BR122020000480B1

BR122020000480B1 - ferramenta de fixação de fundo de poço

Info

Publication number: BR122020000480B1
Application number: BR122020000480-0A
Authority: BR
Inventors: Brock Watson
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc.
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2020-11-17
Also published as: WO2012103243A2; MY165120A; BR112013019168A2; CO6791590A2; EA201391068A1; SG191918A1; AU2012209067A1; MX2013008682A; BR112013019168B1; US8662164B2; WO2012103243A3; CA2825773A1; AU2012209067B2; EA024583B1; EP2668366B1; US20130284426A1; EP2668366A2; ECSP13012853A; CN103339344B; US20120186829A1

Abstract

Uma ferramenta de fixação de fundo de poço é provida. A ferramenta compreende uma carcaça de ferramenta (280) e um mandril oco (130, 140), o mandril sendo posicionado na carcaça. A ferramenta compreende ainda um pistão (200) posicionado entre o mandril e a carcaça de ferramenta e um anel (170) posicionado entre o mandril e a carcaça de ferramenta, onde a carcaça de ferramenta (280), o mandril (130, 140), o pistão (200) e o anel (170) definem um espaço anular (220). A ferramenta compreende ainda uma primeira válvula (330), onde em uma posição fechada, a primeira válvula (330) bloqueia um trajeto de comunicação de fluido entre o interior do mandril e o espaço anular.

Description

[0001] Suportes de revestimento vedador ("liner hangers") expansiveis são geralmente utilizados para garantir um revestimento vedador dentro de um conjunto de revestimento ou coluna de revestimento vedador previamente definida. Estes tipos de suporte de revestimento vedador normalmente são fixados através da expansão dos suportes de revestimento vedador radialmente para fora, para prender e vedar o contato com o revestimento ou coluna de revestimento vedador prévio. Muitos desses suportes de revestimento vedador são expandidos através do uso de pressão hidráulica para conduzir um cone ou cunha de expansão através do suporte de revestimento vedador.

[0002] O processo de expansão é tipicamente realizado por meio de uma ferramenta de assentamento ("running tool") ou ferramenta de fixação ("setting tool") utilizada paratransportar o suporte de revestimento vedador e umrevestimento vedador anexo no interior de um furo de poço. A ferramenta de assentamento ou ferramenta de fixação pode ser interconectada entre uma coluna de trabalho (por exemplo, uma coluna tubular feita de tubo de perfuração ou outros elementos tubulares segmentados ou continues) e o suporte de revestimento vedador.

[0003] Se o suporte de revestimento vedador é expandido utilizando pressão hidráulica, então a ferramenta de assentamento ou ferramenta de fixação é geralmente utilizada para controlar a comunicação da pressão do fluido, e o fluxo para, e a partir das várias porções do mecanismo de expansão do suporte de revestimento vedador, e entre a coluna de trabalho e o revestimento vedador. A ferramenta deassentamento ou ferramenta de fixação pode ser também utilizada para controlar quando e como a coluna de trabalho é liberada do suporte de revestimento vedador, por exemplo, após a expansão do suporte de revestimento vedador, em situações de emergência, ou após uma fixação malsucedida do suporte de revestimento vedador.

[0004] A ferramenta de assentamento ou ferramenta de fixação é também normalmente esperada para prover a cimentação através da mesma, naqueles casos nos quais o revestimento vedador é para ser cimentado no furo de poço. Alguns projetos da ferramenta de assentamento ou ferramenta de ajuste requerem uma esfera ou tampão de cimento a ser solto através da coluna de trabalho na completação da operação de cimentação e antes da expansão do suporte de revestimento vedador.

[0005] Nas ferramentas de assentamento ou ferramentas de fixação que expandem um suporte de revestimento vedador utilizando pressão hidráulica, vários pistões empilhados podem ser empregados para aplicar força para um cone ou cunha de expansão para conduzi-los através do suporte de revestimento vedador. A força necessária para expandir o suporte de revestimento vedador pode variar amplamente devido a fatores tais como, o atrito, tolerância do revestimento e dimensionamento do pistão. Adicionalmente, os pistões podem ser expostos à pressão interna na ferramenta durante a cimentação do revestimento vedador e/ou a liberação de um tampão de cimento e/ou circulação de fluidos de perfuração através do revestimento vedador e o furo de poço, arriscando assim, a expansão prematura do suporte de revestimentovedador.

[0006] Consequentemente, as pressões hidráulicas na ferramenta devem ser cuidadosamente monitoradas durante as atividades realizadas antes da expansão do suporte de revestimento vedador.

Sumário da invenção

[0007] Em uma concretização, uma ferramenta de fixação de fundo de poço é divulgada. A ferramenta compreende uma carcaça de ferramenta e um mandril oco, o mandril sendo posicionado na carcaça. A ferramenta compreende ainda um pistão posicionado entre o mandril e a carcaça de ferramenta e um anel posicionado entre o mandril e a carcaça de ferramenta, onde a carcaça de ferramenta, o mandril, o pistão e o anel definem um espaço anular. A ferramenta compreende ainda uma primeira válvula, onde em uma posição fechada a primeira válvula bloqueia um trajeto de comunicação de fluido entre o interior do mandril e o espaço anular.

[0008] Em uma concretização, uma ferramenta de fixação de fundo de poço é provida. A ferramenta compreendendo uma carcaça de ferramenta, um mandril oco, tendo pelo menos um orifício transversal que percorre a partir de uma parte interna do mandril para uma parte externa do mandril, o mandril estando posicionado na carcaça, e um pistão posicionado entre o mandril e a carcaça de ferramenta. A ferramenta compreendendo ainda um anel posicionado entre o mandril e a carcaça de ferramenta, onde a carcaça de ferramenta, o mandril, o pistão e o anel definem um espaço anular. A ferramenta compreende ainda um orifício de ventilação posicionado no anel, o orifício de ventilação formando um trajeto de comunicação de fluido entre o espaço anular e um segundo espaço anular definido, parcialmente, pelo anel e a carcaça de ferramenta.

