BR122020007412B1 - Método para completar um poço, e, conexão de tubulação de furo de poço - Google Patents

Abstract

são descritos aparelho e métodos para completar um furo de poço, usando tubular expansível para formar uma conexão vedada. mais particularmente, modalidades da presente invenção referem-se à formação de uma vedação entre um tubular radialmente expandido e um receptáculo, em que protuberâncias de formato anular se estendendo radialmente estão presentes entre o tubular e o receptáculo para formar uma conexão vedada durável entre eles.

Description

FUNDAMENTOS Campo técnico

[0001] A presente invenção refere-se a equipamento e métodos usados em poços subterrâneos e, mais particularmente, a uma vedação de conexão expansível.

Fundamentos da técnica

[0002] Furos de poço são formados tipicamente por perfuração e, em seguida, revestindo internamente o furo de sondagem com tubos de aço chamados de revestimento. O revestimento provê suporte ao furo de poço e facilita o isolamento de certas áreas do furo de poço adjacentes a formações portadoras de hidrocarboneto. O revestimento tipicamente se estende para baixo, o furo de poço a partir da superfície do poço e a área anular entre o lado externo do revestimento e o furo de sondagem no terreno é preenchido com cimento para unir permanentemente o revestimento no furo de poço.

[0003] Quando um furo de poço é perfurado até uma nova profundidade, colunas adicionais de tubo são introduzidas no poço até esta profundidade, por meio do que a porção superior da coluna e tubos ou revestimento interno fica sobrejacente à porção inferior do revestimento. A coluna de revestimento interno é, então, fixada ou pendurada no furo de poço, normalmente por algum meio de cunha mecânica, bem conhecida na técnica.

[0004] Em alguns casos, poços são completados com perfuração remota do revestimento interno para prover um trajeto de fluido para hidrocarbonetos entrarem no furo de poço, onde fluem para uma porção triada de outro tubular menor ou tubulação de produção. Nestes casos, o furo de poço ao redor da tubulação é isolado com obturadores para fechar a área anular e pressionar os hidrocarbonetos para dentro da tubulação de produção. Em outras completações, a última coluna de revestimento interno que se estende para dentro do furo de poço é, ela mesma, pré-entalhada ou perfurada para receber e transportar hidrocarbonetos para cima por dentro do furo de poço. Nestes casos, a tubulação de produção é normalmente conectada ao topo do revestimento interno para servir como conduto até a superfície do poço. Desse modo, o revestimento interno é “conectado” à superfície do poço.

[0005] Para completar-se estes tipos de poços, a tubulação de produção é inserida no topo de um revestimento interno em uma relação de vedação, normalmente realizada pelo uso de um receptáculo de furo provido no topo do revestimento interno. Um receptáculo de cavidade polida tem um furo interno cilíndrico liso projetado para receber e vedar um tubular tendo um conjunto de vedação em sua extremidade inferior. A combinação de receptáculo de cavidade polida e conjunto de vedação permite que a tubulação de produção seja “intrudida” no revestimento interno em uma relação de vedação e seja seletivamente removida da mesma. Como usado aqui, o termo “receptáculo de cavidade polida” refere-se a um dispositivo usado para localizar e vedar um primeiro tubular em um segundo tubular.

[0006] Tecnologia bem conhecida permite que membros tubulares de furos de poço sejam expandidos no local. Além de simplesmente alargar um tubular, a tecnologia permite o acoplamento físico de um tubular menor a um tubular maior, por aumentar o diâmetro externo de um tubular menor com força radial a partir de dentro. A expansão pode ser realizada por um mandril ou um membro em forma de cone pressionado através do tubular para ser expandido ou por uma ferramenta expansora introduzida em uma coluna de tubulares para um exemplo de uma ferramenta expansora, ver: patente US 7.779.910, emitida em 24 de agosto de 2010 para Watson, intitulada “Expansion Cone For Expandable Liner Hanger”, aqui incorporada pela referência para todos os fins. Adicionalmente, o termo “ferramenta expansora” é usado aqui para se referir a qualquer membro usado para expandir um tubular, como uma ferramenta expansora de rolo, um membro de cone, pressão hidráulica ou qualquer outro tipo de membro de expansão usado na indústria de olé e gás.

