BRPI0610594A2 - junta de ligação giratória de fundo de poço - Google Patents
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Abstract
Uma junta de ligação giratória para conexão em uma coluna de trabalho entre uma coluna de trabalho e um aparelho de fundo de poço é revelada. A junta de ligação tem um primeiro corpo substancialmente cilíndrico, incluindo uma parte de luva tendo um ou mais dentes e um segundo corpo substancialmente cilíndrico estando parcialmente localizado dentro da parte de luva. Os corpos são arranjados para girar um em relação ao outro. Uma luva deslizante, tendo um ou mais dentes arranjados para se encaixar mutuamente com os primeiros dentes, é móvel axialmente entre as posições desencaixada e encaixada em uma modalidade por meio de um diferencial de pressão sendo criado na junta de ligação. Métodos de descida da ferramenta estão descritos, com aplicação particular para ajuste e suspensão de revestimentos vedadores e telas. A invenção também oferece vantagens para aplicações de perfuração.
Description
"JUNTA DE LIGAÇÃO GIRATÓRIA DE FUNDO DE POÇO"
A presente invenção diz respeito a ferramentas defundo de poço para uso na indústria de óleo e gás e, parti-cularmente, a uma junta de ligação giratória adequada parauso durante a descida de telas ou revestimentos vedadoressensíveis para dentro de um furo do poço, ou em aplicaçõesde perfuração direcionais.
Durante a completação de um poço de óleo ou gás,telas ou revestimentos vedadores de controle de areia sãolocalizados no furo do poço. Tipicamente as telas e revesti-mentos vedadores são abaixados para dentro do furo do poçoem uma coluna de trabalho, mas freqüentemente não existe su-ficiente peso de coluna de trabalho disponível para o sonda-dor colocar as telas para dentro do poço sem girar a colunapara vencer o atrito. Aplicar também muito peso ao fundo depoço pode comprimir em excesso o tubo abaixo, causando assimdanos. É vantajoso girar a coluna de trabalho fixada às te-las ou revestimentos vedadores durante a inserção em ânguloalto/ERD (perfuração com alcance estendido) ou em poços des-viados devido ao fato que a resistência à penetração associ-ada ao atrito é reduzida na coluna de trabalho, tornandomais fácil de se observar e aplicar o peso medido necessáriopara ajudar a mover as telas ou revestimentos vedadores deareia para a profundidade planejada. Entretanto, freqüente-mente não é desejável girar as telas ou revestimentos veda-dores (ainda mais com acessórios sensíveis) por receio dedano. Por exemplo, se a tela ou revestimento vedador enca-lhar, pode ocorrer empeno em decorrência do torque aplicado.Em aplicações de perfurações direcionais usandomotores ou ferramentas giratórias dirigiveis de perfuraçãode fundo de poço, freqüentemente será necessário encaixar oudesencaixar seletivamente a coluna de perfuração principalcom a broca de perfuração, para permitir de vez em quandorotação independente da coluna de perfuração principal e ro-tação com a coluna de perfuração em outras vezes.
A US 5.394.938 descreve uma tela de fardo de cas-calho em que um tubo de base permeável a fluido tem uma ca-misa de tela montada rotativamente sobre o mesmo, de maneiraque o tubo de base ou coluna de tubulação de perfuração podeser girado sem transmitir torque para a camisa de tela. Umarranjo como este impede vantajosamente que torque seja a-plicado à tela, mas tem a desvantagem em que para certas a-plicações ele é proveitoso ao ser capaz de transmitir sele-tivamente rotação completa para a coluna de tubulação deperfuração inteira, incluindo as telas e revestimentos veda-dores. Por exemplo, pode ser desejável ter-se uma capacidadepara soltar uma tela de uma ferramenta de descida ao se li-berar a ferramenta de descida da tela e girar a ferramentade descida, para impedir um movimento para cima desnecessá-rio da tela durante a implantação.
A US 5.323.852 revela uma tela de fardo de casca-lho de sonda conectada a uma coluna de tubulação de perfura-ção que inclui um dispositivo de limitação de torque paralimitar o torque máximo exercido na tela. Embora este arran-jo impeça danos à tela provenientes da aplicação de torqueem excesso, o dispositivo não fornece qualquer aplicação se-letiva de torque, tal como pode ser exigido para a liberaçãode ferramentas de descida, etc.
A US 6.244.345 descreve um aparelho giratório quepode ser travado localizado acima da mesa rotativa, o qualpermite que um operador gire seletivamente a coluna de per-furação enquanto que um cabo elétrico de perfilagem conven-cional pode ser manipulado abaixo. Uma desvantagem deste a-parelho giratório é que a fim de destravar ou desencaixar oaparelho giratório, de maneira que as partes possam ser gi-radas relativamente, o peso deve ser ajustado para baixo nacoluna de perfuração. Isto não seria desejável no uso de te-las ou revestimentos vedadores de areia, já que o procedi-mento de ajustar para baixo o peso na tela ou revestimentovedador de areia pode fazer com que eles dobrem e fiquem da-nificados.
A US 6.516.878 descreve uma junta de ligação gira-tória de tensão usada para cortar e remover seções de um re-vestimento de furo do poço. Uma mola de compressão mantémuma lança localizada abaixo de um cortador em encaixe rota-tivo com a coluna, e a lança é ajustada contra o revestimen-to abaixo do cortador. Tensão é aplicada para superar a molade compressão e desencaixar a lança da coluna, de maneiraque a coluna acima da lança pode ser girada. Uma desvantagemdestas ferramentas é que elas não podem ser usadas na desci-da, já que a coluna de tubulação de perfuração abaixo dajunta de ligação deve ficar retida no lugar para desencaixara coluna de tubulação de perfuração e permitir rotação sele-tiva do cortador acima.É um objetivo da invenção fornecer uma junta deligação giratória que supere pelo menos um inconveniente oudesvantagem das juntas de ligação giratórias de técnica an-terior.