[0009] Em uma concretização, um método de fixação de um suporte de revestimento vedador em um furo de poço utilizando uma ferramenta de fixação de fundo de poço é descrito. 0 método compreende prover uma ferramenta de fixação de fundo de poço compreendendo uma carcaça de ferramenta, um mandril, um pistão, e um anel, onde o pistão e o anel definem um primeiro espaço anular, e onde a carcaça de ferramenta, o mandril, e o anel definem, parcialmente, um segundo espaço anular. 0 método compreende ainda instalar a ferramenta de fixação ao fundo de poço no interior do furo de poço, o interior do mandril e o segundo espaço anular sendo submetidos a uma pressão ambiente de furo de poço conforme a ferramenta de fixação de fundo de poço é colocada no interior do furo de poço. 0 método compreende ainda ajustar uma pressão no primeiro espaço anular para aproximadamente a pressão ambiente de furo de poço através do escoamento de fluido a partir do segundo espaço anular para o interior do primeiro espaço anular através de uma primeira válvula posicionada no anel, entre o primeiro espaço anular e o segundo espaço anular. O método compreende ainda pressurizar o interior do mandril para uma pressão maior do que a pressão ambiente do furo de poço. O método compreende ainda a abertura de uma segunda válvula posicionada entre um interior do mandril e o primeiro espaço anular, forçando uma porção de um fluido posicionado no mandril para o interior do primeiro espaço anular, e forçando o pistão em uma direção ao fundo de poço em relação ao mandril.

[0010] Estas e outras características serão maisclaramente compreendidas a partir da descrição detalhada a seguir tomada em conjunto com os desenhos e reivindicações anexos.

Breve descrição dos desenhos

[0011] Para uma compreensão mais completa da presente divulgação, é feita agora referência à seguinte breve descrição, feita em conexão com os desenhos anexos e a descrição detalhada, onde os números de referência semelhantes representam partes semelhantes.

[0012] A figura IA é uma vista esquemática em corte de uma porção de uma concretização de uma ferramenta de fixação; A figura 1B é uma vista esquemática em corte de uma outra porção da concretização de uma ferramenta de fixação ilustrada na figura 1A;

[0013] A figura 1C é uma vista esquemática em corte de uma outra porção da concretização de uma ferramenta de fixação ilustrada na figura IA;

[0014] A figura 1D é uma vista esquemática em corte de uma outra porção da concretização de uma ferramenta de fixação ilustrada na figura IA;

[0015] A figura 2 é uma vista esquemática em corte de um detalhe da concretização da ferramenta de fixação ilustrada na figura 1;

[0016] A figura 3 é uma vista esquemática em corte de uma outra concretização de uma ferramenta de fixação;

[0017] A figura 4 é uma vista esquemática em corte da concretização da ferramenta de fixação da figura 3, após uma válvula do tipo pistão ter sido aberta;

[0018] A figura 5 é uma vista esquemática em corte de uma outra concretização de uma ferramenta de fixação;

[0019] A figura 6 é uma vista esquemática em corte de umdetalhe da concretização da ferramenta de fixação ilustrada na figura 5;

[0020] A figura 7 é uma vista esquemática em corte de uma outra concretização de uma ferramenta de fixação;

[0021] A figura 8 é uma vista esquemática em corte de um detalhe da concretização da ferramenta de fixação ilustrada na figura 7; e

[0022] A figura 9 é um fluxograma de um método para fixar um suporte de revestimento vedador em um furo de poço. Descrição detalhada das concretizações

[0023] Deve ser entendido a principio que embora as implementações ilustrativas de uma ou mais concretizações serem ilustradas abaixo, os conjuntos e métodos descritos podem ser implementados utilizando qualquer número de técnicas, se atualmente conhecidas, ou ainda não existentes. A divulgação não deve de modo algum ser limitada as implementações ilustrativas, desenhos e técnicas ilustradas a seguir, mas pode ser modificada dentro do escopo das reivindicações anexas juntamente com o seu escopo completo das equivalentes.

[0024] Salvo indicação em contrário, qualquer utilização do termo "acoplado" descrevendo uma interação entre os elementos não se destina a limitar a interação a interação direta entre os elementos, e pode também incluir a interação indireta entre os elementos descritos. Na discussão a seguir e nas reivindicações, os termos "incluindo" e "compreendendo" são utilizados em uma forma não limitativa, e, portanto, devem ser interpretados como significando "incluindo, mas não limitado a...". A referência para cima ou para baixo será feita para fins de descrição de "acima", "superior","ascendente", "a montante" ou "acima do poço" significando a direção da superficie do furo de poço e com "abaixo", "inferior", "descendente", "a jusante" ou "fundo de poço" significando a direção da extremidade terminal do poço, independentemente, da orientação do furo de poço. As várias características acima mencionadas, bem como outros atributos e características descritas nos detalhes a seguir, serão prontamente evidentes para os técnicos no assunto com o auxilio desta divulgação detalhada após a leitura da descrição detalhada a seguir das concretizações, e através da referência aos desenhos anexos.

[0025] Em uma concretização, uma ferramenta de fixação de revestimento vedador é provida, a qual inclui uma carcaça de ferramenta cilíndrica oca acoplada aos cones de expansão do suporte de revestimento vedador; um mandril oco, que está posicionado no interior da carcaça de ferramenta e é configurado para conduzir fluido pressurizado através da ferramenta de fixação; e um ou mais pistões multiplicadores de força que estão posicionados no interior da carcaça de ferramenta, estando rigidamente fixados na carcaça de ferramenta e sendo configurados para deslizar ao longo do mandril. Quando um suporte de revestimento vedador é para ser expandido contra um revestimento em um furo de poço, o fluido pressurizado a partir do mandril pode ser permitido ao interior de um espaço anular, isto é, um cilindro, delimitado pela carcaça de ferramenta, o mandril, o pistão multiplicador de força e um acoplamento rigidamente fixado ao mandril. Após a exposição ao fluido pressurizado, o cilindro e a carcaça de ferramenta são forçados ao fundo do poço em relação do mandril. Simultaneamente, os cones de expansão, os quaisestão anexos à carcaça de ferramenta, são forçados através do suporte de revestimento vedador e expandem o suporte de revestimento vedador contra o invólucro. Grande parte da funcionalidade da ferramenta de fixação do revestimento vedador pode ser reaproveitada para outro uso, por exemplo, na fixação de obturadores, através de minimas modificações de projeto, tais como, removendo um cone de expansão a partir da ferramenta de fixação.

