BR122023025881A2

BR122023025881A2 - Elemento de prevenção de lavagem para elementos de vedação de metal expansíveis

Info

Publication number: BR122023025881A2
Application number: BR122023025881-9A
Authority: BR
Inventors: Michael Linley Fripp; Stephen Michael Greci; Abdel Hamid R. Abeidoh; Christopher Michael Pelto
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc.
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2024-04-24

Abstract

Métodos para posicionar um elemento de vedação de metal expansível no furo de poço. Um método de exemplo inclui um elemento de vedação de metal expansível tendo um metal reativo e disposto em um local. O método inclui ainda acionar um elemento de prevenção de lavagem, colocar o elemento de vedação de metal expansível em contato com um fluido que reage com o metal reativo para produzir um produto de reação com um volume maior que o metal reativo e permitir que o elemento de prevenção de lavagem evite pelo menos uma parte do produto da reação flua para longe do local.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[001] Este pedido é um Pedido Internacional que reivindica prioridade para o Pedido Não Provisório U.S. 16/655.052 depositado em 16 de outubro de 2019, cuja divulgação está incorporada por referência neste documento em sua totalidade.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente divulgação se refere à prevenção de lavagem de elementos de vedação de metal expansíveis e, mais particularmente, ao uso de um elemento de prevenção de lavagem para evitar a lavagem do produto de reação do elemento de vedação de metal expansível devido ao fluxo através do elemento de vedação de metal expansível.

FUNDAMENTOS

[003] Os elementos de vedação podem ser usados para uma variedade de aplicações de furo de poço, incluindo a formação de vedações anulares dentro e ao redor de condutos em ambientes de furo de poço. Normalmente, os elementos de vedação compreendem materiais intumescentes que podem intumescer se entrarem em contato com fluidos indutores de intumescimento específicos. Um exemplo desses elementos de vedação expansíveis são packers expansíveis que podem formar vedações anulares em furos de poços abertos e revestidos. A vedação anular pode restringir toda ou uma porção da comunicação de fluido e/ou pressão na interface de vedação. A formação de vedação é uma parte importante das operações do poço em todas as fases de perfuração, completação e produção.

[004] Muitas espécies dos materiais intumescentes acima mencionados compreendem elastômeros. Elastômeros, como borracha, intumescem quando em contato com um fluido indutor de intumescimento. O fluido indutor de intumescimento pode se difundir no elastômero onde uma porção pode ser retida dentro da estrutura interna do elastômero. Materiais intumescentes, como elastômeros, podem ser limitados ao uso em ambientes de furo de poço específicos, por exemplo, aqueles sem alta salinidade e/ou altas temperaturas. A presente divulgação fornece aparelhos e métodos aprimorados para vedar elementos e formar vedações em aplicações de furo de poço.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[005] Os exemplos ilustrativos da presente divulgação estão descritos em detalhes a seguir com referência às figuras de desenhos anexas que estão incorporadas por referência neste documento e em que: A FIG. 1 é uma ilustração em seção transversal de um sistema de vedação de furo de poço exemplificativo de acordo com os exemplos divulgados neste documento; A FIG. 2 é uma ilustração em seção transversal do sistema de vedação de furo de poço de exemplo da FIG. 1 após o acionamento dos elementos de prevenção de solapamento de acordo com os exemplos divulgados neste documento; A FIG. 3 é outra ilustração em seção transversal de um sistema de vedação de furo de poço exemplificativo de acordo com os exemplos divulgados neste documento; A FIG. 4 é uma ilustração em seção transversal de outro sistema de vedação de furo de poço exemplificativo de acordo com os exemplos divulgados neste documento; A FIG. 5 é uma ilustração em seção transversal de outro sistema de vedação de furo de poço exemplificativo de acordo com os exemplos divulgados neste documento; A FIG. 6 é uma ilustração em seção transversal do sistema de vedação de furo de poço da FIG. 5 após a expansão do elemento de vedação de metal expansível e o intumescimento do elemento de prevenção de lavagem de acordo com os exemplos divulgados neste documento; A FIG. 7 é uma ilustração em seção transversal de outro sistema de vedação de furo de poço exemplificativo de acordo com os exemplos divulgados neste documento; A FIG. 8 é uma ilustração em seção transversal do sistema de vedação de furo de poço da FIG. 7 após a expansão do elemento de vedação de metal expansível e a liberação e absorção de um fluido pelos polímeros absorventes de acordo com os exemplos divulgados neste documento; A FIG. 9 é uma ilustração em seção transversal de outro sistema de vedação de furo de poço exemplificativo de acordo com os exemplos divulgados neste documento; A FIG. 10 é uma ilustração em seção transversal de outro sistema de vedação de furo de poço exemplificativo de acordo com os exemplos divulgados neste documento; A FIG. 11 é uma ilustração em seção transversal do sistema de vedação de furo de poço da FIG. 10 após a expansão do elemento de vedação de metal expansível e a inflação da bexiga inflável de acordo com os exemplos divulgados neste documento; A FIG. 12 é uma ilustração em seção transversal de outro sistema de vedação de furo de poço exemplificativo de acordo com os exemplos divulgados neste documento; e A FIG. 13 é uma ilustração isométrica do sistema de vedação de furo de poço da FIG. 12 após a degradação da contenção degradável e a liberação das fileiras de pétalas de acordo com os exemplos divulgados neste documento.

[006] As figuras ilustradas são apenas exemplificativas e não devem afirmar ou implicar em nenhuma limitação com relação ao ambiente, arquitetura, projeto ou processo nos quais diferentes exemplos podem ser implementados.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[007] A presente divulgação se refere à prevenção de lavagem de elementos de vedação de metal expansíveis e, mais particularmente, ao uso de um elemento de prevenção de lavagem para evitar a lavagem do produto de reação do elemento de vedação de metal expansível devido ao fluxo através do elemento de vedação de metal expansível.

[008] Na seguinte descrição detalhada de vários exemplos ilustrativos, é feita referência aos desenhos anexos que fazem parte dos mesmos e nos quais são mostrados a título de ilustração, exemplos que podem ser praticados. Estes exemplos estão descritos em detalhes suficientes para permitir que os versados na técnica pratiquem os mesmos, deve-se entender que outros exemplos podem ser utilizados e que mudanças lógicas estruturais, mecânicas, elétricas e químicas podem ser feitas sem se afastar do espírito ou escopo dos exemplos divulgados. Para evitar detalhes não necessários para permitir aos versados na técnica praticar os exemplos descritos neste documento, a descrição pode omitir certas informações conhecidas pelos versados na técnica. A seguinte descrição detalhada, portanto, não deve ser tomada em um sentido limitante e o escopo dos exemplos ilustrativos é definido apenas pelas reivindicações anexas.

[009] A menos que indicado de outra forma, todos os números que expressam quantidades de ingredientes, propriedades, tal como peso molecular, condições de reação e assim por diante, usados no presente relatório descritivo e nas reivindicações associadas serão entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo “cerca de.” Por conseguinte, a menos que indicado o contrário, os parâmetros numéricos estabelecidos no seguinte relatório descritivo e nas reivindicações anexas são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas procuradas pelos exemplos da presente divulgação. No mínimo, e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina dos equivalentes ao escopo das reivindicações, cada parâmetro numérico deve, pelo menos, ser interpretado à luz do número de dígitos significativos reportados e aplicando as técnicas de arredondamento comuns. Deve-se notar que, quando “cerca de” está no início de uma lista numérica, “cerca de” modifica cada número da lista numérica. Adicionalmente, em algumas listagens numéricas de faixas, alguns limites inferiores listados podem ser maiores do que alguns limites superiores listados. Um versado na técnica reconhecerá que o subconjunto selecionado exigirá a seleção de um limite superior além do limite inferior selecionado.

[0010] A menos que de outra forma especificada, qualquer uso de qualquer forma dos termos “conectar”, “engatar”, “acoplar”, “fixar” ou qualquer outro termo que descreva uma interação entre elementos não se destina a limitar interação à interação direta entre os elementos e também pode incluir interação indireta entre os elementos descritos. Além disso, qualquer uso de qualquer forma dos termos “conectar”, “engatar”, “acoplar”, “anexar” ou qualquer outro termo que descreva uma interação entre elementos inclui itens formados integralmente juntos sem o auxílio de fixadores externos ou dispositivos de união. Na discussão a seguir e nas reivindicações, os termos “incluindo” e “compreendendo” são usados de uma forma aberta e, assim, devem ser interpretados para significar “incluindo, mas não se limitando a.” A menos que indicado de outra forma, como usado ao longo deste documento, “ou” não requer exclusividade mútua.

[0011] Os termos furo acima e fundo de poço podem ser usados para se referir à localização de vários componentes em relação ao fundo ou extremidade de um poço. Por exemplo, um primeiro componente descrito como furo acima a partir de um segundo componente pode estar mais afastado da extremidade do poço que o segundo componente. Da mesma forma, um primeiro componente descrito como estando no fundo de poço de um segundo componente pode estar localizado mais perto da extremidade do poço que o segundo componente.