É um objetivo de pelo menos uma modalidade da pre-sente invenção fornecer uma junta de ligação giratória quepermita a rotação de uma coluna de tubulação de perfuraçãoacima da junta de ligação para ser transmitida seletivamentepor meio da junta de ligação para o aparelho de fundo de po-ço abaixo, tal como uma tela, montagem de revestimento veda-dor ou broca de perfuração.
É um objetivo adicional de pelo menos uma modali-dade da presente invenção fornecer uma junta de ligação gi-ratória em que a rotação relativa entre a coluna de tubula-ção de perfuração acima da junta de ligação e o aparelho defundo de poço abaixo da junta de ligação, tal como uma tela,montagem de revestimento vedador ou broca de perfuração, po-de ser atingida sem compressão ou tensão na junta de ligação.
É um objetivo adicional de pelo menos um aspectoda invenção fornecer uma junta de ligação giratória de fundode poço que satisfaça os objetivos indicados anteriormente.
Propósitos e objetivos adicionais da invenção setornarão aparentes com a descrição a seguir.
De acordo com um primeiro aspecto da presente in-venção, é fornecido uma junta de ligação giratória para co-nexão em uma coluna de trabalho entre uma coluna de trabalhoe um aparelho de fundo de poço, a junta de ligação compreen-dendo um primeiro corpo substancialmente cilíndrico, inclu-indo uma parte de luva tendo um ou mais primeiros dentes ar-ranjados sobre a mesma; um segundo corpo substancialmentecilíndrico estando parcialmente localizado dentro da partede luva e os corpos sendo arranjados para girar um em rela-ção ao outro; uma luva deslizante, incluindo um ou mais se-gundos dentes arranjados sobre a mesma para se encaixar mu-tuamente com os primeiros dentes; a luva deslizante sendomóvel axialmente entre uma primeira posição, em que os pri-meiros e segundos dentes estão desencaixados, e uma segundaposição em que os primeiros e segundos dentes estão encaixa-dos; e dispositivo para encaixar a luva deslizante com o se-gundo corpo cilíndrico.
A luva deslizante pode ser operável para ser en-caixada com o segundo corpo cilíndrico, ou pode ser chaveta-da com o segundo corpo cilíndrico.
Assim, com a luva deslizante travada ao segundocorpo, a junta de ligação pode ser arranjada de maneira queos dentes fiquem travados tanto na posição encaixada comodesencaixada.
Preferivelmente, a luva deslizante é deslocada porcausa de um diferencial de pressão na junta de ligação. 0diferencial de pressão pode ser criado pela queda de uma es-fera para dentro de uma sede de esfera de um aparelho defundo de poço, tal como uma tela, montagem de revestimentovedador ou broca de perfuração, localizado abaixo da juntade ligação.
Alternativamente, a luva deslizante pode ser ope-rada por um sistema hidráulico. Opcionalmente, a luva desli-zante pode ser deslocada por um sistema mecânico.
Em uma primeira modalidade, o primeiro corpo ci-líndrico é uma junta de ligação de topo, incluindo disposi-tivo para conectar a junta de ligação de topo a uma colunade trabalho. 0 segundo corpo cilíndrico pode ser um mandrilinterno incluindo dispositivo para conectar o mandril inter-no, em uma extremidade inferior, a um aparelho de fundo depoço. 0 aparelho de fundo de poço pode ser um aparelho paradescer ou pendurar um revestimento vedador ou tela. Alterna-tivamente, o aparelho de fundo de poço é aparelho de perfu-ração direcional.
Preferivelmente, os primeiro e segundo corpos in-cluem furos centrais através deles, de maneira tal que ajunta de ligação tem um furo central se estendendo axialmen-te através dele. Este arranjo permite que cabo elétrico deperfilagem convencional e outras ferramentas sejam localiza-dos através da junta de ligação, e também leva em contafluidos de circulação, etc. através da junta de ligação e dacoluna de tubulação de perfuração, se desejado.
Preferivelmente uma luva de mancai é localizadaentre os primeiro e segundo corpos para fornecer rotação su-ave de um em relação ao outro.
Preferivelmente, a junta de ligação inclui pelomenos um pino de cisalhamento que conecta a luva deslizanteao segundo corpo cilíndrico.
Mais preferivelmente, a luva deslizante inclui pe-lo menos um grampo de travamento. Desta maneira, um diferen-cial de pressão inicial fará com que o pino de cisalhamentose rompa e a luva deslizante se deslocará, de maneira talque os primeiros e segundos dentes se deslocam axialmente umem relação ao outro. 0 grampo de travamento pode então en-caixar a luva deslizante com o segundo corpo cilíndrico paratravar a junta de ligação em cada uma das primeira ou segun-da posições.
Em uma modalidade preferida, a junta de ligação éinicialmente arranjada na primeira posição, na qual a luvadeslizante é retida no segundo corpo cilíndrico com os pri-meiros e segundos dentes desencaixados. Neste arranjo, o se-gundo corpo cilíndrico pode girar com relação ao primeirocorpo cilíndrico. Se o primeiro corpo cilíndrico estiver co-nectado a uma coluna de tubulação de perfuração, este arran-jo permite que a coluna de tubulação de perfuração seja gi-rada enquanto que o aparelho fixado ao segundo corpo cilín-drico fica retido estacionário. Pela aplicação do diferenci-al de pressão, o pino de cisalhamento pode cisalhar e a luvadeslizante se deslocará axialmente sobre o segundo corpo atéque o grampo de travamento encaixe a luva deslizante em umasegunda posição. A segunda posição tem os primeiros e segun-dos dentes encaixados, e assim a rotação da coluna de tubu-lação de perfuração e do primeiro corpo cilíndrico fará comque o segundo corpo cilíndrico gire com o primeiro corpo ci-líndrico.
