forma de anel fendido 47 tem mais do que um enrolamento de modo que quando as mangas de metal ex- pansível são expandidas a partir de um primeiro diâmetro externo para um segundo diâmetro externo sendo maior do que um primeiro diâme- tro externo, o elemento de retenção em forma de anel fendido 47 par- cialmente desenrola. Um elemento intermediário 49 é arranjado entre o elemento de retenção em forma de anel fendido 47 e o elemento de vedação 28. Na Figura 1A, as ranhuras são proporcionadas entre duas projeções 50.

[0067] Como mostrado nas Figuras 5A e 5B, a barreira anular 1 adicionalmente compreende uma primeira parte de conexão (não mos- trado) que conecta a primeira extremidade da primeira manga de metal expansível para a face externa da parte de metal tubular e a segunda parte de conexão que conecta 45 a primeira extremidade da segunda manga de metal expansível para a face externa da parte de metal tu- bular.

[0068] Na Figura 7, uma vista em seção transversal de outra bar- reira anular em sua condição não expandida é mostrada. A barreira anular compreende dois anéis de conexão 56, um anel de conexão 56 conecta a primeira extremidade 9 da primeira manga de metal expan-

sível 6 e o outro anel de conexão 56 conecta a primeira extremidade 12 da segunda manga de metal expansível 8. Os anéis de conexão 56 se sobrepõem às primeiras extremidades e diminui a expansão livre das primeiras extremidades. Os anéis de conexão 56 são soldados à parte de metal tubular 7 e os anéis de conexão 56 são também solda- dos às mangas de metal expansível. Cada manga de metal expansível tem uma primeira seção 41 e uma segunda seção 42. A segunda se- ção é composta das seções de extremidade 21, 21A, 21B e a primeira seção é o resto da manga de metal expansível. Na Figura 7, a segun- da seção 42 da primeira manga de metal expansível 6 é a segunda seção mais interna na área de sobreposição 31, e na Figura 1A, a se- gunda seção 42 da primeira manga de metal expansível 6 é a segunda seção mais externa na área de sobreposição 31.

[0069] Como mostrado na Figura 8, a barreira anular compreende uma terceira manga de metal expansível 55 que circunda a parte de metal tubular. A terceira manga de metal expansível tem uma primeira extremidade 56 conectada com a face externa da parte de metal tubu- lar e uma segunda extremidade (57) voltada para a segunda manga de metal expansível de modo que uma seção de extremidade 58 da pri- meira extremidade 12 da segunda manga de metal expansível 8 e uma seção de extremidade 59 da segunda extremidade da terceira manga de metal expansível estão parcialmente em sobreposição ao longo da direção axial criando uma segunda área de sobreposição 31B. Assim, a segunda manga de metal expansível é arranjada inter- mediária a primeira manga de metal expansível e a terceira manga de metal expansível, de modo que as seções de extremidade da segunda manga de metal expansível parcialmente sobrepõem a primeira e a terceira mangas de metal expansível, e de modo que a primeira, a se- gunda e a terceira mangas de metal expansível são arranjadas em su- cessão, mas parcialmente em sobreposição ao longo da direção axial criando uma manga comum.

Uma extremidade da primeira manga de metal expansível é conectada à parte de metal tubular e a outra ex- tremidade conectada em modo de deslize à segunda manga de metal expansível.

Uma extremidade da terceira manga de metal expansível é conectada à parte de metal tubular e a outra extremidade conectada em modo de deslize à segunda manga de metal expansível.

A segun- da manga de metal expansível é assim conectada com a parte de me- tal tubular por meio das primeira e terceira mangas de metal expansí- vel e a face interna de pelo menos as extremidades da segunda man- ga de metal expansível está em sua condição não expandida em con- tato com a face externa da parte de metal tubular.