[0012] Exemplos dos métodos e sistemas descritos neste documento referem-se ao uso de elementos de vedação compreendendo metais reativos. Conforme usado neste documento, “elementos de vedação” se refere a qualquer elemento usado para formar uma vedação. Uma “vedação” é uma barreira à passagem de um líquido e/ou gás. Em alguns exemplos, os elementos de vedação de metal descritos neste documento podem formar uma vedação que está em conformidade com o padrão de validação da International Organization for Standardization (ISO) 14310:2001/API Specification 11D1 1a Edição norma de validação para Grade V5: Liquid Test. Os elementos de vedação de metal se expandem pela reação do metal reativo com um fluido indutor de reação específico para produzir um produto de reação com um volume maior do que o reagente de metal reativo de base. Por “expandir”, “expansão” ou “expansível” entende-se que o elemento de vedação de metal expansível aumenta seu volume à medida que o metal reativo reage com o fluido indutor de reação, como uma salmoura. Esta reação induz a formação dos produtos de reação resultando na expansão volumétrica do elemento de vedação de metal à medida que esses produtos de reação são formados. Os produtos de reação do metal expansível e do fluido indutor de reação ocupam mais espaço volumétrico do que o metal reativo não reagido e, assim, o elemento de vedação de metal se expande para fora à medida que a reação do metal reativo com o fluido indutor de reação prossegue. Vantajosamente, os elementos de vedação de metal reativos podem ser usados em uma variedade de aplicações de furo de poço onde uma vedação irreversível é desejada. Ainda uma vantagem adicional é que os elementos de vedação de metal expansíveis podem intumescer em ambientes de alta salinidade e/ou alta temperatura que podem ser inadequados para algumas outras espécies de elementos de vedação. Uma vantagem adicional é que os elementos de vedação de metal expansíveis compreendem uma ampla variedade de metais e ligas metálicas e podem se expandir em contato com fluidos indutores de reação, incluindo uma variedade de fluidos de furo de poço. Outra vantagem é que os elementos de vedação metálicos expansíveis podem ser usados como substitutos para outros tipos de elementos de vedação (por exemplo, elementos de vedação elastoméricos), ou podem ser usados como backups para outros tipos de elementos de vedação. Uma outra vantagem é que um elemento de prevenção de lavagem pode ser usado para evitar a lavagem dos produtos de reação antes que eles solidifiquem em uma vedação. Ainda uma vantagem adicional é que o elemento de prevenção de lavagem pode ser temporário ou permanente conforme desejado. Como benefício adicional em alguns exemplos, o elemento de prevenção de lavagem pode ser degradado após a formação da vedação. Outra vantagem é que o elemento de vedação de metal expansível e o elemento de prevenção de lavagem podem ser usados em uma ampla variedade de condutos de furo de poço e ferramentas de fundo de poço, incluindo tubulação, revestimento, liners, suspensores de liner e semelhantes.

[0013] O elemento de vedação de metal expansível compreende um metal reativo que sofre uma reação na presença de um fluido indutor de reação (por exemplo, uma salmoura) para formar um produto de reação (por exemplo, hidróxidos metálicos). Os produtos de reação resultantes ocupam mais espaço volumétrico em relação ao reagente de metal reativo de base. Esta diferença de volume permite que o elemento de vedação de metal seja expansível de modo que possa formar uma vedação na interface do elemento de vedação de metal expandido e qualquer superfície adjacente. O magnésio pode ser usado para ilustrar a expansão volumétrica do metal reativo à medida que sofre reação com o fluido indutor de reação. Um mol de magnésio tem uma massa molar de 24 g / mol e uma densidade de 1,74 g /cm3resultando em um volume de 13,8 cm3/mol. O hidróxido de magnésio, o produto da reação do magnésio e um fluido indutor de reação aquoso, tem uma massa molar de 60 g/mol e uma densidade de 2,34 g/cm3, resultando em um volume de 25,6 cm3/mol. O volume de hidróxido de magnésio de 25,6 cm3/mol é um aumento de 85% no volume em relação ao volume de 13,8 cm3/mol do mol de magnésio. Como outro exemplo, um mol de cálcio tem uma massa molar de 40 g / mol e uma densidade de 1,54 g /cm3resultando em um volume de 26,0 cm3/mol. O hidróxido de cálcio, o produto da reação do cálcio e de um fluido aquoso indutor de reação, tem uma massa molar de 76 g/mol e uma densidade de 2,21 g/cm3, resultando em um volume de 34,4 cm3/mol. O volume de hidróxido de cálcio de 34,4 cm3/mol é um aumento de 32% no volume em relação ao volume de 26,0 cm3/mol do mol de cálcio. Ainda como outro exemplo, um mol de alumínio tem uma massa molar de 27 g / mol e uma densidade de 2,7 g /cm3resultando em um volume de 10,0 cm3/mol. O hidróxido de alumínio, o produto da reação do alumínio e de um fluido indutor de reação aquoso, tem uma massa molar de 63 g/mol e uma densidade de 2,42 g/cm3resultando em um volume de 26 cm3/mol. O volume de hidróxido de alumínio de 26 cm3/mol é um aumento de 160% no volume em relação ao volume de 10 cm3/mol do mol de alumínio. O metal reativo pode compreender qualquer metal ou liga metálica que sofre uma reação para formar um produto de reação com um volume maior do que o metal reativo de base ou reagente de liga.

[0014] Exemplos de metais adequados para o metal reativo incluem, mas não estão limitados a, magnésio, cálcio, alumínio, estanho, zinco, berílio, bário, manganês ou qualquer combinação dos mesmos. Os metais preferidos incluem magnésio, cálcio e alumínio.

[0015] Exemplos de ligas metálicas adequadas para o metal reativo incluem, mas não estão limitados a, ligas de magnésio, cálcio, alumínio, estanho, zinco, berílio, bário, manganês ou qualquer combinação dos mesmos. As ligas metálicas preferidas incluem ligas de magnésio-zinco, magnésio-alumínio, cálcio-magnésio ou alumínio-cobre. Em alguns exemplos, as ligas metálicas podem compreender elementos de liga que não são metálicos. Exemplos desses elementos não metálicos incluem, mas não estão limitados a, grafite, carbono, silício, nitreto de boro e semelhantes. Em alguns exemplos, o metal é ligado para aumentar a reatividade e/ou controlar a formação de óxidos.

[0016] Em alguns exemplos, a liga metálica também é ligada a um metal dopante que promove a corrosão ou inibe a passivação e, assim, aumenta a formação de hidróxido. Exemplos de metais dopantes incluem, mas não estão limitados a, níquel, ferro, cobre, carbono, titânio, gálio, mercúrio, cobalto, irídio, ouro, paládio ou qualquer combinação dos mesmos.

[0017] Em alguns exemplos, o metal reativo compreende um óxido. Como exemplo, o óxido de cálcio reage com a água em uma reação energética para produzir hidróxido de cálcio. Um mol de óxido de cálcio ocupa 9,5 cm3, enquanto um mol de hidróxido de cálcio ocupa 34,4 cm3. Esta é uma expansão volumétrica de 260% do mol de óxido de cálcio em relação ao mol de hidróxido de cálcio. Exemplos de óxidos metálicos adequados para o metal reativo podem incluir, mas não estão limitados a, óxidos de quaisquer metais aqui divulgados, incluindo magnésio, cálcio, alumínio, ferro, níquel, cobre, cromo, estanho, zinco, chumbo, berílio, bário, gálio, índio, bismuto, titânio, manganês, cobalto ou qualquer combinação dos mesmos.

[0018] Deve ser entendido que o metal reativo selecionado é escolhido de modo que o elemento de vedação de metal expansível formado não se dissolva ou de outra forma se degrade no fluido indutor de reação. Como tal, pode ser preferida a utilização de metais ou ligas metálicas para o metal reativo que formam produtos de reação relativamente insolúveis no fluido indutor de reação. Como exemplo, os produtos da reação de hidróxido de magnésio e hidróxido de cálcio têm solubilidade muito baixa em água. Como alternativa ou adição, o elemento de vedação de metal expansível pode ser posicionado e configurado de uma maneira que restringe a degradação do elemento de vedação de metal expansível no fluido indutor de reação devido à geometria da área na qual o elemento de vedação de metal expansível é descartado. Isso pode resultar em exposição reduzida do elemento de vedação de metal expansível ao fluido indutor de reação, mas também pode reduzir a degradação do produto de reação do elemento de vedação de metal expansível, prolongando assim a vida útil da vedação formada. Como exemplo, o volume da área na qual o elemento de vedação de metal expansível está disposto pode ser menor que o volume de expansão potencial do volume de metal reativo disposto na referida área. Em alguns exemplos, este volume de área pode ser inferior a 50% do volume de expansão do metal reativo. Alternativamente, este volume de área pode ser inferior a 90% do volume de expansão do metal reativo. Como outra alternativa, esse volume de área pode ser inferior a 80% do volume de expansão do metal reativo. Como outra alternativa, esse volume de área pode ser inferior a 70% do volume de expansão do metal reativo. Como outra alternativa, esse volume de área pode ser inferior a 60% do volume de expansão do metal reativo. Em um exemplo específico, uma porção do elemento de vedação de metal expansível pode ser disposta em um recesso dentro do corpo do conduto ou ferramenta de fundo de poço. Além de alguns desses exemplos, o elemento de prevenção de lavagem impede que pelo menos uma porção dos produtos de reação fluam a jusante do elemento de prevenção de lavagem. Em alguns exemplos, o elemento de prevenção de lavagem também pode ser usado para a exclusão da restrição de uma porção do elemento de vedação de metal expansível. Por exemplo, o elemento de vedação de metal expansível não pode ser colocado em um recesso dentro do conduto quando um elemento de prevenção de lavagem está presente.