Opcionalmente, uma sede de esfera de queda podeficar localizada dentro da junta de ligação, a fim de forne-cer dispositivo para criar um diferencial de pressão na jun-ta de ligação.Preferivelmente, uma mola é localizada entre oprimeiro corpo cilíndrico e a luva deslizante. Desta maneiraa luva pode ser predisposta na direção da primeira ou da se-gunda posição.
Vantajosamente, a luva deslizante pode incorporaruma luva indicadora. Desta maneira, um arranjo de pino e ra-nhura pode permitir que a luva deslizante gire seletivamenteem volta do segundo corpo, e se desloque axialmente de ma-neira que a junta de ligação pode ser encaixada ou desencai-xada seletivamente qualquer número de vezes.
De acordo com um segundo aspecto da presente in-venção, é fornecido um método de descida de um aparelho defundo de poço para dentro de um furo do poço, o método com-preendendo as etapas de:
a) localizar uma junta de ligação giratória entreuma coluna de trabalho e um aparelho de fundo de poço;
b) descer a coluna de trabalho para dentro do furodo poço ao mesmo tempo que girando a coluna de trabalho;
c) criar um diferencial de pressão na junta de li-gação giratória para mudar a junta de ligação entre uma pri-meira posição, na qual a coluna de trabalho gira em relaçãoao aparelho de fundo de poço, e uma segunda posição na quala coluna de trabalho e pelo menos uma parte do aparelho defundo de poço giram conjuntamente.
0 método pode compreender as etapas adicionais degirar a coluna de trabalho com a junta de ligação giratóriana primeira posição, de maneira tal que a coluna de trabalhogire em relação ao aparelho de fundo de poço.O método pode compreender a etapa adicional de gi-rar a coluna de trabalho com a junta de ligação giratória nasua segunda posição, de maneira tal que a coluna de trabalhoe pelo menos uma parte do aparelho de fundo de poço giremconjuntamente.
0 método pode incluir a etapa de deixar cair umaesfera através da coluna de trabalho para colocá-la em umasede de esfera e criar o diferencial de pressão.
0 método pode incluir adicionalmente a etapa detravar a junta de ligação na segunda posição.
0 método pode incluir adicionalmente a etapa decriar um diferencial de pressão adicional para localizar no-vamente a junta de ligação na primeira posição e girar a co-luna de trabalho em relação ao aparelho de fundo de poço.
O aparelho de fundo de poço pode compreender umaferramenta de descida ou ajuste. Preferivelmente, a parteque gira com a coluna de trabalho é a ferramenta de descidaou ajuste.
Em uma modalidade, o aparelho de fundo de poçocompreende uma ferramenta de descida ou ajuste para um re-vestimento vedador ou tela.
Alternativamente, o aparelho de fundo de poço com-preende equipamento de perfuração direcional.
De acordo com um terceiro aspecto da invenção, éfornecido um método de descida de um aparelho de fundo depoço para dentro de um furo do poço, o método compreendendoas etapas de:
a) localizar uma junta de ligação giratória entreuma coluna de trabalho e um aparelho de fundo de poço;
b) descer a coluna de trabalho para dentro do furodo poço ao mesmo tempo que girando a coluna de trabalho;
c) criar um diferencial de pressão na junta de li-gação giratória para mudar a junta de ligação entre uma pri-meira posição, na qual a coluna de trabalho gira em relaçãoao aparelho de fundo de poço, e uma segunda posição na quala coluna de trabalho e pelo menos uma parte do aparelho defundo de poço giram conjuntamente.
O método pode compreender a etapa adicional de gi-rar a coluna de trabalho com a junta de ligação giratória naprimeira posição, de maneira tal que a coluna de trabalhogire em relação ao aparelho de fundo de poço.
0 método pode compreender a etapa adicional de gi-rar a coluna de trabalho com a junta de ligação giratória nasua segunda posição, de maneira tal que a coluna de trabalhoe pelo menos uma parte do aparelho de fundo de poço giremconj untamente.
0 método pode incluir a etapa de deixar cair umaesfera através da coluna de tubulação de perfuração a fim decriar o diferencial de pressão.
Adicionalmente, o método pode incluir a etapa decriar um diferencial de pressão adicional para mudar a juntade ligação de volta para a primeira posição e girar a colunade tubulação de perfuração e o aparelho de fundo de poçoconjuntamente.
Preferivelmente, as etapas podem ser repetidasqualquer número de vezes, de maneira que a junta de ligaçãopode mudar de forma cíclica entre as primeira e segunda po-sições .
De acordo com um quarto aspecto da invenção é for-necido um método de descida de aparelho de fundo de poço pa-ra dentro de um furo do poço, o método compreendendo as eta-pas de:
a) localizar uma junta de ligação giratória entreuma coluna de trabalho e o aparelho de fundo de poço;
b) girar a coluna de trabalho com a junta de liga-ção giratória em uma posição encaixada, de maneira tal que acoluna de trabalho gire com o aparelho de fundo de poço;
c) descer o aparelho na coluna de trabalho paradentro de um furo do poço ao mesmo tempo que girando a colu-na de trabalho e o aparelho;
d) criar um diferencial de pressão na junta de li-gação giratória de maneira tal que a junta de ligação mudepara uma posição desencaixada, de maneira tal que a colunade trabalho possa ser girada em relação ao aparelho de fundode poço.
O método pode compreender a etapa adicional de gi-rar a coluna de trabalho em relação ao aparelho de fundo depoço.
O método pode compreender as etapas adicionais decriar um diferencial de pressão adicional para mudar a juntade ligação de volta para a posição encaixada, e girar a co-luna de trabalho e o aparelho de fundo de poço conjuntamente.