[0007] Vedações de conexões incorporam, tipicamente, elastômeros na interface de vedação. Fluidos cáusticos, altas temperaturas e altas pressões encontrados no interior do furo muitas vezes precipitam a degradação de vedações elastoméricas. Vedações degradadas podem desenvolver vazamentos que podem ser onerosos para uma operação, se deixadas no lugar ou substituídas. Quando deixadas no lugar, a qualidade de uma corrente de produção pode ser prejudicada. Quando substituídas, o custo de equipamento e trabalho, bem como custos de produção perdida, durante o tempo de paralisação para substituição, se acumularão. Consequentemente, há necessidade na técnica de uma vedação de conexão altamente durável, sem elastômeros e que proveja uma vedação confiável.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] Modalidades da presente invenção se referem, de modo geral, a métodos e aparelhos para completar um poço. Particularmente, a invenção se refere a um sistema de completação de furo de poço através da expansão de tubular. Mais particularmente, modalidades da presente invenção se referem a um sistema de vedação de conexão, no qual o primeiro tubular contém um receptáculo de cavidade polida configurado para vedar com o segundo tubular, provendo, desse modo, uma conexão vedada entre eles.

[0009] É descrito aqui um sistema de vedação de conexão. O sistema inclui membros tubulares receptivos para formar um conjunto de vedação de conexão no mesmo. O conjunto de vedação de conexão inclui dois tubulares telescópicos com as porções sobrepostas de ajuste por cunha, pelo menos uma sendo feita de material metálico plasticamente deformável. O tubular interior tem protuberâncias anulares e estendendo radialmente sobre o mesmo que, quando os tubulares são plasticamente deformados para formar uma vedação de conexão, as protuberâncias se encaixam no interior do tubular externo para aumentar a vedação e durabilidade do sistema de vedação.

[00010] É ainda descrito um método e vedar uma conexão a um tubular. O método inclui: posicionar um membro tubular metálico deformável da conexão dentro de um membro tubular externo; expandir o tubular deformável em uma direção radial para contactar o tubular externo. A etapa de expansão faz com que as protuberâncias encaixem o tubular externo, criando áreas de contato anular compreendendo deformação plástica da parede interna do membro tubular externo.

[00011] É descrito ainda um sistema e método de conexão no qual as protuberâncias espaçadas radialmente sobre a superfície externa do membro tubular interno têm uma seção transversal geralmente de formato triangular.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00012] Os desenhos aqui incorporados formam uma parte do relatório para ilustrar pelo menos uma modalidade e exemplo da presente invenção. Juntamente com a descrição, os desenhos servem para explicar os princípios da invenção. Os desenhos servem apenas à finalidade de ilustrar pelo menos exemplo preferido de pelo menos uma modalidade, não devendo ser considerado como imitador da invenção apenas ao exemplo ou exemplos ilustrados e descritos. As diversas vantagens e características das várias modalidades da presente invenção serão visíveis a partir da consideração dos desenhos, nos quais: a figura 1 é um sistema de vedação de conexão da presente invenção, ilustrada em uma seção longitudinal antes da expansão; a figura 1A é uma seção transversal ampliada da figura 1; a figura 2 é uma configuração de sistema de vedação de conexão da presente invenção, ilustrada em seção longitudinal subsequente à expansão; e a figura 2A é uma seção transversal ampliada da figura 2.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00013] Modalidades da presente invenção se referem, geralmente, a métodos e aparelhos para a completação de um poço. Particularmente, a invenção se refere a um sistema de completar um furo de poço através da expansão e um ou mais membros tubulares. Mais particularmente, modalidades da presente invenção se referem à expansão concorrente de um primeiro e segundo tubular, em que o primeiro tubular contém um receptáculo de cavidade polida para formar uma vedação e conexão, configurada para receber de modo vedado uma porção do segundo tubular, provendo, desse modo, uma conexão vedável entre eles.

[00014] Com referência mais particular aos desenhos, nos quais caracteres de referência iguais são usados em todas as figuras para designar partes iguais ou correspondentes, é mostrado nas figuras uma modalidade do sistema de vedação de conexão da presente invenção.