[0019] Em alguns exemplos, os produtos de reação formados da reação de metal reativo podem ser desidratados sob pressão suficiente. Por exemplo, se um hidróxido de metal estiver sob pressão de contato suficiente e resistir ao movimento adicional induzido pela formação de hidróxido adicional, a pressão elevada pode induzir a desidratação do hidróxido de metal para formar o óxido de metal. Como exemplo, o hidróxido de magnésio pode ser desidratado sob pressão suficiente para formar óxido de magnésio e água. Como outro exemplo, o hidróxido de cálcio pode ser desidratado sob pressão suficiente para formar óxido de cálcio e água. Ainda como outro exemplo, o hidróxido de alumínio pode ser desidratado sob pressão suficiente para formar óxido de alumínio e água.

[0020] Os elementos de vedação de metal expansíveis podem ser formados em um processo de solução sólida, um processo de metalurgia do pó ou através de qualquer outro método como seria evidente para um versado na técnica. Independentemente do método de fabricação, os elementos de vedação de metal expansíveis podem ser deslizados sobre o corpo do conduto ou ferramenta de fundo de poço. Uma vez no lugar, o elemento de vedação de metal expansível pode ser mantido em posição com anéis de extremidade, anéis estampados, anéis de retenção, parafusos de fixação ou qualquer outro método para reter o elemento de vedação de metal expansível na posição. Os elementos de vedação de metal expansíveis podem ser formados e moldados para caber sobre condutos e ferramentas de fundo de poço existentes e, portanto, podem não exigir modificação do diâmetro externo ou perfil dos condutos e ferramentas de fundo de poço. Em exemplos alternativos, o elemento de vedação de metal expansível pode ser fundido no conduto ou ferramenta de fundo de poço. Em alguns exemplos alternativos, o diâmetro do elemento de vedação de metal expansível pode ser reduzido (por exemplo, por estampagem) quando disposto no conduto ou ferramenta de fundo de poço.

[0021] Em alguns exemplos opcionais, o elemento de vedação de metal expansível pode incluir um revestimento de barreira removível. O revestimento de barreira removível pode ser usado para cobrir as superfícies externas do elemento de vedação e evitar o contato do metal reativo com o fluido indutor de reação. O revestimento de barreira removível pode ser removido quando a operação de vedação deve começar. O revestimento de barreira removível pode ser usado para retardar a vedação e/ou evitar a vedação prematura com o elemento de vedação de metal expansível. Exemplos do revestimento de barreira removível incluem, mas não estão limitados a, qualquer espécie de invólucro de plástico, invólucro orgânico, tinta, revestimentos dissolvíveis (por exemplo, compostos sólidos de magnésio), materiais eutéticos ou qualquer combinação dos mesmos. Quando desejado, o revestimento de barreira removível pode ser removido do elemento de vedação com qualquer método suficiente. Por exemplo, o revestimento de barreira removível pode ser removido por dissolução, uma mudança de fase induzida pela mudança de temperatura, corrosão, hidrólise ou o revestimento de barreira removível pode ser retardado e degradar após um tempo desejado sob condições específicas do poço. Em alguns exemplos, a reação de uma porção do metal reativo pode remover o suporte para o revestimento de barreira removível e o revestimento de barreira removível pode colapsar quando o metal reativo subjacente sofre uma reação química com o fluido indutor de reação.

[0022] Em alguns exemplos opcionais, o elemento de vedação de metal expansível pode incluir um aditivo que pode ser adicionado ao elemento de vedação de metal expansível durante a fabricação como parte da composição, ou o aditivo pode ser revestido no elemento de vedação de metal expansível após a fabricação. O aditivo pode alterar uma ou mais propriedades do elemento de vedação de metal reativo. Por exemplo, o aditivo pode melhorar a vedação, adicionar texturização, melhorar a ligação, melhorar a aderência, etc. Exemplos do aditivo incluem, mas não estão limitados a, qualquer espécie de cerâmica, elastômero, vidro, metal não reativo, semelhantes ou qualquer combinação.

[0023] O elemento de vedação de metal expansível pode ser usado para formar uma vedação entre quaisquer superfícies adjacentes que estejam próximas aos elementos de vedação de metal expansíveis. Sem limitação, os elementos de vedação de metal expansíveis podem ser usados para formar vedações no revestimento, superfícies de formação, bainhas ou camadas de cimento e semelhantes. Por exemplo, um elemento de vedação de metal expansível pode ser usado para formar uma vedação entre o diâmetro externo de um suspensor de liner e uma superfície de um revestimento adjacente. Alternativamente, o elemento de vedação de metal expansível pode ser usado para formar uma vedação entre o diâmetro externo de um conduto e uma superfície de uma camada de cimento assentada adjacente. Como outro exemplo, o elemento de vedação de metal expansível pode ser usado para formar uma vedação entre o diâmetro externo de uma tubulação e uma superfície do revestimento adjacente. Além disso, uma pluralidade de elementos de vedação de metal expansíveis pode ser usada para formar múltiplas vedações entre superfícies adjacentes.

[0024] Conforme descrito acima, os elementos de vedação metálicos expansíveis compreendem metais reativos e, como tal, são materiais não elastoméricos. Os metais reativos podem ser dobrados, mas não retornam à sua forma original. Como materiais não elastoméricos, os elementos de vedação metálicos expansíveis não contêm compostos orgânicos e podem se expandir irreversivelmente quando em contato com um fluido indutor de reação. Os elementos de vedação de metal expansíveis podem não retornar ao seu tamanho ou forma original mesmo após o fluido indutor de reação ser removido do contato.

[0025] Geralmente, o fluido indutor de reação induz uma reação no metal reativo para formar um produto de reação que ocupa mais espaço do que o metal reativo não reagido. Exemplos do fluido indutor de reação incluem, mas não estão limitados a, água salgada (por exemplo, água contendo um ou mais sais nela dissolvidos), salmoura (por exemplo, água salgada saturada, que pode ser produzida a partir de formações subterrâneas), água do mar ou qualquer combinação das mesmas. Geralmente, o fluido indutor de reação pode ser de qualquer fonte, desde que o fluido não contenha um excesso de compostos que possam afetar indesejavelmente outros componentes no elemento de vedação de metal expansível. No caso de água salgada, salmouras e água do mar, o fluido indutor de reação pode compreender um sal monovalente ou um sal bivalente. Os sais monovalentes adequados podem incluir, por exemplo, sal de cloreto de sódio, sal de brometo de sódio, sal de cloreto de potássio, sal de brometo de potássio e semelhantes. O sal bivalente adequado pode incluir, por exemplo, sal de cloreto de magnésio, sal de cloreto de cálcio, sal de brometo de cálcio e semelhantes. Em alguns exemplos, a salinidade do fluido indutor de reação pode exceder 10%. Vantajosamente, os elementos de vedação de metal expansíveis da presente divulgação não podem ser impactados pelo contato com fluidos de alta salinidade. Um versado na técnica, com o benefício desta divulgação, deve ser prontamente capaz de selecionar um fluido indutor de reação para induzir uma reação com o metal reativo.

[0026] Os elementos de vedação de metal expansíveis podem ser usados em formações de alta temperatura, por exemplo, em formações com zonas com temperaturas iguais ou superiores a 350 °F. Vantajosamente, o uso dos elementos de vedação de metal expansíveis da presente divulgação não pode ser impactado em formações de alta temperatura. Em alguns exemplos, os elementos de vedação de metal expansíveis podem ser usados em formações de alta temperatura e com fluidos de alta salinidade. Em um exemplo específico, um elemento de vedação de metal expansível pode ser posicionado e usado para formar uma vedação após o contato com uma salmoura com uma salinidade de 10% ou superior enquanto também é disposto em uma zona de furo de poço com uma temperatura igual ou superior a 350 °F.