[0026] A ferramenta de fixação descrita acima pode ser referida como uma ferramenta operada por pressão diferencial no espaço anular, uma vez que durante a operação da ferramenta, pelo menos uma porção de um espaço anular posicionada entre a carcaça de ferramenta e o mandril é submetida a uma pressão ambiente do fundo de poço, enquanto que um interior do mandril é submetido a uma pressão de fluido maior gerada por bombas de fluidos. Um problema compartilhado por ferramentas operadas por pressão diferencial no espaço anular, na qual a força hidráulica é aplicada para forçar pistões multiplicadores para a finalidade de direcionar cones de expansão através de um suporte de revestimento vedador, é que os pistões estão em comunicação de fluido constante com o interior do mandril, e assim sempre estão sujeitas a pressão no mandril. Consequentemente, quando, por exemplo, um tampão de cimento é dirigido através do mandril, ou cimento é bombeado através do mandril com a finalidade de cimentação, um revestimento vedador para o furo do poço, ou fluidos de serviço no furo de poço, são circulados através do mandril, os pistões são sujeitos a forças que podem, possivelmente, expandir osuporte de revestimento vedador prematuramente.

[0027] A ferramenta de fixação descrita no presente pedido, responde ao problema acima mencionado da ferramenta operada por pressão diferencial no espaço anular, através da localização de uma válvula entre o interior do mandril e um ou mais pistões, a qual é configurada para abrir apenas a uma pressão de mandril significativamente maior do que as pressões de mandril sentidas durante, por exemplo, a liberação de um tampão de cimento, cimentação do revestimento vedador, ou circulação de fluidos de serviço no furo de poço. A válvula pode ser, por exemplo, um disco de ruptura configurado para romper em um ponto de ajuste da pressão do mandril, ou uma válvula do tipo pistão tendo um pistão mantido no lugar por um pino secionável ("shear pin") configurado para romper quando sujeito a uma correspondente força a um ponto de ajuste da pressão do mandril. Deste modo, pode ser evitada a expansão do suporte de revestimento vedador prematuramente.

[0028] Adicionalmente, a fim de evitar o colapso da porção da carcaça de ferramenta circundando o espaço anular, delimitado pela carcaça de ferramenta, o mandril, o pistão multiplicador de força e o acoplamento quando a ferramenta de fixação é operada no furo do poço e a carcaça de ferramenta é submetida à pressão ambiente do furo de poço, uma segunda válvula é posicionada no acoplamento, entre o espaço anular e um segundo espaço anular que está na pressão ambiente do furo de poço. A segunda válvula, por exemplo, um orificio de ventilação, uma válvula de fechamento rápido ("velocity valve"), ou uma válvula de retenção acionada por mola, permite que o fluido pressurizado a partir do segundo espaço anular escoe para o interior do espaço anular quando umapressão diferencial se desenvolve entre o segundo espaço anular e o primeiro espaço anular. Consequentemente, a segunda válvula impede que a carcaça de ferramenta circundando o espaço anular colapse sob as condições do fundo de poço.

[0029] A figura 1A, figura 1B, figura 1C e a figura 1D são vistas esquemáticas em corte de porções de uma concretização de uma ferramenta de fixação 100 ao longo de um comprimento da ferramenta de fixação 100. A ferramenta de fixação 100 pode estar anexada a uma extremidade do fundo do poço de uma coluna de trabalho, através de um adaptador superior 110, e pode ser utilizada para anexar um suporte de revestimento vedador 120 a um revestimento posicionado no furo de poço. Adicionalmente, a ferramenta de fixação 100 pode ser utilizada para transportar o cimento que é bombeado abaixo da coluna de trabalho, abaixo de uma parte interna de um revestimento vedador anexado a uma extremidade do fundo do poço da ferramenta de fixação 100, e acima de um espaço anular posicionado entre o revestimento vedador e uma parede de um furo de poço, para o propósito de cimentação do revestimento vedador ao furo de poço. A fim de ser capaz de transportar o cimento ao espaço anular e expandir o suporte de revestimento vedador 120, a ferramenta de fixação 100 pode compreender uma série de mandris 110, 130, 140, 150 que se encontram interconectados e vedados por anéis, por exemplo, acoplamentos 160, 170, 180. Conforme acima referido, o mandril 110 pode também ser referido como adaptador superior 110, e pode conectar a ferramenta de fixação 100 a coluna de trabalho. Adicionalmente, um mandril em uma extremidade aofundo do poço da ferramenta de fixação 100 pode ser referidocomo uma pinça de mandril 190. Os mandris 110, 130, 140, 150, 190 são capazes de segurar e transportar um fluido pressurizado, por exemplo, pasta fluida de cimento, fluido hidráulico, etc.

[0030] Em uma concretização, a ferramenta de fixação 100 pode compreender adicionalmente, pistões 200, 210, e respectivas câmaras de pressão ou espaços anulares 220, 230, que estão em comunicação de fluido com mandris 140, 150 através de, pelo menos, uma abertura de pressurização 240, 250, respectivamente, e, de forma alternada, através de uma pluralidade de aberturas de pressurização 240, 250, respectivamente. Adicionalmente, a ferramenta de fixação 100 pode incluir cones de expansão 270, que estão posicionados no fundo do poço a partir dos pistões 200, 210. Conforme estão aparentes a partir da figura 1C, os cones de expansão 270 tem um diâmetro externo maior do que um diâmetro interno de uma seção do suporte de revestimento vedador 120 no fundo de poço a partir dos cones de expansão 270.