[00015] Com relação às figuras 1 e 1A, uma modalidade de configuração de vedação de conexão de metal contra metal é usada para formar uma vedação entre a tubulação de poço 5 e tubulação de poço 6. A tubulação de poço 6 foi introduzida (instalada) em uma porção revestida do furo de poço (não mostrada) e montada pendente no furo de poço. A montagem não está mostrada, mas métodos para suspender a tubulação 6 no furo de poço são bem conhecidos na indústria. A tubulação 5 foi baixada no furo de poço e a extremidade inferior inserida em uma direção furo abaixo DH na extremidade superior da tubulação 6.

[00016] Nesta modalidade, a porção telescopada ou sobreposta de tubulação de poço 5 compreende um mandril de vedação de conexão 2. A porção telescopada ou sobreposta de tubulação de poço 6 compreende um receptáculo de cavidade polida 1. O receptáculo pode ser um receptáculo de cavidade polida ou ter forma igual. Para fins descritivos, o cone 3 de uma ferramenta expansora está ilustrado na figura 3 em posição para ser movida através do conjunto de vedação de conexão para deformar o mandril de vedação 2 em encaixe vedado com o receptáculo de conexão 1.

[00017] O mandril de vedação de conexão 2 compreende um membro tubular feito de material metálico deformável. O mandril 2 tem um diâmetro externo e espessura de parede que, quando comparados com a tubulação de poço 5 é menor e mais fino, respectivamente. A espessura de parede do receptáculo de conexão 1 é mais fina do que a espessura de parede da tubulação de poço 6.

[00018] De acordo com uma característica particular, a presente invenção usa uma pluralidade de protuberâncias metálicas se estendendo radialmente ou cristas 4 que são, de preferência, integramente formadas sobre os membros tubulares, por exemplo, por fundição e/ou usinagem. As cristas 4 são axialmente espaçadas por uma distância D. As cristas 4 têm formato anular pelo fato de se estenderem continuamente ao redor da circunferência da superfície externa do mandril de vedação 2. Em outras palavras cada protuberância não tem fim ou tem formato de anel em contraste com o padrão espiral com extremidades que presente em uma conexão por roscas. Como ilustrado em detalhe na figura 1A, estas protuberâncias 4 têm uma seção transversal afunilada que, nesta modalidade, tem geralmente formato de seção transversal triangular com as paredes opostas 7 inclinadas uma em direção à outra e a um ângulo A na faixa de cerca de 30° a cerca de 60°. Os vértices externos de cada uma das cristas 4 são achatados para formar paredes externas anulares 8. Na modalidade preferida, as paredes 8 têm um formato cilíndrico para formar uma área de contato cilíndrica. Entretanto, é possível que as paredes 8 posem ter uma superfície que pareça côncava ou convexa quando vistas em uma seção transversal, como na figura 1A.

[00019] As figuras 2 e 2A ilustram graficamente a configuração de vedação de conexão de metal contra metal após ter sido feita pelo cone ou ferramenta de expansão 3. Conforme ilustrado, o cone 3 da ferramenta expansora pode contactar elasticamente as costas do receptáculo 1 ou deformar o mandril de conexão 2 e receptáculo de conexão 1 na párea de contato. De acordo com uma característica particular da presente invenção, a protuberância 4 pode se deformar e/ou ser embutida na parede interna do receptáculo de conexão 1 para formar uma área de contato anular que atua como uma vedação anular metálica.

[00020] Como ilustrado em forma de diagrama na figura 2A, é previsto que as protuberâncias 4 possam causar deformações plásticas 11 na parede interna 14 do receptáculo de conexão 1 quando o processo de expansão é executado. Na figura 2A, as deformações 12 penetram uma distância “P” na superfície interna 14. Acredita-se que as protuberâncias 4 possam, do mesmo modo, ser plasticamente deformadas durante o processo de expansão. Como resultado do encaixe entre as protuberâncias 4 e as deformações 12, uma pluralidade de áreas de contato anular de metal contra metal se estendendo circunferencialmente são criadas, formando uma pluralidade de vedações anulares espaçadas ao longo da extensão do conjunto de vedação. Além disso, como ilustrado na figura 2A, um interstício “G” pode ser formado na interface entre a superfície interna 14 do receptáculo de conexão 1 e a superfície externa 15 do mandril de vedação 2. O interstício “G” porta de drenagem estar presente ao longo de toda ou porções da interface em que as protuberâncias não estejam presentes.