[0027] O elemento de prevenção de lavagem pode ser disposto a jusante ou a montante dos elementos de vedação de metal expansíveis. “A jusante”, como usado neste documento, se refere a uma localização potencial do elemento de prevenção de lavagem em relação ao elemento de vedação de metal expansível. Esta localização a jusante é a localização na qual os produtos de reação do elemento de vedação de metal expansível fluiriam do fluxo de fluido que ocorre através do elemento de vedação de metal expansível. Este fluxo de fluido pode ocorrer a partir de um fluido, como o fluido indutor de reação ou qualquer outro fluido de furo de poço. A direção a jusante é a direção do fluxo de fluido que transporta os produtos da reação. “A montante”, como usado neste documento, se refere a uma localização potencial do elemento de prevenção de lavagem em relação ao elemento de vedação de metal expansível. Em alguns exemplos, o elemento de prevenção de lavagem pode ser posicionado a jusante da localização do elemento de vedação de metal expansível conforme é inicialmente disposto no conduto. O elemento de prevenção de lavagem evita a lavagem dos produtos de reação, evitando que os produtos de reação fluam a jusante para uma área que pode afetar a capacidade dos produtos de reação de agregar e formar um elemento de vedação endurecido. Em alguns exemplos, o elemento de prevenção de lavagem pode ser posicionado a montante do elemento de vedação de metal expansível. O elemento de prevenção de lavagem evita assim que o fluido passe pelo elemento de vedação de metal expansível. O elemento de prevenção de lavagem forma assim uma vedação que impede a fuga dos produtos da reação. Os produtos da reação podem então formar agregados à medida que a reação prossegue produzindo assim a vedação de metal expandida. O elemento de prevenção de lavagem forma uma vedação suficiente para reter pelo menos uma parte dos produtos da reação; no entanto, a vedação formada pode ser porosa e não estanque a fluidos em alguns exemplos. Assim, a vedação pode permitir que o fluido que transporta os produtos de reação flua enquanto evita a lavagem dos produtos de reação no referido fluido.

[0028] O elemento de prevenção de lavagem pode ser disposto próximo aos elementos de vedação de metal expansíveis em alguns exemplos. Em exemplos alternativos, o elemento de prevenção de lavagem não pode ser disposto próximo à vedação de metal expansível. O elemento de prevenção de lavagem pode ser mantido no lugar no conduto ou ferramenta de fundo de poço usando anéis de extremidade, anéis estampados, anéis de retenção, parafusos de ajuste ou qualquer outro método para reter o elemento de prevenção de lavagem na posição. Em alguns exemplos, o elemento de prevenção de lavagem pode ser acionado separadamente do elemento de vedação de metal expansível. Em alguns exemplos, o elemento de prevenção de lavagem pode ser acionado com o mesmo fluido indutor de reação que reage com o elemento de vedação de metal expansível. Em alguns exemplos, o elemento de prevenção de lavagem pode ser acionado antes do elemento de vedação de metal expansível. Em alguns exemplos alternativos, o elemento de prevenção de lavagem pode ser acionado simultaneamente com o elemento de vedação de metal expansível.

[0029] O elemento de prevenção de lavagem pode ser temporário ou permanente. Se o elemento de prevenção de lavagem for temporário, ele pode ser degradável. Se o elemento de prevenção de lavagem for degradável, ele pode se degradar devido à temperatura ou degradação química. Como exemplo, o elemento de prevenção de lavagem pode degradar ao longo do tempo em temperaturas que excedem um limite específico, como 250 °F. Como outro exemplo, o elemento de prevenção de lavagem pode degradar devido à hidrólise ou hidrólise ácida. Como outro exemplo, o elemento de prevenção de lavagem pode se dissolver em um fluido, como um fluido de furo de poço ou um solvente introduzido. Conforme usado neste documento, o termo “degradável” abrange a dissolução do elemento de prevenção de lavagem. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender qualquer material adequado. Exemplos de materiais podem incluir, mas não estão limitados a, materiais poliméricos, metais, compósitos dos mesmos ou combinações dos mesmos.

[0030] A FIG. 1 é uma ilustração em seção transversal de um sistema de vedação de furo de poço de exemplo, geralmente 5. O sistema de vedação de poço 5 compreende um elemento de vedação de metal expansível 10 disposto em um conduto 15. O elemento de vedação de metal expansível 10 pode ser mantido no lugar no conduto 15 com anéis de extremidade 20. Os anéis de extremidade 20 são opcionais e podem ser substituídos por outros elementos suficientes para manter o elemento de vedação de metal expansível 10 em posição quando o conduto 15 é introduzido no fundo do poço. Alternativamente, o elemento de vedação de metal expansível 10 pode ser mantido no lugar com parafusos de fixação ou pode ser disposto em um recesso evitando a necessidade de qualquer espécie de anel de retenção. O conduto 15 pode ser qualquer espécie de conduto de furo de poço e pode compreender tubulação de produção, tubo de perfuração, liner, suspensor de liner, etc. O elemento de vedação de metal expansível 10 pode vedar contra a superfície 25. A superfície 25 está próxima ao elemento de vedação de metal expansível 10. A superfície 25 pode ser a superfície externa de outro conduto, uma ferramenta de fundo de poço, a parede da formação subterrânea ou uma camada de cimento endurecida. Os elementos de prevenção de lavagem 30 estão localizados a jusante do elemento de vedação de metal expansível 10. No exemplo ilustrado, os elementos de prevenção de lavagem 30 são posicionados em ambos os lados do elemento de vedação de metal expansível 10. Os elementos de prevenção de lavagem 30 podem ser posicionados em ambos os lados do elemento de vedação de metal expansível 10 quando o fluxo bidirecional é antecipado. Como tal, existe um elemento de prevenção de lavagem 30 a jusante do elemento de vedação de metal expansível 10 quando o fluxo ocorre na direção de furo acima ou fundo de poço. Restrições 35 podem ser posicionadas sobre ou em torno do elemento de prevenção de lavagem 30 para restringir o elemento de prevenção de lavagem 30 enquanto o conduto 15 é passado no furo. Restrições 35 podem ser uma faixa, grampo, tira, etc. compreendendo um material degradável. O material degradável pode incluir, mas não está limitado a, um sal solúvel, um metal solúvel, um material eutético, um plástico degradável e qualquer combinação de materiais. As restrições 35 também podem assumir outras formas, incluindo conexões rosqueadas ou aparafusadas, desde que a remoção das conexões não afete a capacidade do elemento de prevenção de lavagem 30 de reter os produtos de reação produzidos a partir da reação do elemento de vedação de metal expansível 10. As restrições 35 podem se degradar ao longo do tempo no ambiente do furo de poço ou podem ser ativamente degradadas quimicamente com um fluido de furo de poço, ácido ou um solvente. Em alguns exemplos, as restrições 35 podem compreender um metal reativo diferente do elemento de vedação de metal expansível 10 e, especificamente, podem compreender um metal reativo que reage a uma taxa mais rápida do que o metal reativo do elemento de vedação de metal expansível 10. As restrições 35 podem ser configuradas para compreender um material degradável que é removido mais rapidamente do que a taxa de reação do elemento de vedação de metal expansível 10. Como tal, as restrições 35 são removidas a uma taxa suficientemente rápida para permitir que os elementos de prevenção de lavagem 30 atuem em posição para evitar a lavagem dos produtos de reação.

[0031] A FIG. 2 é uma ilustração em seção transversal do sistema de vedação de furo de poço de exemplo 5 da FIG. 1 após o acionamento dos elementos de prevenção de lavagem 30. Após a remoção das restrições 35 via degradação, os elementos de prevenção de lavagem 30 podem ser acionados para expandir para fora. Conforme ilustrado, os elementos de prevenção de lavagem 30 compreendem vedações de copo, mas podem compreender outras espécies de elementos de prevenção de lavagem 30 em outros exemplos. Os elementos de prevenção de lavagem 30 podem ser inclinados para saltar por conta própria, podem ser energizados por mola ou podem ser energizados por fluxo. Em exemplos energizados por mola, os elementos de prevenção de lavagem 30 podem ser acionados pela força de mola de uma mola interna liberada após a remoção da restrição 35. Em exemplos de fluxo energizado, os elementos de prevenção de lavagem 30 podem ser energizados através do fluxo de fluido para os elementos de prevenção de lavagem 30 para forçá-los a abrir. Uma vez acionados, os elementos de prevenção de lavagem 30 podem impedir a lavagem dos produtos de reação formados a partir da reação do elemento de vedação de metal expansível 10 e um fluido indutor de reação. A lavagem pode ser evitada pelos elementos de prevenção de lavagem 30 formando uma vedação para prender e reter os produtos de reação de modo que eles não fluam a jusante além dos elementos de prevenção de lavagem 30. Em alguns exemplos opcionais, os elementos de prevenção de lavagem 30 podem ser porosos e podem permitir o fluxo de fluido através dos mesmos enquanto ainda retêm os produtos de reação. Em alguns outros exemplos opcionais, os elementos de prevenção de lavagem 30 podem não ser porosos. Os produtos de reação podem então agregar e formar o elemento de vedação de metal expandido 10 para vedar contra a superfície adjacente 25. Os elementos de prevenção de lavagem 30 podem ser degradados, se desejado. Em outros exemplos, os elementos de prevenção de lavagem 30 podem ser permanentes.