[0031] Em uma concretização, o suporte de revestimento vedador 120 pode ser expandido contra uma parede do revestimento após o revestimento vedador ter sido cimentado à parede do furo de poço. Para expandir o suporte de revestimento vedador 120, um fluido hidráulico pode ser bombeado abaixo da coluna de trabalho e para o interior dos mandris 110, 130, 140, 150, 190, a uma pressão que pode variar a partir de 17,23 MPa (2.500 psi) a 68,95 (10.000 psi) . O fluido hidráulico pode entrar no espaço anular 220, 230 através das aberturas de pressurização 240, 250, e exercer uma força sobre os pistões 200, 210. Os acoplamentos 170, 180, que formam os limites do lado acima do poço dosespaços anulares 220, 230, estão rigidamente anexados aos mandris 130, 140 e 150, respectivamente, enquanto os pistões 200, 210 e cones de expansão 270 estão rigidamente anexados a uma carcaça de ferramenta 280. Adicionalmente, os pistões 200, 210 e os cones de expansão 270 podem mover-se longitudinalmente em relação aos mandris 110, 130, 140, 150, 190. Quando uma pressão suficiente for criada nos mandris 110, 130, 140, 150, 190, e nos espaços anulares 220, 230, nos pistões 200, 210, juntamente com a carcaça de ferramenta 280, e os cones de expansão 270, serão forçados ao fundo do poço em relação aos mandris 110, 130, 140, 150, 190. Em uma concretização, o mandril 130 e a carcaça da ferramenta 280 podem definir um espaço anular 320. Uma vez que o diâmetro externo dos cones de expansão 270 é maior do que o diâmetro interno do suporte de revestimento vedador 120, e o suporte de revestimento vedador 120 é longitudinalmente fixado na posição no furo do poço, uma porção do suporte de revestimento vedador 120, em contato com os cones de expansão 270, é expandida contra o revestimento conforme os cones de expansão 270 são forçados ao fundo do poço.

[0032] A figura 2 é uma vista esquemática em corte de um detalhe A da concretização da ferramenta de fixação 100 mostrada na figura 1B. Como é aparente a partir da figura 2, o espaço anular 220 é delimitado pelo mandril 140, carcaça da ferramenta 280, pistão 200 e acoplamento 170. Uma superficie de contato do acoplamento 170 e a carcaça de ferramenta 280 podem ser vedadas por um 0-ring 172, e uma superficie de contato do pistão 200 e o mandril 140 podem ser vedados por um O-ring 202. Adicionalmente, pelo menos uma abertura de pressurização 240, e alternativamente, uma pluralidade deaberturas de pressurização 240, podem prover um trajeto de comunicação de fluido entre um interior do mandril 140 e o espaço anular 220, através do qual o trajeto do espaço anular 220 pode ser pressurizado.

[0033] Em uma concretização, a fim de evitar a aplicação prematura das forças de expansão do suporte de revestimento vedador ao pistão 200, uma válvula, por exemplo, um disco de ruptura 290, pode ser posicionada entre as extremidades externas das aberturas de pressurização 240 e o espaço anular 220. Com isso, um espaço anelar de válvula 300 pode ser formado, o qual é delimitado pelo mandril 140, o acoplamento 170 e o disco de ruptura 290. 0 espaço anelar de válvula 300 está em comunicação de fluido com o interior do mandril 140 através de aberturas de pressurização 240, e um trajeto da comunicação de fluido a partir do espaço anelar de válvula 300 para o espaço anular 220 é bloqueado pelo disco de ruptura 2 90. O disco de ruptura 2 90 pode ser concebido para romper a uma pressão diferencial maior do que uma pressão diferencial à qual o disco de ruptura 290 estaria exposto durante a cimentação do revestimento vedador, liberação de um tampão de cimento, ou circulação de fluidos de perfuração. Por exemplo, o disco de ruptura 2 90 pode ser concebido para romper a uma pressão diferencial de cerca de 25,57 MPa (4.000 psi) a cerca de 62, 05 MPa (9.000 psi) . Desta maneira, o pistão 200 não está sujeito à pressão no mandril 140 até que o suporte de revestimento vedador 120 esteja pronto para ser expandido.

[0034] Em uma concretização, o acoplamento 170 pode incluir um orifício de ventilação 310, que se estende através do acoplamento 170, a partir do espaço anular 220 para umespaço anular 320 adicional parcialmente definido pelo mandril 130, acoplamento 170 e a carcaça de ferramenta 280. O espaço anular 320 pode ser exposto a uma pressão ambiente de furo de poço conforme a ferramenta de fixação 100 é abaixada para o interior do furo de poço. Assim, o orifício de ventilação 310 pode permitir que a pressão ambiente do furo de poço, que pode atingir níveis de 206,84 MPa (30.000 psi) ou superiores, seja escoada dentro do espaço anular 220, impedindo assim que a carcaça de ferramenta 280 colapse no espaço anular 220, conforme a ferramenta de fixação 100 é abaixada no interior do furo de poço.

[0035] Em operação, a ferramenta de fixação 100, o suporte de revestimento vedador 120, e o revestimento vedador anexado são abaixados dentro do furo de poço em uma posição na qual o suporte de revestimento vedador 120 é para ser anexado. Em uma concretização, os mandris 110, 130, 140, 150, 190 e o espaço anular 320, podem ser expostos à pressão ambiente do furo de poço, de modo que o fluido na pressão ambiente de furo de poço possa escoar através do orifício de ventilação 310 dentro do espaço anular 220. Quando o suporte de revestimento vedador 120 está para ser expandido, um fluido pode ser bombeado abaixo dos mandris 110, 130, 140. 150, 190, a uma pressão maior do que a pressão ambiente do furo de poço. A uma pressão de mandril de cerca de 2 0, 68 MPa (3.000 psi) a cerca de 62,05 MPa (9.000 psi) maior do que a ambiente, o disco de ruptura 290 romperá, permitindo assim que o fluido pressurizado do mandril 140 entre no espaço anular 220 e aplique uma força ao pistão 200. A força pode causar com que o pistão 200 e a carcaça de ferramenta 280 se movam ao fundo do poço em relação aos mandris 130, 140, eforcem os cones de expansão 270 através do suporte de revestimento vedador 120. Adicionalmente, uma vez que um diâmetro das aberturas de pressurização 240 pode ser de cerca de 1 vez a cerca de 10 vezes maior do que um diâmetro do orificio de ventilação 310, qualquer perda de fluido através do orificio de ventilação 310 durante a pressurização do espaço anular 220 e o deslocamento do pistão 200 pode ser facilmente compensada através das bombas de fluidos que pressurizam os mandris 130, 140.

