BRPI0621041A2 - método para expandir radialmente um elemento tubular estendendo-se em um furo de poço formado em uma formação de terra - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA EXPANDIR RADIALMENTE UM ELEMENTO TUBULAR ESTENDENDO-SE EM UM FURO DE POçO FORMADO EM UMA FORMAçãO DE TERRA. Um método é fornecido de expandir radialmente um elemento tubular (4) estender em um furo de poço formado em uma formação de terra, compreendendo as etapas de arranjar um expansor (8) no elemento tubular (4), o expansor (8) sendo operável para exercer uma força radial à superfície interna do elemento tubular (4), e expandir radialmente o elemento tubular pressurizando-se o interior do elemento tubular (4) e simultâneamente operando o expansor (8) para exercer a dita força radial à superfície interna do elemento tubular. O expansor (8) é operado para exercer a dita força radial à superfície interna do elemento tubular (4) independentemente da pressurização do interior do elemento tubular.

Description

"MÉTODO PARA EXPANDIR RADIALMENTE UM ELEMENTO TUBULAR ESTENDENDO-SE EM UM FURO DE POÇO FORMADO EM LMA FORMAÇÃO DE TERRA"

A presente invenção diz respeito a um método para expandir radialmente um elemento tubular estendendo-se em um furo de poço formado em uma formação de terra, por meio do qual um expansor localizado no elemento tubular, é operável para exercer uma força radial à superfície interna do elemento tubular.

Furos de poço para a produção de fluido de hidroearboneto são convencionalmente fornecidos com um ou mais revestimentos para fornecer estabilidade à parede do furo de poço, e/ou para fornecer isolamento em zonas entre camadas de formação de terra diferentes. No geral, vários revestimentos são colocados em intervalos de profundidade diferentes em um arranjo abrigado por meio do qual o diâmetro de cada revestimento subseqüente é menor do que o diâmetro do revestimento anterior de modo a permitir redução do revestimento através do revestimento anterior.

Recentemente tomou-se prático expandir radialmente elementos tubulares no furo de poço, por exemplo como uma cobertura contra uma seção de revestimento existente. Também, foi proposto construir um poço de monodiâmetro expandindo-se radialmente cada revestimento subseqüente substancialmente ao mesmo diâmetro como o revestimento anterior. E assim concluído que o diâmetro disponível do liiro de poço é mantido substancialmente constante ao longo de (uma porção de) sua profundidade, como oposto ao arranjo abrigado convencional por meio do qual o diâmetro disponível diminui gradualmente com cada revestimento subseqüente. O conceito de monodiâmetro é particularmente de interesse para furos de poço muito profundos ou furos de poço de alcance estendido. Para expandir o elemento tubular, um expansor de diâmetro substancialmente igual ao diâmetro interno expandido necessário, é bombeado, empurrado ou puxado, algumas vezes em combinação com rotação, através do elemento tubular.

Em um tal método c» expansor é bombeado através do elemento tubular por meio do qual o interior da porção expandida do elemento tubular é pressurizado a uma pressão máxima em que o expansor inicia movendo-se através do elemento tubular. Entretanto foi experimentado que as forças de expansão necessárias exercidas pelo expansor ao elemento tubular podem ser muito altas, assim potencialmente levando ao dano ao expansor e/ou à. superfície interna do elemento tubular.

Portanto é um objeto da invenção fornecer um método melhorado de expandir um elemento tubular em um furo de poço, que supera as deficiências da técnica anterior.

De acordo com a invenção é fornecido um método para expandir radialmente um elemento tubular estendendo-se em um furo de poço formado em uma formação de terra, compreendendo as etapas de:

- arranjar um expansor no elemento tubular, o expansor sendo operável para exercer uma força radial à superfície interna do elemento tubular;

- expandir radialmente o elemento tubular pressurizando-se o interior do elemento tubular e simultaneamente operando o expansor para exercer a dita força radial à superfície interna do elemento tubular, em que o expansor é operado para exercer a dita força radial à superfície interna do elemento tubular independentemente da pressurização do interior do elemento tubular.