[00021] A interação entre as protuberâncias 4 e superfície de parede interna do receptáculo de conexão 14 pode ser alterada pela seleção de materiais da seção de tubulação. Formando-se o receptáculo de material relativamente duro e o mandril com uma menor dureza, mais deformação das protuberâncias pode ser esperada. As dimensões das seções e cone podem ser selecionadas para variar pó processo de expansão e quantidade e deformação na área de vedação.

[00022] Em outra modalidade, as protuberâncias ilustradas na figura 1A são formadas sobre a parede interna do receptáculo de conexão, em vez de, ou, em adição às protuberâncias sobre o receptáculo de conexão.

[00023] Embora composições e métodos sejam descritos em termos de “compreendendo”, “contendo” ou “incluindo”, vários componentes ou etapas, as composições e métodos podem também “consistir essencialmente de” ou “consistir de” vários componentes e etapas. Como usadas aqui, as palavras “compreender”, “ter”, “incluir” e todas suas variações gramaticais têm a intenção de apresentar um significado aberto, não limitativo, que não excluem elementos ou etapas adicionais.

[00024] Por conseguinte, as presentes invenções são bem adaptadas para executar os objetivos e atingir as finalidades e vantagens mencionadas, bem como aquelas que lhe sejam inerentes. Embora a invenção tenha sido ilustrada, descrita e definida por referência a modalidades exemplificativas das invenções, tal referência não implica em limitação sobre a invenção, e nenhuma tal limitação é pretendida. As invenções são capazes de consideráveis modificações, alterações e equivalentes em forma e função, como ocorrerá a alguém experiente na técnica e tendo o benefício desta descrição. As modalidades ilustradas e descritas das invenções são apenas exemplificativas, e não são exaustivas do escopo das invenções. Consequentemente, as invenções pretendem ser limitadas apenas pelo espírito e escopo das reivindicações apensas, dando total conhecimento a equivalentes em todos os aspectos.

[00025] Além disso, os termos nas reivindicações têm seu significado puro, normal, a não ser que explicitamente e claramente definidos de outro modo pelo Requerente. Além disso, os artigos indefinidos “um” ou “uma” conforme usados nas reivindicações, são definidos como significando um ou mais de um do elemento que ele introduz. Se houver algum conflito no uso de uma palavra ou termo neste relatório e uma ou mais patentes ou outros documentos que possam ser incorporados aqui pela referência, as definições consistentes com este relatório devem ser adotadas.

Claims (23)

1. Método para completar um poço, tendo uma seção de furo de poço revestida, o método caracterizado pelo fato de compreender: colocar um primeiro membro tubular no poço, e suspender o primeiro membro tubular na seção do furo de poço revestido em uma localização subterrânea; colocar um segundo membro tubular (5) no poço de tal modo que uma porção (2) do segundo membro tubular metálico é telescopada dentro de uma porção do primeiro membro tubular e uma porção de uma superfície externa do segundo membro tubular se estende adjacente a uma porção (1) de uma superfície interna do primeiro membro tubular, as respectivas porções telescopadas dos primeiro e segundo membros tubulares tendo uma espessura de parede reduzida em relação às respectivas porções remanescentes dos primeiro e segundo membros tubulares, e uma pluralidade de protuberâncias anulares metálicas, cada uma sendo formada em pelo menos uma das superfícies internas e externas adjacentes; e expandir o segundo membro tubular de tal modo que cada uma das protuberâncias anulares metálicas fique em contato vedante e deforme plasticamente pelo menos a outra da superfície interna e externa adjacente na qual a protuberância metálica anular não é formada, em que, quando cada protuberância metálica anular inicialmente contata a outra das superfícies interna e externa adjacentes, interstícios são presentes em lados axialmente opostos da protuberância metálica anular, os interstícios sendo parcialmente fechados sobre a expansão do segundo membro tubular.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as protuberâncias metálicas anulares são integralmente formadas na pelo menos uma superfície interna e externa adjacentes, e em que as protuberâncias anulares cada uma possui um vértice externo achatado.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as protuberâncias anulares metálicas serem axialmente espaçadas nas pelo menos uma superfície interna ou externa adjacentes.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa de expandir o segundo membro tubular compreender formar vedações anulares metálicas entre as superfícies interna e externa adjacentes dos primeiro e segundo membros tubulares.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada protuberância metálica se estender continuamente ao redor de pelo menos uma das superfícies interna e externa adjacentes na qual a protuberância anular metálica é formada.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a etapa de expandir o segundo membro tubular compreender formar áreas de contato entre cada uma das protuberâncias anulares metálicas e a outra das superfícies interna e externa adjacentes na qual a protuberância anular metálica não está formada, e em que as áreas de contato não possuem extremidade.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos uma da pluralidade de protuberâncias ter uma seção transversal afunilada.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos uma da pluralidade de protuberâncias anulares metálicas compreender um formato de seção transversal geralmente triangular.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos uma da pluralidade de protuberâncias compreender paredes laterais anulares opostas inclinadas uma em direção à outra a ângulos de 30° a 60°.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos uma da pluralidade de protuberâncias anulares metálicas ter uma parede anular externa para contatar a outra das superfícies interna e externa adjacentes nas quais a protuberância anular metálica não está formada.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de uma pluralidade de protuberâncias anulares metálicas ser integralmente formada sobre ambas as superfícies interna e externa adjacentes dos primeiro e segundo membros tubulares.