[0036] A figura 3 é uma vista esquemática em corte de uma concretização adicional da ferramenta de fixação 100. A presente concretização da ferramenta de fixação 100 difere da concretização ilustrada na figura 2, na qual uma válvula tipo pistão 330 é utilizada para isolar a pressão do fluido no mandril 140 a partir do espaço anular 220 até que o suporte de revestimento vedador 12 0 está para ser expandido. Em uma concretização, a válvula tipo pistão 330 pode compreender um pistão da válvula 340, um tampão 350, com o qual o pistão da válvula 340 possa acoplar-se, e o qual possa ser rigidamente anexado ao acoplamento 170; e um parafuso secionável 360, o qual pode, de forma liberável, fixar o pistão da válvula 340 na posição em relação ao acoplamento 170 e o tampão 350. Uma superfície de acasalamento do pistão da válvula 340 e o tampão 350 podem ser vedados por um 0-ring 370, e o pistão da válvula 340 pode ser vedado em relação ao acoplamento 170 por um O-ring 380 adicional.

[0037] Em operação, a pressão entre o espaço anular 320 e o espaço anular 220 pode ser novamente equalizada através do orificio de ventilação 310, conforme a ferramenta de fixação100 é abaixada para dentro do furo de poço. Quando o suportede revestimento vedador 120 está para ser expandido, o mandril 140 pode ser pressurizado, e o fluido a partir do mandril 140 pode percorrer através das aberturas de pressurização 240 para o interior do espaço anular da válvula 300 e exercer uma força longitudinal sobre um rebaixo 390 da pistão da válvula 340. Quando a força aplicada pelo fluido pressurizado no mandril 140 ao rebaixo 390 do pistão da válvula 340 é suficiente para vencer uma força de cisalhamento do parafuso secionável 360, o parafuso secionável 360 se rompe e o pistão da válvula 340 é forçado acima do poço em relação ao acoplamento 170, e fora de engate com o tampão 350, permitindo assim, que o fluido no mandril 140 entre no espaço anular 220, exercendo pressão sobre o pistão 200 e forçando o pistão 200 ao fundo do poço. A figura 4 ilustra a concretização da ferramenta de fixação 100 da figura 3 após o cisalhamento do parafuso 360 ter sido cortado, e o pistão da válvula 340 ter sido forçado longe do tampão 350. Adicionalmente, conforme na concretização da figura 2, qualquer fluido disperso através do orificio de ventilação 310 durante a pressurização do espaço anular 220 e do deslocamento do pistão 200, pode ser compensado pelas bombas de fluido que pressurizam os mandris 130, 140.

[0038] A figura 5 é uma vista esquemática em corte de uma concretização adicional da ferramenta de fixação 100. A concretização da figura 5 difere-se a partir da figura 2 na qual uma válvula de fechamento rápido 400 é utilizada no lugar do orificio de ventilação 310. Como é aparente a partir da figura 5, e o detalhe da válvula de fechamento rápido 400 ilustrado na figura 6, a válvula de fechamento rápido 400 pode estar localizada no acoplamento 170, em um trajeto decomunicação de fluido entre o espaço anular 220 e o espaço anular 320. Em uma concretização, a válvula de fechamento rápido 4 00 pode compreender uma haste de válvula 4 02, que é apoiada em um furo passante longitudinal 420, do acoplamento 170, por um tampão 404 e uma luva 406. Em uma concretização, uma porção ao fundo de poço do tampão 404 pode estar localizada no furo passante longitudinal 420, e uma porção acima do poço do tampão 404 pode estar localizada do lado de fora do furo passante 420, e pode apoiar contra uma face extrema do lado acima do poço 173 do acoplamento 170. O tampão 404 pode ser fixado de forma positiva na posição no furo passante 420, e em relação ao acoplamento 170 por uma borda 174. Adicionalmente, o tampão 404 pode incluir um furo passante 408, no interior do qual a haste de válvula 402 pode mover-se longitudinalmente em relação ao tampão 404. Em uma concretização, o tampão 404 pode ser feito de um metal, liga de metal, material compósito, plástico de alta resistência, ou outro material capaz de resistir a altas temperaturas e pressões, e um ambiente corrosivo presente em um furo de poço. Em uma concretização, o tampão 404 pode ser extrudado ou moldado ou encaixado no interior do furo passante 420 ou fixado no furo passante 420 em outra maneira adequada conhecida aos técnicos no assunto. Em uma concretização, o tampão 404 pode ser constituído de material de aço e pode, de forma roscável, engatar com o furo passante 420.

[0039] Em uma concretização, uma mola 410 pode ser pressionada entre a face extrema do lado do fundo de poço 412 do tampão 404 e um flange 414, a qual está posicionada em uma extremidade do lado do fundo de poço da luva 40 6 e, em umaposição neutra da válvula de fechamento rápido 400, assentadacontra um rebaixo 175 do acoplamento 170. Adicionalmente, a haste da válvula 402 pode ser retida na luva 406, e o tampão 404 por um flange da haste de válvula 416, o qual se apoia contra o flange 414 da luva 406, e um anel de retenção 418, o qual, na posição neutra da válvula de fechamento rápido 400, pode assentar contra uma face extrema do lado acima do poço 422 do tampão 404.

[0040] Em uma concretização, quando a válvula de fechamento rápido 400 está em uma posição neutra, isto é, quando nenhuma força longitudinal é aplicada em uma direção acima do poço a uma cabeça de válvula 424 da haste de válvula 402, ou uma força longitudinal menor do que uma força aplicada a luva 406 pela mola 410 é aplicada em uma direção acima do poço à cabeça da válvula 424, a válvula de fechamento rápido 400 é configurada para ser aberta, ou seja, a cabeça da válvula 424 não está assentada sobre uma sede de válvula 426, e fluido pode escoar entre o espaço anular 220, 320 através de um orificio de desvio 430, o qual está em comunicação de fluido com o furo passante 420 e percorre geralmente paralelo ao furo passante 420.