A seção de extremi- dade 59 da segunda extremidade da terceira manga de metal expan- sível está em sobreposição à seção de extremidade 58 da primeira extremidade 12 da segunda manga de metal expansível 8, e a seção de extremidade da segunda extremidade 10 da primeira manga de me- tal expansível 6 está em sobreposição à seção de extremidade da se- gunda extremidade 14 da segunda manga de metal expansível 8. A segunda manga de metal expansível é assim mantida no lugar pelas extremidades em sobreposição das primeira e terceira mangas de me- tal expansível durante a inserção da barreira anular dentro do poço.

Durante a expansão da barreira anular, a segunda manga de metal expansível está expandindo radialmente junto com as extremidades em sobreposição das primeira e terceira mangas de metal expansível.

As extremidades da segunda manga de metal expansível deslizam em relação à extremidade da primeira manga de metal expansível e a ex- tremidade da terceira manga de metal expansível durante a expansão.

Durante a expansão radial da segunda manga de metal expansível, a segunda manga de metal expansível não é impedida de reduzir em comprimento uma vez que a segunda manga de metal expansível não está fixada à parte de metal tubular, e assim o adelgaçamento da se-

gunda manga de metal expansível é menos do que se uma extremida- de da segunda manga de metal expansível for fixada à parte de metal tubular uma vez que essa extremidade experimentaria mais adelga- çamento.

[0070] A seção de extremidade 21, 21A da primeira manga de me- tal expansível e a seção de extremidade 21, 21B da segunda manga de metal expansível estão parcialmente em sobreposição ao longo da direção axial criando uma área de sobreposição 31 ao longo de toda a circunferência da barreira anular. Do mesmo modo, a seção de extre- midade 59 da terceira manga de metal expansível e a seção de extre- midade 58 da segunda manga de metal expansível estão parcialmente em sobreposição ao longo da direção axial criando uma área de so- breposição 31B ao longo de toda a circunferência da barreira anular.

[0071] A seção de extremidade da segunda extremidade 14 da segunda manga de metal expansível é arranjada de modo a deslizar ao longo de uma face interna 61 da primeira manga de metal expansí- vel e a seção de extremidade da primeira extremidade 12 da segunda manga de metal expansível é arranjada de modo a deslizar ao longo de uma face interna 62 da terceira manga de metal expansível. Ele- mentos de vedação são proporcionados na face externa da segunda manga de metal expansível de modo a vedar contra a face interna 61 e 62. Assim, a barreira anular da Figura 8 tem duas áreas de sobrepo- sição 31 e 31B com elementos de vedação entre as mesmas. O espa- ço anular 15 é definido por uma primeira, uma segunda e uma terceira manga de metal expansível e a parte de metal tubular 7.

[0072] Como pode ser visto na Figura 8, a segunda extremidade 10 da primeira manga de metal expansível 6 e a segunda extremidade 57 da terceira manga de metal expansível estão diminuindo em espes- sura em direção de suas extremidades de modo a ter a maior espes- sura oposta aos elementos de vedação na face externa da segunda manga de metal expansível em sua condição não expandida como mostrado na Figura 8. As seções de extremidade das áreas de sobre- posição têm uma espessura maior comum do que o resto da segunda manga de metal expansível.

[0073] A segunda manga de metal expansível tem uma espessura intermediária relativamente pequena em suas primeira e segunda ex- tremidades quando vista em seção transversal ao longo da direção axial da barreira anular de modo que a expansão ocorre inicialmente na parte intermediária da segunda manga de metal expansível não em sobreposição às extremidades das primeira e terceira mangas de me- tal expansível.

[0074] A primeira extremidade da primeira manga de metal expan- sível e a primeira extremidade da terceira manga de metal expansível são fixadas à parte de metal tubular, por exemplo, por meio de solda- gem ou fixação similar. Uma das primeiras extremidades da primeira manga de metal expansível e a primeira extremidade da terceira man- ga de metal expansível pode também ser conectada em modo de des- lize à parte de metal tubular.