De acordo com um quinto aspecto da presente inven-ção, é fornecida uma junta de ligação giratória para conexãoem uma coluna de trabalho entre uma coluna de tubulação deperfuração e uma montagem de tela ou revestimento vedador, ajunta de ligação compreendendo um primeiro corpo substanci-almente cilíndrico, incluindo uma parte de luva tendo um oumais primeiros dentes arranjados em uma superfície da mesma;um segundo corpo substancialmente cilíndrico estando parci-almente localizado dentro da parte de luva e os corpos sendoarranjados para girar um em relação ao outro; uma luva des-lizante, incluindo um ou mais segundos dentes arranjados emuma superfície da mesma para se encaixar mutuamente com osprimeiros dentes; a luva deslizante sendo móvel axialmenteentre uma primeira posição, em que os primeiros e segundosdentes estão desencaixados, e uma segunda posição em que osprimeiros e segundos dentes estão encaixados; e dispositivopara travar a luva deslizante ao segundo corpo cilíndrico.
De acordo com um sexto aspecto da invenção é for-necido um método de descida de uma tela ou revestimento ve-dador para dentro de um furo do poço, o método compreendendoas etapas de:
a) localizar uma junta de ligação giratória entreuma coluna de tubulação de perfuração e uma montagem de re-vestimento vedador ou tela;
b) girar a coluna de tubulação de perfuração com ajunta de ligação giratória em uma primeira posição, de ma-neira tal que a coluna de tubulação de perfuração gire emrelação à montagem;
c) descer a coluna de tubulação de perfuração paradentro do furo do poço ao mesmo tempo que girando a colunade tubulação de perfuração;
d) criar um diferencial de pressão na junta de li-gação giratória para mudar a junta de ligação para uma se-gunda posição, de maneira tal que a coluna de tubulação deperfuração e pelo menos uma parte da montagem girem conjun-tamente; e
e) girar a coluna de tubulação de perfuração e aparte da montagem.
De acordo com um sétimo aspecto da presente inven-ção, é fornecido um método de descida de aparelho de fundode poço para dentro de um furo do poço, o método compreen-dendo:
a) localizar uma junta de ligação giratória entreuma coluna de tubulação de perfuração e o aparelho de fundode poço;
b) girar a coluna de tubulação de perfuração com ajunta de ligação giratória em uma primeira posição, de ma-neira tal que a coluna de tubulação de perfuração gire com oaparelho de fundo de poço;
c) descer o aparelho na coluna de tubulação deperfuração para dentro de um furo do poço ao mesmo tempo quegirando a coluna de tubulação de perfuração e o aparelho;
d) criar um diferencial de pressão na junta de li-gação giratória de maneira tal que a junta de ligação mudepara uma segunda posição, de maneira tal que a coluna de tu-bulação de perfuração possa ser girada em relação ao apare-lho de fundo de poço; e
e) girar a coluna de tubulação de perfuração emrelação ao aparelho de fundo de poço.
Modalidades preferidas dos quinto ao sétimo aspec-tos da invenção podem incluir recursos das modalidades dosprimeiro ao quarto aspectos da invenção.
Modalidades da presente invenção serão agora des-critas somente a titulo de exemplo, com referência aos dese-nhos seguintes, nos quais:
A Figura 1 é uma vista seccional transversal deuma junta de ligação giratória de acordo com uma primeiramodalidade da presente invenção, em uma configuração destra-vada;
A Figura 2 é uma vista seccional transversal dajunta de ligação da figura 1 em uma segunda configuraçãotravada;
A Figura 3 é uma vista seccional através da linhaA-A da figura 2; e
A Figura 4 é uma vista esquemática de uma junta deligação giratória de acordo com uma modalidade adicional dapresente invenção.
A referência é inicialmente feita à figura 1 dosdesenhos, a qual ilustra uma junta de ligação giratória in-dicada de uma maneira geral pelo número de referência 10, deacordo com a primeira modalidade da presente invenção. Ajunta de ligação 10 compreende um primeiro corpo cilíndrico12 tendo em uma extremidade superior 14 uma seção de caixa16 para conectar o corpo 12 a uma coluna de tubulação deperfuração (não mostrada) . O corpo 12 inclui um furo 18 a-través dele e em uma extremidade inferior 20 é fornecida umaluva 22 se estendendo a partir do corpo 12. É localizadadentro da luva 22 uma luva de mancai 24 que inclui os man-cais 26a,b para fornecer um acoplamento rotativo para qual-quer coisa colocada adjacente à luva de mancai 24.
Localizado dentro da luva de mancai 24, e assimacoplado de forma rotativa a ela, está um mandril interno28. 0 mandril interno 28 é um corpo cilíndrico tendo um furocentral 30 localizado através dele. Em uma extremidade supe-rior 32, distai à luva de mancai 24, está uma seção de pino34 para conectar a junta de ligação a um aparelho de fundode poço (não mostrado).
Fixada à luva 22 está uma luva de travamento 36que pode formar parte da mesma. A luva de travamento 36 estáem contato com uma superfície externa 38 do mandril 28. Aluva de travamento 36 é preferivelmente aparafusada à luva22 e tem em uma extremidade superior 40 uma parte estreitada42 que tem, na sua superfície externa 44, os seis dentes46a-f, tal como ilustrado na figura 3.
Localizada na superfície externa 38 do mandril 28está uma luva deslizante 48. A luva deslizante 48 é arranja-da para se deslocar longitudinalmente no mandril interno 28.Seu caminho é limitado por uma face de apoio 50 no mandril28 e pelo encaixe com os dentes 4 6 na luva de travamento 36.Em uma extremidade superior 52 da luva deslizante, arranja-dos em uma superfície interna 54 da mesma, estão localizadosos seis dentes 56a-f, tal como ilustrado na figura 3. Osdentes 46, 56 são dimensionados de maneira que eles podem seencaixar uns com os outros quando juntados axialmente.Localizados em volta da luva deslizante 48 estãoseis os pinos de cisalhamento 58. Os pinos de cisalhamento58 são espaçados eqüidistantemente em volta da luva 48, a-travessando orifícios na luva 48 para dentro do mandril in-terno 28. Assim, a luva deslizante 48 é fixada ao mandrilinterno 28.