[0041] Em operação, uma vez que a posição neutra da válvula de fechamento rápido 400 está em uma posição aberta, conforme a ferramenta de fixação 100 é abaixada para o interior do furo de poço, a pressão entre o espaço anular 320 e o espaço anular 220 pode ser equalizada de uma maneira semelhante às concretizações da ferramenta de fixação das figuras 2 e 3, através de um fluxo de fluido a partir do espaço anular 320 ao espaço anular 220. Adicionalmente, como é o caso com a concretização da ferramenta de fixação da figura 2, quando o suporte de revestimento vedador 120 estápara ser expandido, o fluido pode ser bombeado abaixo dos mandris 110, 130, 140, 150, 190 a uma pressão suficiente para romper o disco de ruptura 290. Quando o disco de ruptura 290 se rompe, o fluido no mandril 140 pode entrar no espaço anular 220 através do espaço anular da válvula 300, exercer pressão sobre o pistão 200 e forçar o pistão 200 ao fundo do poço.

[0042] Em uma concretização, conforme o espaço anular 220 é pressurizado, o fluido a partir do espaço anular 220 pode, inicialmente, fluir passando pela cabeça de válvula 424, para dentro do furo passante 420, através do orifício de desvio 430, e para dentro do espaço anular 320. No entanto, em comparação com as concretizações da ferramenta de fixação das figuras 2 e 3 que compreendem o orifício de ventilação 310, quando uma queda de pressão a partir do espaço anular 220 para o espaço anular 32 0 aumenta, de modo que uma força exercida sobre a cabeça da válvula 424 através do fluido no espaço anular 220 é maior do que a soma de uma força aplicada à luva 406 pela mola 410 e uma força aplicada a uma extremidade do lado acima do poço da haste de válvula 402 e o anel de retenção 418, pelo fluido no espaço anular 320, a haste de válvula 402 é forçada em uma direção do espaço anular 320 até que a cabeça da válvula 424 chegue na sede de válvula 426, e o fluxo de fluido a partir do espaço anular 220 ao espaço anular 320 é interrompido. Adicionalmente, uma vez que a válvula de fechamento rápido 400 pode ser fechada durante e após a expansão do suporte de revestimento vedador 120, a presente concretização da ferramenta de fixação 100 pode ser utilizada para testar a pressão do revestimento vedador.

[0043] A figura 7 é uma vista esquemática em corte de uma concretização adicional da ferramenta de fixação 100. A concretização da ferramenta de fixação 100 da figura 7 difere-se da concretização ilustrada na figura 2, na qual o orifício de ventilação 310 é substituído por uma válvula de retenção acionada por mola 440, que está posicionada no acoplamento 170, em um trajeto de comunicação de fluido entre o espaço anular 220 e o espaço anular 320. Adicionalmente, uma segunda válvula de retenção acionada por mola 470 é posicionada no acoplamento 170, em um trajeto de comunicação de fluido entre o espaço anular 220 e o interior do mandril 140. A válvula de retenção acionada por mola 440 pode ser orientada de tal modo que a válvula 440 se abre em resposta a um diferencial de pressão positiva a partir do espaço anular 320 ao espaço anular 220, e permanece fechada em resposta a um diferencial de pressão positiva a partir do espaço anular 220 e do espaço anular 320. Adicionalmente, a válvula de retenção acionada por mola 470, pode ser orientada de tal forma que se abra em resposta a um diferencial de pressão positiva a partir do espaço anular 220 ao interior do mandril 140, e permaneça fechada em resposta a um diferencial de pressão positiva a partir do interior do mandril 140 ao espaço anular 220.

[0044] Em uma concretização, a válvula de retenção acionada por mola 440, da qual um detalhe é mostrado na figura 8, pode compreender uma haste de válvula 442, que é apoiada em um furo passante longitudinal 480 no acoplamento 17 0 por uma trava cilíndrica vazada 444 e uma luva 44 6. 0 acoplamento 170 pode incluir um orifício de desvio 490, oqual está em comunicação de fluido com o furo passante 480 epercorre geralmente paralelo ao furo passante 480. A trava 444 inclui um furo passante 448, no qual uma porção da haste de válvula 442 está localizada, assim bem como uma sede circular 450, na qual um anel de retenção 452, rigidamente fixado, à haste da válvula 442 é assentado.

[0045] Em uma concretização, uma mola 454 é pressionada entre uma face extrema ao fundo do poço 456 da trava 444, e um flange 458, que constitui uma extremidade do fundo de poço da luva 44 6 e se assenta contra um rebaixo 4 60 formado no acoplamento 170. Adicionalmente, a válvula de retenção acionada por mola 440 é configurada de modo que em um estado neutro da válvula 440, isto é, quando nenhuma força longitudinal esteja atuando sobre uma extremidade do lado acima do poço da haste de válvula 442, no anel de retenção 452 e na trava 444, e sobre uma face extrema do lado acima do poço de uma cabeça de válvula 4 62 da haste da válvula 442 através do orificio de desvio 4 90, ou uma soma de forças longitudinais atuando sobre a extremidade do lado acima do poço da haste de válvula 442, o anel de retenção 452, e a trava 444, e sobre a face extrema do lado acima do poço da cabeça da válvula 462, através do orifício de desvio 490, é menor do que a soma de uma força exercida pela mola 454 na trava 444 e uma força exercida sobre a face extrema do lado do fundo de poço da cabeça de válvula 4 62 por um fluido no espaço anular 220, a válvula de retenção acionada por mola 440 está em um estado fechado, ou seja, a força exercida pela mola 454 empurra a trava 444, o anel de retenção 452 e a haste da válvula 442 acima do poço, e a força exercida pelo fluido no espaço anular 220, sobre a cabeça de válvula 462, empurra a haste de válvula 442 acima do poço, até que acabeça de válvula 462 se assenta contra uma sede de válvula 4 64 localizada em uma extremidade ao fundo do poço do furo passante 480.