[0075] A barreira anular pode ser expandida por pressurizar a es- trutura de metal tubular de poço a partir da superfície ou pressurizar a estrutura de metal tubular de poço a partir de superfície por meio de tubo de perfuração que conecta a estrutura de metal tubular de poço à superfície. A barreira anular pode também ser expandida por meio de uma ferramenta que isola a seção oposta da abertura 16.

[0076] Por fluido ou fluido de poço se quer dizer qualquer tipo de fluido que pode estar presente em poços de petróleo ou gás de fundo de poço, como gás natural, petróleo, lama de petróleo, petróleo bruto, água, etc. Por gás se quer dizer qualquer tipo de composição de gás presente em um poço, completação ou furo aberto e por petróleo se quer dizer qualquer tipo de composição de petróleo, como petróleo bruto, um fluido contendo petróleo, etc. Fluidos de gás, petróleo e água podem, portanto, compreender outros elementos ou substâncias além de gás, petróleo e/ou água, respectivamente.

[0077] Por um revestimento, estrutura tubular ou estrutura de me- tal tubular de poço se quer dizer que qualquer tipo de tubo, tubulação, tubular, camisa, coluna etc. usado no fundo do poço em relação à pro- dução de petróleo ou gás natural.

[0078] No caso de a ferramenta não ser totalmente submersível no revestimento, um trator de fundo de poço pode ser usado para empur- rar a ferramenta totalmente para a posição no poço. O trator de fundo de poço pode ter braços projetáveis com rodas, em que as rodas en- tram em contato com a superfície interna do revestimento para impul- sionar o trator e a ferramenta para frente no revestimento. Um trator de fundo de poço é qualquer tipo de ferramenta de condução capaz de empurrar ou puxar ferramentas em um poço de fundo de poço, como um Well Tractor®.

[0079] Embora a presente invenção tenha sido descrita acima em conexão com modalidades preferidas da invenção, será evidente para uma pessoa versada na técnica que várias modificações são concebí- veis sem se afastar da presente invenção conforme definido pelas rei- vindicações a seguir.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Barreira anular (1) para proporcionar isolamento zonal dentro de uma estrutura tubular (3A) ou um furo de poço (2) e para se- lar uma primeira zona (101) a partir de uma segunda zona (101), ca- racterizada pelo fato de que compreende: - uma parte de metal tubular (7) configurada para ser mon- tada como parte de uma estrutura de metal tubular de poço (3), a parte de metal tubular tendo uma face externa (4), uma abertura (16) e uma direção axial (L) ao longo da estrutura de metal tubular de poço, - uma primeira manga de metal expansível (6) que circunda a parte de metal tubular e tendo uma primeira extremidade (9) conec- tada com a face externa da parte de metal tubular e uma segunda ex- tremidade (10), - uma segunda manga de metal expansível (8) que circunda a parte de metal tubular e tendo uma primeira extremidade (12) conec- tada com a face externa da parte de metal tubular e uma segunda ex- tremidade (14), e - um espaço anular (15) entre a parte de metal tubular e as mangas de metal expansível, em que a primeira manga de metal expansível e a segunda manga de metal expansível cada uma das quais tem uma seção de extremidade (21) na segunda extremidade, a seção de extremidade da primeira manga de metal expansível e a seção de extremidade da se- gunda manga de metal expansível estão pelo menos parcialmente em sobreposição ao longo da direção axial criando uma área de sobrepo- sição (31), as seções de extremidade são configuradas para deslizar uma em relação à outra, a primeira manga de metal expansível se es- tende a partir da segunda extremidade da primeira manga de metal expansível em afastamento a partir da área de sobreposição em uma primeira direção ao longo da direção axial, e a segunda manga de me-

tal expansível se estende a partir da segunda extremidade da segunda manga de metal expansível em afastamento a partir da área de sobre- posição em uma segunda direção oposta à primeira direção.

2. Barreira anular, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizada pelo fato de que as seções de extremidade da área de sobre- posição não são conectadas à face externa da parte de metal tubular.