Em uma primeira configuração, tal como mostrado nafigura 1, os pinos de cisalhamento 58 fixam a luva deslizan-te 48 ao mandril 28. A luva deslizante 48 está localizadacontra a face de apoio 50. Os dentes 46, 56 estão desencai-xados com a extremidade superior 52 da luva 48 estando livredos dentes 46 na luva de travamento 36 apesar de existir a-inda fornecida uma pequena sobreposição para auxiliar no po-sicionamento das luvas na junta de ligação 10. Também loca-lizado na luva 4 8 está um grampo de travamento 60. Este é umpino de saltar que é predisposto na direção do mandril in-terno 28. Nesta modalidade, o grampo 60 está comprimido.
A referência agora é feita à figura 3 dos dese-nhos, a qual ilustra a junta de ligação 10 da figura 1, emuma segunda configuração. Na figura 3, os pinos de cisalha-mento 58 foram cisalhados e a luva deslizante 48 foi deslo-cada para cima de maneira que os dentes 46, 56 estão comple-tamente encaixados. O grampo de travamento 60 está agora lo-calizado sobre um rebaixo 62 no mandril interno 28. O grampo60 se expande para localizar um pino no rebaixo 62. Com opino localizado no rebaixo 62, a luva deslizante 48 é impe-dida de se movimentar. A luva de travamento 36, por meio doencaixe com a luva deslizante 48, está agora travada ao man-dril interno 28.
Em uso, a junta de ligação 10 é conectada a umacoluna de tubulação de perfuração por meio da seção de caixa16. Um revestimento vedador ou tela é fixado por meio de umaferramenta de pendurar revestimento vedador ou ferramenta dedescida na seção de pino 34 na extremidade inferior 32 dajunta de ligação 10. A luva deslizante 48 é arranjada naconfiguração mostrada na figura 1, em que a luva está puxadade volta contra a face de apoio 50 e os pinos de cisalhamen-to 58 estão montados através da luva 48 no mandril interno28. Nesta configuração a junta de ligação está destravada eos dentes 46, 56 estão livres uns dos outros e desencaixa-dos. O mandril interno 28 está agora somente conectado àjunta de ligação de topo 10 por meio da luva de mancai 24.Desta maneira, o corpo 12 e o mandril 28 podem girar inde-pendentemente um do outro.
Quando desce em um furo do poço, a coluna de tubu-lação de perfuração na extremidade superior 14 da junta deligação 10 pode ser girada, enquanto que o revestimento ve-dador conectado ao mandril interno 28 pode permanecer esta-cionário. Nenhum torque será transmitido ao revestimento ve-dador, já que todo ele é suportado pela luva de mancai 24. Arotação adicional da coluna de tubulação de perfuração acimada junta de ligação é atingida sem tensão ou compressão najunta de ligação. Isto significa que uma vez a tela ou re-vestimento vedador esteja na profundidade total (TD), a co-luna de perfuração pode continuar a ser girada durante acirculação para ajudar no deslocamento de furo, e em cortesou remoção de fragmentos sem receio de transmitir rotação outorque para baixo.
Se rotação do suporte de revestimento vedador ouferramenta de ajuste for exigida, um diferencial de pressãoé induzido dentro da junta de ligação 10. Isto pode ser fei-to pela queda de uma esfera a partir da superfície do furodo poço através dos furos 18 e 30 da junta de ligação, e pa-ra dentro de uma sede de esfera. A sede de esfera pode sermontada no mandril interno 28 ou, alternativamente, ela podeser localizada na ferramenta de pendurar revestimento veda-dor ou ferramenta de descida montada no pino 34 do mandrilinterno 28. Ao se passar uma esfera dentro do furo 30, flui-do pode ser circulado através do furo 30 para induzir um de-senvolvimento de pressão dentro da junta de ligação 10;pressão do lado de fora da junta de ligação na luva desli-zante 48 induz movimento na luva 48. A força suficiente domovimento quebrará os pinos de cisalhamento 58, permitindoque a luva 4 8 se desloque.
A luva 48 se deslocará na direção da extremidadesuperior 14 da junta de ligação 10. À medida que a luva 48se desloca, os dentes 56 passam entre os dentes 46 na luvade travamento 36. 0 encaixe dos dentes 4 6, 56 faz com que asluvas 36, 48 se acoplem até que o pino de travamento 60 al-cance o rebaixo 62, que em conseqüência disto o movimento daluva deslizante 48 é então impedido. Nesta posição, os den-tes 46, 56 estão inteiramente encaixados e a luva deslizante48 está travada ao mandril interno 28. 0 torque agora trans-mitido pela coluna de tubulação de perfuração causará a ro-tação do corpo 12 e da luva de travamento 36. Por causa doencaixe dos dentes 46, 56, a luva deslizante 48 será forçadaa girar com o corpo 12. Já que a luva deslizante 48 estátravada ao mandril interno 28, o mandril interno agora tam-bém girará com o corpo 12 e assim a junta de ligação 10 to-tal girará com a coluna de perfuração.
Este recurso pode ser considerado um dispositivode emergência que pode ser usado para ajudar ferramentas dedescida de implantação de tela que porventura não liberemfacilmente. Ter uma capacidade para girar as ferramentas dedescida para livrá-las da montagem de descida pode impedir omovimento para cima desnecessário das telas ou revestimentovedador uma vez implantados. O recurso de travamento tambémpode ser necessário se ferramentas hidráulicas forem exigi-das para ser liberadas por seus recursos de liberação de e-mergência, isto é, através de rotação para a esquerda, comoé o caso de algumas ferramentas de suporte de revestimentovedador usadas para implantações de tela.