[0032] A FIG. 3 é uma ilustração em seção transversal de um exemplo de sistema de vedação de furo de poço 40. O sistema de vedação de poço 40 é semelhante ao sistema de vedação de poço 5 ilustrado nas FIGs. 1 e 2, exceto que o furo de poço é um furo de poço vertical e a orientação do elemento de prevenção de lavagem 30 é invertida. No exemplo ilustrado, o elemento de prevenção de lavagem 30 é orientado de modo que a vedação de copo abra para dentro em uma direção voltada para o elemento de vedação de metal expansível 10. Devido à orientação vertical do furo de poço, os produtos de reação podem começar a assentar a jusante da localização inicial do elemento de vedação de metal expansível 10. A orientação voltada para a abertura do elemento de prevenção de lavagem 30 pode capturar os produtos de reação na porção de copo do elemento de prevenção de lavagem 30 à medida que os produtos de reação se estabelecem no furo de poço vertical. Os produtos da reação podem ser agregados e acumulados no local a jusante ilustrado para formar a vedação contra a superfície 25. Analogamente às FIGs. 1 e 2, o elemento de prevenção de lavagem 30 pode ser polarizado, por mola ou por fluxo energizado no exemplo ilustrado da FIG. 3.

[0033] A FIG. 4 é uma ilustração em seção transversal de um exemplo de sistema de vedação de furo de poço 50. O sistema de vedação de poço 50 é semelhante ao sistema de vedação de poço 5 ilustrado nas FIGs. 1 e 2, exceto que os elementos de prevenção de lavagem 55 são vedações de copo bidirecionais. As vedações de copo bidirecionais podem compreender uma única peça compreendendo ambos os elementos de vedação de copo ou podem compreender dois elementos de vedação de copo discretos colocados adjacentes um ao outro na orientação ilustrada. As espécies ilustradas de elementos de prevenção de lavagem 55 podem ser úteis quando o fluxo bidirecional é antecipado ou quando vários elementos de vedação de metal expansíveis 10 são usados em série. Nesse exemplo específico, os elementos de prevenção de lavagem 55 podem ser colocados entre os elementos de vedação de metal expansíveis 10 na série. Uma única restrição (por exemplo, restrição 35 como ilustrado na FIG. 1) pode ser usada que pode cobrir a maior parte do elemento de prevenção de lavagem 55, ou múltiplas restrições podem ser usadas para restringir cada porção de copo individual. Analogamente às FIGs. 1 e 2, o elemento de prevenção de lavagem 55 pode ser polarizado, por mola ou por fluxo energizado no exemplo ilustrado da FIG. 4.

[0034] A FIG. 5 é uma ilustração em seção transversal de um exemplo de sistema de vedação de furo de poço 100. O sistema de vedação de poço 100 compreende um elemento de vedação de metal expansível 10 disposto em um conduto 15. O elemento de vedação de metal expansível 10 pode ser mantido no lugar no conduto 15 com anéis de extremidade 20. Os anéis de extremidade 20 são opcionais e podem ser substituídos por outros elementos suficientes para manter o elemento de vedação de metal expansível 10 em posição quando o conduto 15 é introduzido no fundo do poço. Alternativamente, o elemento de vedação de metal expansível 10 pode ser mantido no lugar com parafusos de fixação ou pode ser disposto em um recesso evitando a necessidade de qualquer espécie de anel de retenção. O conduto 15 pode ser qualquer espécie de conduto de furo de poço e pode compreender tubulação de produção, tubo de perfuração, liner, suspensor de liner, etc. O elemento de vedação de metal expansível 10 pode vedar contra a superfície 25. A superfície 25 está próxima ao elemento de vedação de metal expansível 10. A superfície 25 pode ser a superfície externa de outro conduto, uma ferramenta de fundo de poço, a parede da formação subterrânea ou uma camada de cimento endurecida. O elemento de prevenção de lavagem 105 está localizado a jusante do elemento de vedação de metal expansível 10. No exemplo ilustrado, o elemento de prevenção de lavagem 105 está posicionado em um lado do elemento de vedação de metal expansível 10 na direção a jusante. Em alguns outros exemplos, o elemento de prevenção de lavagem 105 pode ser posicionado a montante do elemento de vedação de metal expansível 10. Em alguns exemplos, um elemento de prevenção de lavagem 105 pode ser posicionado em ambos os lados do elemento de vedação de metal expansível 10 quando o fluxo bidirecional é antecipado. O elemento de prevenção de lavagem 105 é um elemento de vedação polimérico intumescível que é ajustado para intumescer mais rapidamente do que o elemento de vedação de metal expansível 10. Os elementos de prevenção de lavagem 105 intumesceriam rapidamente e vedariam o espaço a jusante do elemento de vedação de metal expansível 10 antes que os produtos de reação fossem lavados. O elemento de prevenção de lavagem 105 pode intumescer pelo contato com o fluido indutor de reação ou um fluido diferente do fluido indutor de reação.

[0035] A FIG. 6 é uma ilustração em seção transversal do sistema de vedação de furo de poço 100 da FIG. 5 após a expansão do elemento de vedação de metal expansível 10 e o intumescimento do elemento de prevenção de lavagem 105. O elemento de prevenção de lavagem 105 pode continuar a intumescer desde que seja feito contato com um fluido indutor de poço. Se o contato for removido, o elemento de prevenção de lavagem 105 pode retornar ao seu tamanho original em algumas circunstâncias. O elemento de prevenção de lavagem 105 também pode ser degradável em alguns exemplos. O elemento de prevenção de lavagem 105 pode compreender qualquer espécie de elastômero intumescível. O elastômero intumescente pode ser qualquer elastômero intumescível em óleo, intumescível em água e/ou uma combinação de elastômero intumescível em óleo e intumescível em água. O elastômero intumescível pode intumescer quando exposto a um fluido indutor de intumescimento (por exemplo, um fluido oleaginoso ou aquoso). Geralmente, o elastômero intumescível pode intumescer através da difusão em que o fluido indutor de intumescimento é absorvido na estrutura do elastômero intumescível onde uma porção do fluido indutor de intumescimento pode ser retida. O fluido indutor de intumescimento pode ser o mesmo ou um fluido diferente do fluido indutor de reação. O fluido indutor de intumescimento pode continuar a se difundir no elastômero intumescível, fazendo com que o elemento de prevenção de lavagem 105 intumesça até entrar em contato com uma superfície adjacente. O elemento de prevenção de lavagem 105 pode funcionar em conjunto com o elemento de vedação de metal expansível 10 para criar uma vedação diferencial em torno do conduto 15.

[0036] A FIG. 7 é uma ilustração em seção transversal de um exemplo de sistema de vedação de furo de poço 200. O sistema de vedação de poço 200 compreende um elemento de vedação de metal expansível 10 disposto em um conduto 15. O elemento de vedação de metal expansível 10 pode ser mantido no lugar no conduto 15 com anéis de extremidade 20. Os anéis de extremidade 20 são opcionais e podem ser substituídos por outros elementos suficientes para manter o elemento de vedação de metal expansível 10 em posição quando o conduto 15 é introduzido no fundo do poço. Alternativamente, o elemento de vedação de metal expansível 10 pode ser mantido no lugar com parafusos de fixação ou pode ser disposto em um recesso evitando a necessidade de qualquer espécie de anel de retenção. O conduto 15 pode ser qualquer espécie de conduto de furo de poço e pode compreender tubulação de produção, tubo de perfuração, liner, suspensor de liner, etc. O elemento de vedação de metal expansível 10 pode vedar contra a superfície 25. A superfície 25 está próxima ao elemento de vedação de metal expansível 10. A superfície 25 pode ser a superfície externa de outro conduto, uma ferramenta de fundo de poço, a parede da formação subterrânea ou uma camada de cimento endurecida. O elemento de prevenção de lavagem 205 está localizado a jusante do elemento de vedação de metal expansível 10. No exemplo ilustrado, o elemento de prevenção de lavagem 205 está posicionado em um lado do elemento de vedação de metal expansível 10 na direção a jusante. Em alguns outros exemplos, o elemento de prevenção de lavagem 205 pode ser posicionado a montante do elemento de vedação de metal expansível 10. Em alguns exemplos, um elemento de prevenção de lavagem 205 pode ser posicionado em ambos os lados do elemento de vedação de metal expansível 10 quando o fluxo bidirecional é antecipado. O elemento de prevenção de lavagem 205 compreende um polímero absorvente 210 restringido por uma restrição degradável 215. O elemento de prevenção de lavagem 205 é acionado pela degradação da restrição 215 para liberar o polímero absorvente 210. O polímero absorvente liberado 210 intumesceria para preencher o espaço circundante e evitar a lavagem dos produtos da reação.