[0046] Em uma concretização, a segunda válvula de retenção acionada por mola 470 pode ser substancialmente idêntica à válvula de retenção acionada por mola 440, e pode ser configurada para ser fechada em um estado neutro da válvula 470.

[0047] Em operação, tal como nas outras concretizações da ferramenta de fixação 100 ilustradas na figura 2, figura 3, figura 4, figura 5 e figura 6, o interior dos mandris 130, 140 e o espaço anular 320 são expostos a uma pressão ambiente de furo de poço, conforme a ferramenta de fixação 100 é abaixada para dentro do furo de poço. Consequentemente, uma vez que a pressão no espaço anular 320 e no interior do mandril 140 aumenta com o aumento da profundidade da ferramenta de fixação 100, e as válvulas de retenção acionadas por mola 440, 470, e o disco de ruptura 290 estão todos inicialmente fechados, um diferencial de pressão positiva se desenvolve a partir do espaço anular 320 ao espaço anular 220, e a partir do interior do mandril 140 ao espaço anular 220. Se este diferencial de pressão positiva se tornar muito grande, a carcaça de ferramenta 280 iria colapsar e destruir a ferramenta de fixação 100. No entanto, como é evidente a partir da figura 8, se a pressão no espaço anular 320 aumentar de tal modo que uma força total aplicada por um fluido pressurizado no espaço anular 320 para as extremidades do lado acima do poço da haste de válvula 442 e da trava 444, bem como para a extremidade do lado acima dopoço da cabeça da válvula 462, através do orificio de desvio4 90, tornando-se maior do que as forças combinadas da mola 454 sobre a trava 444, e o fluido pressurizado no espaço anular 220 sobre uma extremidade do lado do fundo do poço da cabeça da válvula 462, em seguida a haste da válvula 442 e a trava 444 são forçadas ao fundo do poço, levantando assim a cabeça da válvula 462 fora da sede de válvula 464 e permitindo que o fluido a partir do espaço anular 320 escoe para o interior do espaço anular 220 através do orifício de desvio 490. Em uma concretização, a válvula de retenção acionada por mola 440 é configurada para abrir em resposta a um diferencial de pressão positiva a partir do espaço anular 320 ao espaço anular 220 variando de cerca de 0, 007 MPa (1 psi) a cerca de 34,47 MPa (5.000 psi).

[0048] Por outro lado, se a ferramenta de fixação 100 necessita de ser revertida para cima do furo de poço, ou para cima e para fora do furo do poço, ou se a ferramenta de fixação 100 passa através de uma região na qual a pressão ambiente do furo de poço diminui acentuadamente, um diferencial de pressão positiva pode se desenvolver a partir do espaço anular 220 para o interior do mandril 140 e ao espaço anular 320. Se este diferencial de pressão positiva torna-se muito grande, ele pode de modo concebível, danificar o disco de ruptura 2 90 e/ou a carcaça de ferramenta e/ou constituir um risco ao pessoal manipulando a ferramenta de fixação 100 do lado de fora do furo de poço. Consequentemente, em uma concretização, se o diferencial de pressão positiva a partir do espaço anular 220 para o interior do mandril 140 ultrapassa um valor limite variando de cerca de 0, 007 MPa (1 psi) a cerca de 34, 47 MPa (5.000 psi), a válvula de retenção acionada por mola 470 se abrepara permitir que o fluido pressurizado a partir do espaço anular 220 escoe para o interior do mandril 140.

[0049] Adicionalmente em relação à operação da concretização da ferramenta de fixação 100 ilustrada na figura 7 e figura 8, como nas concretizações da ferramenta de fixação da figura 2, figura 3, figura 4 e figura 5, quando o suporte de revestimento vedador 120 está para ser expandido, o fluido pode ser bombeado abaixo dos mandris 110, 130, 140, 150, 190, a uma pressão suficiente para romper o disco de ruptura 290. Quando o disco de ruptura 290 se rompe, o fluido no mandril 140 pode entrar no espaço anular 220, através do espaço anular da válvula 300, exercendo pressão sobre o pistão 200 e forçando o pistão 200 ao fundo do poço. No entanto, em comparação com as concretizações da ferramenta de fixação da figura 2 e figura 5, as válvulas de retenção acionadas por mola 440, 470 permanecem fechadas durante a pressurização do espaço anular 220, e, portanto, nenhum fluido pressurizado do espaço anular 220 escoa para o dentro do espaço anular 320. Voltando agora para a figura 9, um método 600 para fixar um suporte de revestimento vedador em um furo de poço é descrito. A ferramenta de fixação compreende uma carcaça de ferramenta, um mandril, um pistão, um anel, uma primeira válvula e uma segunda válvula. A carcaça de ferramenta, o mandril, o pistão e o anel definem um espaço anular. A carcaça de ferramenta e o anel definem parcialmente um segundo espaço anular. A primeira válvula é posicionada entre uma parte interna do mandril e o espaço anular. A segunda válvula é posicionada no anel entre o espaço anular e o segundo espaço anular.

[0050] No bloco 610, a ferramenta de fixação é colocada no furo de poço, onde um interior do mandril e o segundo espaço anular são submetidos a uma pressão ambiente do furo de poço. No bloco 620, uma pressão no espaço anular é ajustada para aproximadamente a pressão ambiente do furo de poço através do escoamento do fluido a partir do segundo espaço anular dentro do espaço anular através da segunda válvula. No bloco 630, o interior do mandril é pressurizado a uma pressão maior do que a pressão ambiente do furo de poço. No bloco 640, a primeira válvula é aberta. No bloco 650, uma porção de um fluido posicionado no mandril é forçada para dentro do espaço anular. No bloco 660, o pistão é forçado em uma direção ao fundo de poço em relação ao mandril.