Na modalidade mostrada, um diferencial de pressãopredeterminado na junta de ligação de cerca de 2.500 psi(17.236,9 kPa) é exigido para desencaixar a luva deslizantee causar movimento para a posição travada. 0 diferencial depressão pode ser atingido empurrando-se para cima contra umaesfera em uma sede de esfera capaz de cisalhar. Ele tambémpode ser aplicado pela descida de um plugue recuperável paraum perfil na base da junta de ligação 10. O plugue recuperá-vel seria inserido através dos furos 18 e 30 da junta de li-gação 10.A referência agora é feita à figura 4 dos desenhosque mostra uma junta de ligação giratória, de uma maneirageral indicada pelo número de referência 110, de acordo comuma modalidade adicional da presente invenção. Às partes i-guais àquelas da junta de ligação giratória 10 mostrada nasfiguras 1 a 3, foram dados os mesmos números de referênciacom a adição de 100. A modalidade na figura 4 é similar àjunta de ligação giratória 10 das figuras 1 a 3, mas compre-ende dois recursos adicionais. O primeiro destes é a incor-poração de uma mola 70 localizada entre as luvas 136 e 148.Uma primeira extremidade 72 da mola 70 é localizada dentrode um rebaixo 74 na face superior 152 da luva deslizante148. Uma extremidade oposta 76 da mola 70 é localizada em umrebaixo 78 dentro de uma parte 80 de uma luva de travamento136, atrás dos dentes 146.
Em uso, quando o diferencial de pressão aumentasuficientemente para cisalhar o pino de cisalhamento 158, aluva 148 se desloca sobre a luva 136 para os dentes 146, 156se encaixarem. À medida que a luva 148 se desloca, a mola 70é comprimida. Desde que o diferencial de pressão seja manti-do, a luva 148 permanecerá sobre os dentes 146 e a junta deligação 110 girará em sua totalidade. A liberação do dife-rencial de pressão fará com que a luva 148 caia de maneiraque ela cai de volta para a face de apoio 150. Ao alcançar aface de apoio 150, a junta de ligação 110 está agora desen-caixada e o corpo 112 conectado à coluna de tubulação deperfuração pode ser girado em relação ao mandril interno 128.
Deve ser percebido que simplesmente pela variaçãodo diferencial de pressão através da junta de ligação 110, ajunta de ligação 110 pode ser deslocada da posição encaixadapara a desencaixada qualquer número de vezes. Portanto, ajunta de ligação 110 tem uma vantagem sobre a junta de liga-ção 10 em que ela pode ser usada repetidamente. Entretanto,a junta de ligação 10 tem a vantagem em que ela pode sertravada em cada posição.
Um recurso adicional que pode ser acrescentado àjunta de ligação 110 é a incorporação de uma luva indicadora82. A luva indicadora 82 forma uma parte do mandril interno128 e compreende uma ranhura continua 8 6 usinada de formacircunferencial em volta da superfície externa 138 do man-dril 128. Localizado na superfície interna 154 da luva des-lizante 148 está um pino 84. Embora somente um pino estejailustrado, deve ser percebido que diversos pinos podem serusados para aumentar a estabilidade da junta de ligação 110e distribuir o carregamento na junta de ligação 110 em uso.O pino 84 se localiza na ranhura 86. A ranhura 86 é um típi-co arranjo de fenda em forma de J que é arranjado de formacircunferencial em volta do mandril interno 128.
Em uso, o pino 84 fica inicialmente localizado emuma primeira fenda e pela variação do diferencial de pressãona junta de ligação 110 e por meio da predisposição da mola70 o pino 84 é deslocado em volta da ranhura 86. Pode serpercebido que o pino 84 pode ser arranjado na luva 48 en-quanto que a ranhura 86 é arranjada no mandril interno 128.O arranjo das fendas em forma de J seria então reposicionadodesta maneira.A principal vantagem da presente invenção é queela fornece uma junta de ligação giratória que permite a umacoluna de trabalho ser girada acima da junta de ligação, en-quanto que um aparelho de fundo de poço, tal como uma tela,montagem de revestimento vedador ou broca de perfuração a-baixo da junta de ligação não é afetado pela rotação ou torque.
Uma vantagem adicional da presente invenção é queela fornece uma junta de ligação giratória em que o acopla-mento rotativo pode ser implantado seletivamente de maneiraque, se necessário, o torque pode ser transmitido através dajunta de ligação.
Uma vantagem também adicional da presente invençãoé que ela fornece uma junta de ligação giratória no qual ro-tação relativa entre a coluna de trabalho acima e o aparelhode fundo de poço, tal como uma tela, montagem de revestimen-to vedador ou broca de perfuração abaixo da junta de liga-ção, pode ser atingida sem compressão ou tensão na junta deligação.
Deve ser percebido que embora os termos 'superior'e 'inferior' juntamente com 'topo' e 'base' tenham sido usa-dos dentro desta especificação, eles são termos relativos ea junta de ligação pode encontrar aplicação igual nos furosdos poços desviados ou horizontais.
Várias modificações podem ser feitas na invençãodescrita neste documento sem fugir do escopo da mesma. Porexemplo, embora a mudança no diferencial de pressão tenhasido descrita pela ação de uma esfera caindo em uma sede deesfera capaz de cisalhar ou pela descida de um plugue recu-perável para um perfil na base da junta de ligação, o movi-mento da luva deslizante também pode ser efetuado pela apli-cação de componentes hidráulicos na superfície, ou de fatopor outros dispositivos mecânicos. Adicionalmente, as moda-lidades descritas mostram uma junta de ligação em que a co-luna de tubulação de perfuração pode girar em relação ao a-parelho conectado na base da junta de ligação durante a des-cida, a junta de ligação pode igualmente ser ajustada de ma-neira tal que a junta de ligação é travada para fornecer ro-tação sem interrupção durante a descida, e então ser destra-vada em uma posição no furo do poço. Este recurso pode seradequado para a operação de ferramentas hidráulicas locali-zadas na base da junta de ligação.