[0037] A restrição degradável 215 pode compreender qualquer espécie de material degradável incluindo metais degradáveis e materiais poliméricos. A restrição degradável 215 é ilustrada como um invólucro que envolve o polímero absorvente 210. No exemplo ilustrado, a restrição degradável 215 entra em contato com o elemento de vedação de metal expansível 210. Em exemplos alternativos, a restrição degradável 215 pode ser integrada com o elemento de vedação de metal expansível 10 e pode ser um elemento discreto que envolve completamente o polímero absorvente 210. As restrições degradáveis 215 podem se degradar ao longo do tempo no ambiente do furo de poço ou podem ser ativamente degradadas quimicamente com um fluido de furo de poço, ácido ou um solvente. A restrição degradável 215 pode compreender qualquer material degradável incluindo, mas não limitado a, um sal solúvel, um metal solúvel, um material eutético, um plástico degradável e qualquer combinação de materiais. Em alguns exemplos, as restrições degradáveis 215 podem compreender um metal reativo diferente do elemento de vedação de metal expansível 10 e, especificamente, podem compreender um metal reativo que reage a uma taxa mais rápida do que o metal reativo do elemento de vedação de metal expansível 10. As restrições degradáveis 215 podem ser configuradas para compreender um material degradável que é removido mais rapidamente do que a taxa de reação do elemento de vedação de metal expansível 10. Como tal, a restrição degradável é removida a uma taxa suficientemente rápida para permitir que o elemento de prevenção de lavagem 205 atue na posição para evitar a lavagem dos produtos de reação.

[0038] O polímero absorvente 210 compreende qualquer espécie de polímero absorvente e/ou polímero superabsorvente. Exemplos do polímero absorvente 210 incluem, mas não estão limitados a, poliacrilamida, poli (álcool vinílico); polissacarídeos; ácido acrílico; acrilamida; óxido de polietileno; poliacrilonitrila; etileno anidrido maleico; carboximetilcelulose; poliacrilato de sódio; poli(ácido lático); um poli(ortoéster); succinato de polibutileno; succinato-co-adipato de polibutileno; poli- hidroxibutirato-valerato; poli-hidroxibutirato-covalerato; policaprolactona; uma amida de poliéster; um polímero à base de amido; um polímero à base de tereftalato de polietileno; tereftalato de polietileno sulfonado; polietileno; polipropileno; um copoliéster aromático alifático; celulose modificada; uma lignocelulose modificada; um polissacarídeo modificado; uma mistura de um polímero de poli(vinilamina) e poli(ácido acrílico); poli(éter vinílico); hidroxipropilcelulose; polivinilmorfolinona; um polímero ou copolímero de ácido vinilsulfônico; poliacrilato; poliacrilamida; polivinilpiridina; um amido enxertado com acrilonitrilo hidrolisado; um amido enxertado com ácido acrílico; um copolímero de anidrido maleico de isobutileno; polifosfazeno; e qualquer combinação.

[0039] A FIG. 8 é uma ilustração em seção transversal do sistema de vedação de furo de poço 200 da FIG. 7 após a expansão do elemento de vedação de metal expansível 10 e a liberação e absorção de um fluido pelos polímeros absorventes 210. Os polímeros absorventes 210 podem absorver um fluido para expandir em tamanho. A expansão dos polímeros absorventes 210 bloqueia a lavagem dos produtos da reação. Os polímeros absorventes 210 podem expandir através da absorção do fluido indutor de reação ou um fluido diferente. Os polímeros absorventes 210 podem degradar ao longo do tempo em alguns exemplos, ou podem ser permanentes. Os polímeros absorventes 210 também podem trabalhar em conjunto com o elemento de vedação de metal expansível 10 para criar uma vedação diferencial em torno do conduto 15.

[0040] A FIG. 9 é uma ilustração em seção transversal de um exemplo de sistema de vedação de furo de poço 220. O sistema de vedação de poço 220 é semelhante ao sistema de vedação de poço 200 ilustrado nas FIGs. 7 e 8, exceto que compreende o elemento de prevenção de lavagem 230. O elemento de prevenção de lavagem 230 é semelhante ao elemento de prevenção de lavagem 205 das FIGs. 7 e 8, exceto que compreende uma bexiga permeável 225 para conter os polímeros absorventes 210 em vez da restrição 215 ilustrada nas FIGs. 7 e 8. A bexiga permeável 225 é uma bexiga expansível que é permeável a um fluido que será absorvido pelo polímero absorvente 210. O fluido pode entrar na bexiga permeável 225 onde pode ser absorvido pelos polímeros absorventes 210. À medida que os polímeros absorventes 210 absorvem o fluido, eles podem expandir em volume induzindo assim uma expansão correspondente da bexiga permeável 225 que pode expandir para bloquear a lavagem dos produtos de reação.

[0041] A FIG. 10 é uma ilustração em seção transversal de um exemplo de sistema de vedação de furo de poço 300. O sistema de vedação de poço 300 compreende um elemento de vedação de metal expansível 10 disposto em um conduto 15. O elemento de vedação de metal expansível 10 pode ser mantido no lugar no conduto 15 com anéis de extremidade 20. Os anéis de extremidade 20 são opcionais e podem ser substituídos por outros elementos suficientes para manter o elemento de vedação de metal expansível 10 em posição quando o conduto 15 é introduzido no fundo do poço. Alternativamente, o elemento de vedação de metal expansível 10 pode ser mantido no lugar com parafusos de fixação ou pode ser disposto em um recesso evitando a necessidade de qualquer espécie de anel de retenção. O conduto 15 pode ser qualquer espécie de conduto de furo de poço e pode compreender tubulação de produção, tubo de perfuração, liner, suspensor de liner, etc. O elemento de vedação de metal expansível 10 pode vedar contra a superfície 25. A superfície 25 está próxima ao elemento de vedação de metal expansível 10. A superfície 25 pode ser a superfície externa de outro conduto, uma ferramenta de fundo de poço, a parede da formação subterrânea ou uma camada de cimento endurecida. O elemento de prevenção de lavagem 305 está localizado a jusante do elemento de vedação de metal expansível 10. No exemplo ilustrado, o elemento de prevenção de lavagem 305 está posicionado em um lado do elemento de vedação de metal expansível 10 na direção a jusante. Em alguns outros exemplos, o elemento de prevenção de lavagem 305 pode ser posicionado a montante do elemento de vedação de metal expansível 10. Em alguns exemplos, um elemento de prevenção de lavagem 305 pode ser posicionado em ambos os lados do elemento de vedação de metal expansível 10 quando o fluxo bidirecional é antecipado. O elemento de prevenção de lavagem 305 compreende uma bexiga inflável 310, uma válvula unidirecional 315 e um material emissor de gás 320. O elemento de prevenção de lavagem 305 é acionado pelo fluido que flui para a válvula unidirecional 315 (por exemplo, uma válvula de retenção). A válvula unidirecional 315 permite que o fluido flua para a bexiga inflável 310 onde pode reagir com o material emissor de gás 320 para produzir um gás. A válvula unidirecional 315 não permite que o gás escape da bexiga inflável 310. À medida que o gás é produzido, o gás infla a bexiga inflável 310 para que ela entre em contato com a superfície 25 e vede a área circundante evitando a lavagem dos produtos de reação a jusante.

[0042] A FIG. 11 é uma ilustração em seção transversal do sistema de vedação de furo de poço 300 da FIG. 10 após a expansão do elemento de vedação de metal expansível 10 e a inflação da bexiga inflável 310. A formação de gás a partir da reação do fluido e do material emissor de gás (isto é, material emissor de gás 320 como ilustrado na FIG. 10) infla a bexiga inflável 310. A bexiga inflável 310 pode se degradar ao longo do tempo em alguns exemplos, ou pode ser permanente. A bexiga inflável 310 também podem trabalhar em conjunto com o elemento de vedação de metal expansível 10 para criar uma vedação diferencial em torno do conduto 15.

[0043] A bexiga inflável 310 pode compreender qualquer material que não seja poroso e seja suficiente para bloquear o fluxo cruzado de um fluido quando inflado. O material emissor de gás 320 pode compreender qualquer material que possa emitir um gás quando exposto a um fluido, tal como um fluido de furo de poço. Um metal reativo, como os usados no elemento de vedação de metal expansível 10, pode ser selecionado em alguns exemplos; no entanto, a espécie escolhida para o material emissor de gás 320 deve ser um metal reativo de reação mais rápida do que as espécies de metal reativo selecionadas para o elemento de vedação de metal expansível 10. Outros materiais não metálicos também podem ser selecionados para o material emissor de gás 320 em exemplos alternativos. Um exemplo específico de um material emissor de gás 320 é o carbonato de cálcio que emite gás dióxido de carbono após a reação com alguns fluidos aquosos ácidos.