[0051] Embora as concretizações da invenção tenham sido mostradas e descritas, modificações das mesmas podem ser feitas por um técnico no assunto sem afastar do espirito e dos ensinamentos da presente invenção. As concretizações aqui descritas são apenas exemplos, e não têm a intenção de ser limitativas. Muitas variações e modificações da invenção aqui descrita são possíveis e estão dentro do escopo da invenção. Por exemplo, as técnicas descritas acima podem ser aplicadas a uma fração dos subconjuntos de pistão, e ainda obter um efeito multiplicador força e/ou o efeito de agregação de força com esses subconjuntos de pistão particulares. Por exemplo, se as técnicas são aplicadas a 3 subconjuntos de pistão de uma coluna de 6 subconjuntos de pistão, a força gerada, coletivamente, pelos três subconjuntos de pistão pode ser dita para multiplicar a força de um subconjunto de pistão três vezes, ou para agregar a força gerada por cada um dos três subconjuntos de pistão, reduzindo assim, a forçanecessária para ser produzida por um destes três subconjuntos de pistão para expandir o referido suporte de revestimento vedador. Por exemplo, na concretização da ferramenta de fixação 100 ilustrada na figura 3, o orifício de ventilação 310 pode ser substituído com uma válvula de fechamento rápido ou uma válvula de retenção acionada por mola. Adicionalmente, nas concretizações da ferramenta de fixação 100 ilustradas na figura 2, figura 5 e figura 7, um disco de ruptura adicional pode ser conectado entre as aberturas de pressurização 240 e o espaço anular 220 como uma redundância, no caso de um dos discos de ruptura falhar ao estourar a uma pressão diferencial desejada. Adicionalmente, em uma concretização, um disco de ruptura ou uma válvula tipo pistão pode ser utilizado com um pistão ou pistões adicionais. Além disso, a ferramenta de fixação 100 pode ser concebida para ferramentas de fixação e/ou outros subconjuntos do que suportes de revestimento vedador, por exemplo, para fixação de obturadores.

[0052] Onde faixas numéricas ou limitações são de forma expressivamente determinadas, tais faixas ou limitações expressas, devem ser entendidas a incluírem faixas ou limitações repetitivas de magnitude semelhantes situando nas faixas ou limitações expressamente determinadas (por exemplo, de cerca de 1 a cerca de 10 inclui, 2, 3, 4, etc.; superior que 0,10 inclui 0,11, 0,12 0,13, etc.). Por exemplo, sempre que uma faixa numérica com um limite inferior, RL e um limite superior, Ro é descrita, qualquer número situado dentro da faixa está especificamente divulgada. Particularmente, os números seguintes dentro da faixa são especificamentedivulgados: R=RL + k* (RG-RL) > onde k é uma variável variandode 1 por cento a 100 por cento com 1 por cento de incremento, isto é, k é 1 por cento, 2 por cento, 3 por cento, 4 por cento, 5 por cento, ... 50 por cento, 51 por cento, 52 por cento, ... 95 por cento, 96 por cento, 97 por cento, 98 por cento, 99 por cento ou 100 por cento. Além disso, qualquer faixa numérica definida por dois números R como definido acima, também é especificamente divulgado. O uso do termo "opcionalmente" em relação a qualquer elemento de uma reivindicação destina-se a significar que o elemento em questão é necessário, ou alternativamente, não é obrigatório. Ambas alternativas são destinadas a estarem dentro do escopo da reivindicação. O uso de termos mais amplos, tais como compreende, inclui, tendo, etc., deve ser entendido para prover suporte para os termos mais restritos, tais como consistindo de, consistindo essencialmente de, substancialmente compreendido de, etc.

[0053] Consequentemente, o escopo de proteção não é limitado pela descrição acima, mas é apenas limitado pelas reivindicações a seguir, incluindo o escopo de todas equivalentes do assunto das reivindicações. Toda e qualquer reivindicação é incorporada na especificação como uma concretização da presente invenção. Assim, as reivindicações são uma descrição adicional e uma adição às concretizações da presente invenção.

Claims

1. Ferramenta de fixação de fundo de poço, caracterizadapelo fato de compreender;- uma carcaça de ferramenta (280);- um mandril oco (130, 140) tendo um orificio transversal (240) que percorre a partir de uma parte interna do mandril para uma parte externa do mandril, o mandril estando posicionado na carcaça de ferramenta (280);- um pistão (200) posicionado entre o mandril (130, 140) e a carcaça de ferramenta (280);- um anel (170) posicionado entre o mandril (130, 140) e a carcaça de ferramenta (280), onde a carcaça de ferramenta (280), o mandril (130, 140), o pistão (200) e o anel (170) definem um espaço anular (220); e- uma válvula posicionada no anel (170), entre o espaço anular (220) e um segundo espaço anular (320) definido parcialmente pelo anel (170) e a carcaça de ferramenta (280), sendo que a válvula compreende uma válvula de retenção acionada por mola (440).

2. Ferramenta de fixação de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de compreender adicionalmente uma segunda válvula posicionada em uma extremidade de pelo menos um orificio transversal (240), sendo que, em uma posição fechada, a segunda válvula bloqueia um trajeto de comunicação de fluido entre o interior do mandril e o espaço anular (220) através do pelo menos um orificio transversal (240), sendo que a segunda válvula compreende um disco de ruptura.

3. Ferramenta de fixação de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreenderadicionalmente uma segunda válvula posicionada em uma extremidade de pelo menos um orificio transversal (240) , sendo que, em uma posição fechada, a segunda válvula bloqueia um trajeto de comunicação de fluido entre o interior do mandril e o espaço anular (220) através do pelo menos um orificio transversal (240), sendo que a segunda válvula compreende um pistão de válvula (340).

4. Ferramenta de fixação de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente uma segunda válvula posicionada em uma extremidade de pelo menos um orificio transversal (240), sendo que, em uma posição fechada, a segunda válvula bloqueia um trajeto de comunicação de fluido entre o interior do mandril e o espaço anular (220) através do pelo menos um orificio transversal (240).

5. Ferramenta de fixação de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de a segunda válvula compreender um pistão de válvula (340) .

6. Ferramenta de fixação de fundo de poço, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de a segunda válvula compreender adicionalmente um tampão (350) configurado para se encaixar com o pistão de válvula (340).