Claims (38)
1. Junta de ligação giratória para conexão em umacoluna de trabalho entre uma coluna de trabalho e um apare-lho de fundo de poço, CARACTERIZADA pelo fato de que compre-ende um primeiro corpo substancialmente cilíndrico, incluin-do uma parte de luva tendo um ou mais primeiros dentes ar-ranjados sobre a mesma; um segundo corpo substancialmentecilíndrico estando parcialmente localizado dentro da partede luva e os corpos sendo arranjados para girar um em rela-ção ao outro; uma luva deslizante, incluindo um ou mais se-gundos dentes arranjados sobre a mesma para se encaixar mu-tuamente com os primeiros dentes; a luva deslizante sendomóvel axialmente entre uma primeira posição, em que os pri-meiros e segundos dentes estão desencaixados, e uma segundaposição em que os primeiros e segundos dentes estão encaixa-dos; e dispositivo para encaixar a luva deslizante com o se-gundo corpo cilíndrico.
2. Junta de ligação giratória, de acordo com areivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a luva des-lizante é operada por um sistema hidráulico.
3. Junta de ligação giratória, de acordo com areivindicação 1 ou a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fa-to de que a luva deslizante é deslocada por causa de um di-ferencial de pressão na junta de ligação.
4. Junta de ligação giratória, de acordo com areivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o diferenci-al de pressão é criado pela queda de uma esfera para dentrode uma sede de esfera de um aparelho de fundo de poço loca-lizado abaixo da junta de ligação.
5. Junta de ligação giratória, de acordo com areivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a luva des-lizante é deslocada por um sistema mecânico.
6. Junta de ligação giratória, de acordo com qual-quer reivindicação anterior, CARACTERIZADA pelo fato de queo primeiro corpo cilíndrico é uma junta de ligação de topo,incluindo dispositivo para conectar a junta de ligação detopo a uma coluna de trabalho.
7. Junta de ligação giratória, de acordo com qual-quer reivindicação anterior, CARACTERIZADA pelo fato de queo segundo corpo cilíndrico é um mandril interno incluindodispositivo para conectar o mandril interno, em uma extremi-dade inferior, a um aparelho de fundo de poço.
8. Junta de ligação giratória, de acordo com areivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que o aparelhode fundo de poço é aparelho para descer ou pendurar um re-vestimento vedador ou tela.
9. Junta de ligação giratória, de acordo com areivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que o aparelhode fundo de poço é aparelho de perfuração direcional.
10. Junta de ligação giratória, de acordo comqualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADA pelo fato deque os primeiro e segundo corpos incluem furos centrais a-través deles, de maneira tal que a junta de ligação tem umfuro central se estendendo axialmente através dela.
11. Junta de ligação giratória, de acordo comqualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADA pelo fato deque uma luva de mancai é localizada entre os primeiro e se-gundo corpos para fornecer rotação suave de um em relação aooutro.
12. Junta de ligação giratória, de acordo comqualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADA pelo fato deque a junta de ligação inclui pelo menos um pino de cisalha-mento que conecta a luva deslizante ao segundo corpo cilín-drico .
13. Junta de ligação giratória, de acordo comqualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADA pelo fato deque a luva deslizante inclui pelo menos um grampo de trava-mento.
14. Junta de ligação giratória, de acordo com areivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que o grampo detravamento é adaptado para encaixar a luva deslizante com osegundo corpo cilíndrico para travar a junta de ligação emcada uma das primeira ou segunda posições.
15. Junta de ligação giratória, de acordo comqualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADA pelo fato deque a junta de ligação é inicialmente arranjada na primeiraposição, em que a luva deslizante é retida no segundo corpocilíndrico com os primeiros e segundos dentes desencaixados.
16. Junta de ligação giratória, de acordo comqualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADA pelo fato deque uma sede de esfera de queda é localizada dentro da juntade ligação, a fim de fornecer dispositivo para criar um di-ferencial de pressão na junta de ligação.
17. Junta de ligação giratória, de acordo comqualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADA pelo fato deque compreende adicionalmente dispositivo de predisposiçãopara predispor a luva deslizante em direção à primeira ou àsegunda posição.
18. Junta de ligação giratória, de acordo com areivindicação 17, CARACTERIZADA pelo fato de que o disposi-tivo de predisposição é uma mola.
19. Junta de ligação giratória, de acordo comqualquer reivindicação anterior, CARACTERIZADA pelo fato deque a junta de ligação incorpora uma luva indicadora.
20. Método de descida de um aparelho de fundo depoço para dentro de um furo do poço, CARACTERIZADO pelo fatode que compreende as etapas de:a) localizar uma junta de ligação giratória entreuma coluna de trabalho e um aparelho de fundo de poço;b) descer a coluna de trabalho para dentro do furodo poço ao mesmo tempo que girando a coluna de trabalho;c) criar um diferencial de pressão na junta de li-gação giratória para mudar a junta de ligação entre uma pri-meira posição, na qual a coluna de trabalho gira em relaçãoao aparelho de fundo de poço, e uma segunda posição na quala coluna de trabalho e pelo menos uma parte do aparelho defundo de poço giram conjuntamente.
21. Método, de acordo com a reivindicação 20,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende a etapa adicionalde girar a coluna de trabalho com a junta de ligação girató-ria na primeira posição de maneira tal que a coluna de tra-balho gire em relação ao aparelho de fundo de poço.
22. Método, de acordo com a reivindicação 20 ou areivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que compreendea etapa adicional de girar a coluna de trabalho com a juntade ligação giratória na sua segunda posição de maneira talque a coluna de trabalho e pelo menos uma parte do aparelhode fundo de poço girem conjuntamente.
23. Método, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 20 a 22, CARACTERIZADO pelo fato de que compreendea etapa adicional de deixar cair uma esfera através da colu-na de trabalho para colocá-la em uma sede de esfera e criaro diferencial de pressão.
24. Método, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 20 a 23, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui adi-cionalmente a etapa de travar a junta de ligação na segundaposição.