[0044] A FIG. 12 é uma ilustração em seção transversal de um exemplo de sistema de vedação de furo de poço 400. O sistema de vedação de furo de poço 400 compreende um elemento de vedação de metal expansível 10 disposto em um conduto 15. O elemento de vedação de metal expansível 10 pode ser mantido no lugar no conduto 15 com anéis de extremidade 20. Os anéis de extremidade 20 são opcionais e podem ser substituídos por outros elementos suficientes para manter o elemento de vedação de metal expansível 10 em posição quando o conduto 15 é introduzido no fundo do poço. Alternativamente, o elemento de vedação de metal expansível 10 pode ser mantido no lugar com parafusos de fixação ou pode ser disposto em um recesso evitando a necessidade de qualquer espécie de anel de retenção. O conduto 15 pode ser qualquer espécie de conduto de furo de poço e pode compreender tubulação de produção, tubo de perfuração, liner, suspensor de liner, etc. O elemento de vedação de metal expansível 10 pode vedar contra a superfície 25. A superfície 25 está próxima ao elemento de vedação de metal expansível 10. A superfície 25 pode ser a superfície externa de outro conduto, uma ferramenta de fundo de poço, a parede da formação subterrânea ou uma camada de cimento endurecida. O elemento de prevenção de lavagem 405 está localizado a jusante do elemento de vedação de metal expansível 10. No exemplo ilustrado, o elemento de prevenção de lavagem 405 está posicionado em um lado do elemento de vedação de metal expansível 10 na direção a jusante. Em alguns outros exemplos, o elemento de prevenção de lavagem 405 pode ser posicionado a montante do elemento de vedação de metal expansível 105. Em alguns exemplos, um elemento de prevenção de lavagem 405 pode ser posicionado em ambos os lados do elemento de vedação de metal expansível 10 quando o fluxo bidirecional é antecipado. O elemento de prevenção de lavagem 405 compreende pelo menos duas fileiras de pétalas 410, uma restrição degradável 415 e um elemento de vedação de metal expansível interno 420. O elemento de prevenção de lavagem 405 é acionado pela degradação da restrição degradável 415 para liberar as fileiras de pétalas 410. As fileiras de pétalas 410 são comprimidas na presente ilustração, mas são inclinadas de modo que saltam para fora. As fileiras de pétalas 410 são deslocadas umas das outras de modo que o intervalo entre as pétalas individuais seja bloqueado pelas pétalas 410 da fileira adjacente. As fileiras de pétalas 410 liberadas entram em contato com a superfície 25 e capturam os produtos da reação, evitando que sejam lavados.

[0045] A restrição degradável 415 pode compreender qualquer espécie de material degradável incluindo metais degradáveis e materiais poliméricos. O material degradável pode incluir, mas não está limitado a, um sal solúvel, um metal solúvel, um material eutético, um plástico degradável e qualquer combinação de materiais. A restrição degradável 415 é ilustrada como um invólucro que envolve as fileiras comprimidas de pétalas 410. As restrições degradáveis 415 podem se degradar ao longo do tempo no ambiente do furo de poço ou podem ser ativamente degradadas quimicamente com um fluido de furo de poço, ácido ou um solvente. Em alguns exemplos, as restrições degradáveis 415 podem compreender um metal reativo diferente do elemento de vedação de metal expansível 10 e, especificamente, podem compreender um metal reativo que reage a uma taxa mais rápida do que o metal reativo do elemento de vedação de metal expansível 10. As restrições degradáveis 415 podem ser configuradas para compreender um material degradável que é removido mais rapidamente do que a taxa de reação do elemento de vedação de metal expansível 10. Como tal, a restrição degradável 415 é removida a uma taxa suficientemente rápida para permitir que o elemento de prevenção de lavagem 405 atue na posição para evitar a lavagem dos produtos de reação.

[0046] O elemento de vedação de metal expansível interno 420 é um elemento opcional do elemento de prevenção de lavagem 405. Em alguns exemplos, o elemento de prevenção de lavagem 405 pode não compreender o elemento de vedação de metal expansível interno 420. O elemento de vedação de metal expansível interno 420 compreende um metal reativo tal como os usados no elemento de vedação de metal expansível 10; no entanto, a espécie escolhida pode ser um metal reativo de reação mais rápida do que as espécies de metal reativo selecionadas para o elemento de vedação de metal expansível 10. Alternativamente, a espécie escolhida para o metal reativo pode ser a mesma ou compreender uma taxa de reação semelhante à do metal reativo selecionado para o elemento de vedação de metal expansível 10.

[0047] Em alguns exemplos alternativos, o elemento de vedação de metal expansível interno de reação rápida 420 pode ser substituído por uma espuma de célula aberta ou uma malha metálica para fornecer superfícies de contato para a agregação dos produtos de reação. Nestes exemplos, a espuma de célula aberta ou uma malha metálica pode ser comprimida e pode expandir em volume após a degradação da restrição degradável 415 e a liberação das fileiras de pétalas 410.

[0048] A FIG. 13 é uma ilustração isométrica do sistema de vedação de furo de poço 400 da FIG. 12 após a degradação da contenção degradável 415 e a liberação das fileiras de pétalas 410. As fileiras de pétalas 410 são inclinadas radialmente e podem saltar para fora. As fileiras de pétalas 410 podem se degradar ao longo do tempo em alguns exemplos, ou podem ser permanentes. As fileiras de pétalas 410 também podem trabalhar em conjunto com o elemento de vedação de metal expansível 10 para criar uma vedação diferencial em torno do conduto 15.

[0049] Deve ser claramente entendido que os exemplos ilustrados pelas FIGs. 1 a 13 são meramente aplicações gerais dos princípios desta divulgação na prática, e uma grande variedade de outros exemplos é possível. Portanto, o escopo desta divulgação não está limitado de nenhuma maneira aos detalhes de qualquer uma das FIGURAS descritas neste documento.

[0050] Também deve-se reconhecer que os sistemas também podem afetar direta ou indiretamente os diversos equipamentos e ferramentas do fundo do poço que podem entrar em contato com os sistemas durante a operação. Tais equipamentos e ferramentas podem incluir, mas sem se limitação a, revestimento do furo de poço, revestimento vedador do furo de poço, coluna de completação, colunas de inserção, coluna de perfuração, tubo helicoidal, cabo liso, cabo de aço, tubos de perfuração, colares de perfuração, motores de lama, motores e/ou bombas de fundo de poço, motores e/ou bombas montados na superfície, centralizadores, turbolizadores, raspadores, flutuadores (por exemplo, sapatas, colares, válvulas e etc.), ferramentas de perfilagem e equipamentos de telemetria relacionados, acionadores (por exemplo, dispositivos eletromecânicos, dispositivos hidromecânicos e etc.), luvas deslizantes, luvas de produção, tampões, telas, filtros, dispositivos de controle de fluxo (por exemplo, dispositivos de controle de influxo, dispositivos de controle de influxo autônomos, dispositivos de controle de efluxo e semelhantes, acoplamentos (por exemplo, conexão úmida eletro-hidráulica, conexão seca, acoplador indutivo e etc.), linhas de controle (por exemplo, elétrica, fibra óptica, hidráulica e etc.), linhas de vigilância, brocas de perfuração e alargadores, sensores ou sensores distribuídos, trocadores de calor de fundo de poço, válvulas e dispositivos de acionamento correspondentes, vedações de ferramentas, packers, tampões de cimento e outros dispositivos ou componentes de isolamento de furo de poço e semelhantes. Qualquer um desses componentes pode ser incluído nos sistemas geralmente descritos acima e representados em qualquer uma das FIGURAS.

[0051] São fornecidos métodos para formar uma vedação em um furo de poço de acordo com a divulgação e as FIGURAS ilustradas. Um método de exemplo compreende posicionar um elemento de vedação de metal expansível no furo de poço; em que o elemento de vedação de metal expansível compreende um metal reativo e está disposto em um local. O método compreende ainda acionar um elemento de prevenção de lavagem, colocar o elemento de vedação de metal expansível em contato com um fluido que reage com o metal reativo para produzir um produto de reação com um volume maior que o metal reativo e permitir que o elemento de prevenção de lavagem evite pelo menos uma parte do produto da reação flua para longe do local.

[0052] Adicional ou alternativamente, o método pode incluir uma ou mais das seguintes características individualmente ou em combinação. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender uma vedação de copo. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender um elastômero intumescível. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender um polímero absorvente. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender uma bexiga. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender uma bexiga inflável e um material emissor de gás. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender duas fileiras de pétalas. O metal reativo pode compreender um metal selecionado do grupo que consiste em magnésio, cálcio, alumínio, estanho, zinco, berílio, bário, manganês e qualquer combinação dos mesmos. O metal reativo pode compreender uma liga metálica selecionada do grupo que consiste em magnésio-zinco, magnésio-alumínio, cálcio-magnésio, alumínio-cobre e qualquer combinação dos mesmos.