3. Barreira anular, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que ainda compreende uma terceira manga de metal expansível (55) que circunda a parte de metal tubular e tendo uma primeira extremidade (56) conectada com a face externa da parte de metal tubular e uma segunda extremidade (57), uma seção de ex- tremidade (58) da primeira extremidade (12) da segunda manga de metal expansível (8) e uma seção de extremidade (59) da segunda extremidade da terceira manga de metal expansível estão pelo menos parcialmente em sobreposição ao longo da direção axial criando uma segunda área de sobreposição (31B).

4. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações precedentes, caracterizada pelo fato de que as seções de extremidade da área de sobreposição têm uma espessura maior co- mum do que o resto das mangas de metal expansível.

5. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações precedentes, caracterizada pelo fato de que pelo menos um elemento de vedação (29) é arranjado entre as seções de extremidade da(s) área(s) de sobreposição.

6. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a seção de ex- tremidade da primeira manga de metal expansível é arranjada de mo- do a deslizar ao longo de uma face externa (32) da segunda manga de metal expansível, a extremidade da segunda manga proporciona um efeito de pistão durante a expansão proporcionando uma pressão na direção axial para a extremidade da segunda manga de metal expan- sível.

7. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a seção de ex- tremidade da segunda extremidade da segunda manga de metal ex- pansível é arranjada de modo a deslizar ao longo de uma face interna (61) da primeira manga de metal expansível e a seção de extremidade da primeira extremidade da segunda manga de metal expansível é ar- ranjada de modo a deslizar ao longo de uma face interna (62) da ter- ceira manga de metal expansível.

8. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a(s) área(s) de sobreposição permanece(permanecem) substancialmente não expan- dida(s) durante a expansão do resto da manga de metal expansível.

9. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações precedentes, caracterizada pelo fato de que cada manga de metal expansível é constituída por uma primeira seção (41) e uma se- gunda seção (102), a segunda seção é a seção de extremidade.

10. Barreira anular, de acordo com a reivindicação 8, carac- terizada pelo fato de que a primeira seção tem uma condição não ex- pandida e uma condição expandida, a primeira seção é capaz de ex- pandir mais do que 30% do que na condição não expandida.

11. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a seção de extremidade de cada manga tem um comprimento (L1) de pelo menos 5% de um comprimento total (L2) da manga de metal expansível na condição não expandida.

12. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a seção de extremidade da primeira manga de metal expansível tem ranhuras (33)

que correspondem às ranhuras (34) na face externa da seção de ex- tremidade da segunda manga de metal expansível que forma um sis- tema de catraca (35) que impede que a seção de extremidade da pri- meira manga de metal expansível retorne uma vez que foi movida em afastamento a partir da seção de extremidade da segunda manga de metal expansível.

13. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que ainda com- preende um conjunto de pino de cisalhamento (37) que conecta em modo de fluido a abertura de expansão e o espaço anular de modo a permitir que o fluido de expansão dentro da estrutura tubular do poço expanda a manga expansível.

14. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que ainda com- preende uma unidade anticolapso (11) que compreende um elemento (20), tal como uma esfera, que é móvel pelo menos entre uma primeira posição e uma segunda posição, a unidade anticolapso tendo uma primeira entrada (25) que está em comunicação de fluido com a primeira zona, e uma segunda entrada (26) que está em comunicação de fluido com a segunda zona, e a unidade anticolapso tendo uma saída (27) que está em comunicação de fluido com o espaço anular, e na primeira posição, a primeira entrada está em comunicação de fluido com a saída, equalizando a primeira pressão da primeira zona com a pressão do espaço, e na segunda posição, a segunda entrada está em comunicação de fluido com a saída, equalizando a segunda pressão da segunda zona com a pressão do espaço.

15. Barreira anular, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que as primeiras extremidades das mangas de metal expansível são soldadas à face externa da parte de metal tubular.