25. Método, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 20 a 24, CARACTERIZADO pelo fato de que etapa c) érepetida de maneira que a junta de ligação muda de forma cí-clica entre as primeira e segunda posições.
26. Método, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 20 a 25, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelhode fundo de poço compreende uma ferramenta de descida ou a-juste.
27. Método, de acordo com a reivindicação 26,CARACTERIZADO pelo fato de que a parte que gira com a colunade trabalho é a ferramenta de descida ou ajuste.
28. Método, de acordo com a reivindicação 26 ou areivindicação 27, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelhode fundo de poço compreende uma ferramenta de descida ou a-juste para um revestimento vedador ou tela.
29. Método, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 20 a 25, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelhode fundo de poço compreende equipamento de perfuração dire-cional.
30. Método de descida de um aparelho de fundo depoço para dentro de um furo do poço, CARACTERIZADO pelo fatode que compreende as etapas de:a) localizar uma junta de ligação giratória entreuma coluna de trabalho e um aparelho de fundo de poço;b) girar a coluna de trabalho com a junta de liga-ção giratória em uma primeira posição, de maneira tal que acoluna de trabalho gire em relação ao aparelho de fundo depoço;c) descer a coluna de trabalho para dentro do furodo poço ao mesmo tempo que girando a coluna de trabalho;d) criar um diferencial de pressão na junta de li-gação giratória para mudar a junta de ligação para uma se-gunda posição, de maneira tal que a coluna de trabalho e pe-lo menos uma parte do aparelho de fundo de poço girem con-juntamente.
31. Método, de acordo com a reivindicação 30,CARACTERIZADO pelo fato de que inclui adicionalmente a etapade girar a coluna de trabalho e a parte do aparelho de fundode poço.
32. Método, de acordo com a reivindicação 30 ou areivindicação 31, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui adi-cionalmente a etapa de criar um diferencial de pressão adi-cional para localizar novamente a junta de ligação na pri-meira posição e girar a coluna de trabalho em relação ao a-parelho de fundo de poço.
33. Método de descida.de aparelho de fundo de poçopara dentro de um furo do poço, CARACTERIZADO pelo fato deque compreende as etapas de:a) localizar uma junta de ligação giratória entreuma coluna de trabalho e o aparelho de fundo de poço;b) girar a coluna de trabalho com a junta de liga-ção giratória em uma posição encaixada, de maneira tal que acoluna de trabalho gire com o aparelho de fundo de poço;c) descer o aparelho na coluna de trabalho paradentro de um furo do poço ao mesmo tempo que girando a colu-na de trabalho e o aparelho;d) criar um diferencial de pressão na junta de li-gação giratória de maneira tal que a junta de ligação mudepara uma posição desencaixada, de maneira tal que a colunade trabalho possa ser girada em relação ao aparelho de fundode poço.
34. Método, de acordo com a reivindicação 33,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente aetapa de girar a coluna de trabalho em relação ao aparelhode fundo de poço.
35. Método, de acordo com a reivindicação 33 ou areivindicação 34, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui adi-cionalmente as etapas de criar um diferencial de pressão a-dicional para mudar a junta de ligação de volta para a posi-ção encaixada; e girar a coluna de trabalho e aparelho defundo de poço conjuntamente.
36. Junta de ligação giratória para conexão em umacoluna de trabalho entre uma coluna de tubulação de perfura-ção e uma montagem de tela ou revestimento vedador,CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um primeiro corposubstancialmente cilíndrico, incluindo uma parte de luvatendo um ou mais primeiros dentes arranjados em uma superfí-cie da mesma; um segundo corpo substancialmente cilíndricoestando parcialmente localizado dentro da parte de luva e oscorpos sendo arranjados para girar um em relação ao outro;uma luva deslizante, incluindo um ou mais segundos dentesarranjados em uma superfície da mesma para se encaixar mutu-amente com os primeiros dentes; a luva deslizante sendo mó-vel axialmente entre uma primeira posição, em que os primei-ros e segundos dentes estão desencaixados, e uma segunda po-sição em que os primeiros e segundos dentes estão encaixa-dos; e dispositivo para travar a luva deslizante ao segundocorpo cilíndrico.
37. Método de descida de uma tela ou revestimentovedador para dentro de um furo do poço, CARACTERIZADO pelofato de que compreende as etapas:a) localizar uma junta de ligação giratória entreuma coluna de tubulação de perfuração e uma montagem de re-vestimento vedador ou tela;b) girar a coluna de tubulação de perfuração com ajunta de ligação giratória em uma primeira posição, de ma-neira tal que a coluna de tubulação de perfuração gire emrelação à montagem;c) descer a coluna de tubulação de perfuração paradentro do furo do poço ao mesmo tempo que girando a colunade tubulação de perfuração;d) criar um diferencial de pressão na junta de li-gação giratória para mudar a junta de ligação para uma se-gunda posição, de maneira tal que a coluna de tubulação deperfuração e pelo menos uma parte da montagem girem conjun-tamente; ee) girar a coluna de tubulação de perfuração e aparte da montagem.
38. Método de descida de aparelho de fundo de poçopara dentro de um furo do poço, CARACTERIZADO pelo fato deque compreende:a) localizar uma junta de ligação giratória entreuma coluna de tubulação de perfuração e o aparelho de fundode poço;b) girar a coluna de tubulação de perfuração com ajunta de ligação giratória em uma primeira posição, de ma-neira tal que a coluna de tubulação de perfuração gire com oaparelho de fundo de poço;c) descer o aparelho na coluna de tubulação deperfuração para dentro de um furo do poço ao mesmo tempo quegirando a coluna de tubulação de perfuração e o aparelho;d) criar um diferencial de pressão na junta de li-gação giratória de maneira tal que a junta de ligação mudepara uma segunda posição, de maneira tal que a coluna de tu-bulação de perfuração possa ser girada em relação ao apare-lho de fundo de poço; ee) girar a coluna de tubulação de perfuração emrelação ao aparelho de fundo de poço.
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