[0053] São fornecidos aparelhos de vedação de furo de poço para formar uma vedação em um furo de poço de acordo com a divulgação e as FIGURAS ilustradas. Um aparelho de exemplo compreende um elemento de vedação de metal expansível compreendendo um metal reativo e disposto no fundo de poço em um local, em que o metal reativo é reativo com um fluido para produzir um produto de reação com um volume maior que o metal reativo; e um elemento de prevenção de lavagem acionável para evitar que pelo menos uma porção do produto de reação flua para fora do local.

[0054] Adicional ou alternativamente, o aparelho pode incluir uma ou mais das seguintes características individualmente ou em combinação. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender uma vedação de copo. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender um elastômero intumescível. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender um polímero absorvente. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender uma bexiga. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender uma bexiga inflável e um material emissor de gás. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender duas fileiras de pétalas. O metal reativo pode compreender um metal selecionado do grupo que consiste em magnésio, cálcio, alumínio, estanho, zinco, berílio, bário, manganês e qualquer combinação dos mesmos. O metal reativo pode compreender uma liga metálica selecionada do grupo que consiste em magnésio-zinco, magnésio-alumínio, cálcio-magnésio, alumínio-cobre e qualquer combinação dos mesmos.

[0055] São fornecidos sistemas para formar uma vedação em um furo de poço de acordo com a divulgação e as FIGURAS ilustradas. Um sistema de exemplo compreende um elemento de vedação de metal expansível compreendendo um metal reativo e disposto em um conduto em um local, em que o metal reativo é reativo com um fluido para produzir um produto de reação com um volume maior que o metal reativo, um elemento de prevenção de lavagem e acionável para evitar que pelo menos uma porção do produto de reação flua para longe do local e o conduto disposto no furo de poço.

[0056] Adicional ou alternativamente, o sistema pode incluir uma ou mais das seguintes características individualmente ou em combinação. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender uma vedação de copo. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender um elastômero intumescível. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender um polímero absorvente. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender uma bexiga. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender uma bexiga inflável e um material emissor de gás. O elemento de prevenção de lavagem pode compreender duas fileiras de pétalas. O metal reativo pode compreender um metal selecionado do grupo que consiste em magnésio, cálcio, alumínio, estanho, zinco, berílio, bário, manganês e qualquer combinação dos mesmos. O metal reativo pode compreender uma liga metálica selecionada do grupo que consiste em magnésio-zinco, magnésio-alumínio, cálcio-magnésio, alumínio-cobre e qualquer combinação dos mesmos.

[0057] A descrição anterior fornece vários exemplos dos aparelhos, sistemas e métodos de uso divulgados neste documento, os quais podem conter diferentes etapas de método e combinações alternativas de componentes. Deve-se entender que, embora exemplos individuais possam ser discutidos neste documento, a presente divulgação cobre todas as combinações dos exemplos divulgados incluindo, sem limitação, as diferentes combinações de componentes, combinações de etapas de método e propriedades do sistema. Deve ser entendido que as composições e métodos estão descritos em termos de “compreender”, “conter” ou “incluir” vários componentes ou etapas. Os sistemas e métodos também podem “consistir essencialmente em” ou “consistir em vários componentes e etapas”. Além disso, os artigos indefinidos “um” ou “uma”, como usados nas reivindicações, estão definidos neste documento para significar um ou mais que um do elemento que eles apresentam.

[0058] Por uma questão de brevidade, apenas certas faixas são explicitamente divulgadas neste documento. No entanto, faixas de qualquer limite inferior podem ser combinadas com qualquer limite superior para repetir uma faixa não explicitamente repetida, bem como faixas de qualquer limite inferior podem ser combinadas com qualquer outro limite inferior para repetir uma faixa não explicitamente repetida. Da mesma forma, faixas de qualquer limite superior podem ser combinadas com qualquer outro limite superior para repetir uma faixa não explicitamente repetida. Adicionalmente, sempre que for divulgada uma faixa numérica com um limite inferior e um limite superior, qualquer número e qualquer faixa incluída caindo dentro da faixa são especificamente divulgados. Em particular, toda faixa de valores (da forma, “de cerca de a a cerca de b”, ou, equivalentemente, “de aproximadamente a a b”, ou, equivalentemente, “de aproximadamente a-b”) descrita neste documento será entendida para estabelecer cada número e faixa englobados na faixa mais ampla de valores, mesmo se não explicitamente citados. Assim, cada ponto ou valor individual poderá servir como seu próprio limite inferior ou superior combinado com qualquer outro ponto ou valor individual ou qualquer outro limite inferior ou superior, para relatar uma faixa não explicitamente relatada.

[0059] Um ou mais exemplos ilustrativos que incorporam os exemplos divulgados neste documento estão apresentados. Nem todos os aspectos de uma implementação física estão descritos ou mostrados neste pedido, por uma questão de clareza. Portanto, os sistemas e métodos divulgados estão bem adaptados para atingir as finalidades e vantagens mencionadas, assim como as que são inerentes às mesmas. Os exemplos particulares divulgados anteriormente são ilustrativos apenas, pois os ensinamentos da presente divulgação podem ser modificados e colocados em prática de maneiras diferentes, porém equivalentes, aparentes aos versados na técnica tendo o benefício dos ensinamentos deste documento. Além disso, não é pretendida nenhuma limitação para os detalhes de construção ou desenho mostrados neste documento, a não ser como descrito nas reivindicações a seguir. Portanto, é evidente que os exemplos ilustrativos particulares divulgados anteriormente podem ser alterados, combinados, ou modificados e todas as tais variações são consideradas dentro do escopo da presente divulgação. Os sistemas e métodos ilustrativamente divulgados neste documento apropriadamente podem ser praticados na ausência de qualquer elemento que não está divulgado especificamente neste documento e/ou qualquer elemento opcional divulgado neste documento.

[0060] Embora a presente divulgação e as suas vantagens tenham sido descritas em detalhes, deve ser entendido que várias modificações, substituições e alterações podem ser feitas aqui, sem afastamento do espírito e escopo da divulgação, como definido pelas reivindicações seguintes.

Claims

1. Método para formar uma vedação em um furo de poço caracterizadopelo fato de que compreende: posicionar um elemento de vedação de metal expansível no furo de poço; em que o elemento de vedação de metal expansível compreende um metal reativo e está disposto em um local, acionar um elemento de prevenção de lavagem, em que o elemento de prevenção de lavagem compreende um polímero absorvente, colocar o elemento de vedação de metal expansível em contato com um fluido que reage com o metal reativo para produzir um produto de reação tendo um volume maior que o metal reativo, e permitir que o elemento de prevenção de lavagem evite que pelo menos uma porção do produto de reação flua para longe do local.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende uma vedação de copo.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende um elastômero intumescível.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende ainda uma bexiga.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende uma bexiga inflável e um material emissor de gás.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende duas fileiras de pétalas.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o metal reativo compreende um metal selecionado do grupo que consiste em magnésio, cálcio, alumínio, estanho, zinco, berílio, bário, manganês e qualquer combinação dos mesmos.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o metal reativo compreende uma liga metálica selecionada do grupo que consiste em magnésio-zinco, magnésio-alumínio, cálcio-magnésio, alumínio-cobre e qualquer combinação dos mesmos.

9. Aparelho de vedação para um furo de poço caracterizadopelo fato de que compreende: um elemento de vedação de metal expansível compreendendo um metal reativo e disposto no fundo de poço em um local, em que o metal reativo é reativo com um fluido para produzir um produto de reação tendo um volume maior que o metal reativo; e um elemento de prevenção de lavagem acionável para evitar que pelo menos uma porção do produto de reação flua para longe do local, em que o elemento de prevenção de lavagem compreende um polímero absorvente.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende uma vedação de copo.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende um elastômero intumescível.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende ainda uma bexiga.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende uma bexiga inflável e um material emissor de gás.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende duas fileiras de pétalas.

15. Sistema para formar uma vedação em um furo de poço caracterizadopelo fato de que compreende: um elemento de vedação de metal expansível compreendendo um metal reativo e disposto em um conduto em um local, em que o metal reativo reage com um fluido para produzir um produto de reação tendo um volume maior que o metal reativo, um elemento de prevenção de lavagem e acionável para evitar que pelo menos uma porção do produto de reação flua para longe do local, em que o elemento de prevenção de lavagem compreende um polímero absorvente, e o conduto disposto no furo de poço.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende uma vedação de copo.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende uma bexiga inflável e um material emissor de gás.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende duas fileiras de pétalas.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que o elemento de prevenção de lavagem compreende um elastômero intumescível.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de que o metal reativo compreende um metal selecionado do grupo que consiste em magnésio, cálcio, alumínio, estanho, zinco, berílio, bário, manganês e qualquer combinação dos mesmos.