12. Conexão de tubulação de furo de poço para uso na conexão de tubulação em uma localização subterrânea, caracterizada pelo fato de compreender: primeiro e segundo membros tubulares; uma porção de extremidade do segundo membro tubular que é telescopicamente recebível dentro de uma porção de extremidade do primeiro membro tubular para formar uma área sobreposta de tal modo que uma superfície interna do primeiro membro tubular se estende adjacente à superfície externa do segundo membro tubular, as respectivas porções de extremidade telescopadas dos primeiro e segundo membros tubulares tendo espessuras de parede reduzidas relativas às respectivas porções remanescentes dos primeiro e segundo membros tubulares; e uma pluralidade de protuberâncias de formato anular se estendendo radialmente cada uma formada sobre pelo menos uma das superfícies interna e externa adjacentes, em que, quando a porção de extremidade do segundo membro tubular é telescopada dentro da porção de extremidade do primeiro membro tubular, o segundo membro tubular é expansível de tal modo que cada uma de suas protuberâncias está em contato selante entre si, e deforma plasticamente, pelo menos a outra das superfícies interna e externa adjacentes nas quais a protuberância não é formada, e em que, quando cada protuberância inicialmente contata a outra das superfícies interna e externa adjacentes, interstícios são presentes em lados axialmente opostos da protuberância, os interstícios sendo parcialmente fechados mediante a expansão do segundo membro tubular.

13. Conexão de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de as protuberâncias serem integralmente formadas sobre o segundo membro tubular.

14. Conexão de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de as protuberâncias serem integralmente formadas sobre o primeiro membro tubular.

15. Conexão de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de as protuberâncias serem integralmente formadas sobre ambos os primeiro e segundo membros tubulares.

16. Conexão de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de as protuberâncias anulares serem axialmente espaçadas sobre a pelo menos uma das superfícies interna e externa adjacentes.

17. Conexão de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de as protuberâncias formarem vedações anulares metálicas entre as superfícies internas e externas adjacentes dos primeiro e segundo membros tubulares.

18. Conexão de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de cada uma da pluralidade de protuberâncias se estender continuamente ao redor da pelo menos uma das superfícies interna e externa adjacentes.

19. Conexão de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de as áreas de contato serem formadas entre as protuberâncias e a outra das superfícies interna e externa na qual a protuberância não está formada, e em que as áreas de contato não possuem extremidade.

20. Conexão de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de pelo menos uma das protuberâncias ter uma seção transversal afunilada.

21. Conexão de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de pelo menos uma das protuberâncias compreender um formato de seção transversal geralmente triangular.

22. Conexão de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de a pluralidade de protuberâncias compreender paredes laterais anulares opostas inclinadas uma em direção à outra a ângulos de 30° a 60°.

23. Conexão de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de cada uma das protuberâncias ter uma parede anular externa para contatar a superfície interna de outra das superfícies interna e externa na qual a protuberância não está formada

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