Operando-se o expansor independentemente da pressurização do interior do elemento tubular, é concluído que o interior do elemento tubular pode ser pressurizado a uma pressão signiíicantemente mais alta de modo que as forças de expansão necessárias exercidas pelo expansor ao elemento tubular possam ser relativamente baixas. Adequadamente o elemento tubular inclui uma porção expandida e uma porção não expandida, por meio da qual o interior do elemento tubular é pressurizado tanto na porção expandida quanto na porção não expandida. Por exemplo, o interior total do elemento tubular pode ser pressurizado.

A invenção será explicada em seguida em mais detalhe por via de exemplo, com referência aos desenhos anexos em que:

A Fig. 1 esquematicamente mostra uma primeira forma de realização de um furo de poço fornecido com um revestimento expandido de acordo com o método da invenção; e

A Fig. 2 esquematicamente mostra uma segunda forma de realização de um furo de poço fornecido com uma cobertura interna expandida de acordo com o método da invenção.

Nos desenhos e na descrição detalhada abaixo, numerais de referência semelhantes dizem respeito a componentes semelhantes. Além disso, deve ser entendido que os termos "abaixo", "acima", "para cima" e "para baixo" referem-se às profundidades do furo de poço medidas ao longo do eixo longitudinal do Itiio de poço e em relação à superfície.

Referindo-se à Fig. 1 é mostrado um furo de poço 1 para a produção de óleo ou gás de uma formação de terra 2. Um revestimento expansível 4 estende-se de uma cabeça de poço 6 na superfície próximo à extremidade inferior do furo de poço 1, por meio do qual o revestimento 4 é seladamente conectado à cabeça de poço 6. Um expansor 8 para expandir radialmente o revestimento 4, é posicionado no revestimento 4 por meio do qual uma porção expandida 10 do revestimento 4 estende-se abaixo do expansor 8, e uma porção não expandida 12 do revestimento 4 estende-se acima o expansor 8. A extremidade inferior da porção de revestimento expandida 10 é fechada por meio de um obturador 13.

O expansor S estreita-se na direção para cima de um diâmetro relativamente maior correspondendo ao diâmetro interno do revestimento expandido 4, a um diâmetro relativamente menor correspondendo ao diâmetro interno do revestimento não expandido 4. Não existe nenhuma provisão para selar a superfície externa do expansor S à superfície interna do revestimento 4, de modo que fluido pressurizado pode fluir entre o expansor Seo revestimento 4.

O expansor S é fornecido com um furo transpassante 14 fornecendo comunicação de fluido entre o interior da porção de revestimento não expandida 12 e o interior da porção de revestimento expandida 10. O expansor 8 é conectado a um cabo de aço 16 estendendo-se através da porção de revestimento não expandida 12 e a cabeça de poço 6, a um guincho IS na superfície. O cabo de aço 16 passa através de um furo transpassante 19 fornecido na cabeça de poço 6 em uma maneira selada de modo que o cabo de aço Io pode ser axialrnente movido através do furo transpassante 19 enquanto o fluido é impedido de passar através do furo transpassante 19. Além disso, uma bomba de fluido 20 é fornecida na superfície para bombear o fluido, por intermédio de uma tubulação 22 e a cabeça de poço 6, no revestimento 4.

Referindo-se a Fig. 2 é mostrado um furo de poço 1 para a produção de óleo ou gás de uma formação de terra 2. Um revestimento 24 estende-se da superfície a uma profundidade em um distância selecionada do ItUndo do Iwo de poço, o revestimento 24 sendo fixado no Jiiro de poço por uma camada de cimento (não mostrada). Além disso, uma cobertura interna expansível 26 estende-se no furo de poço abaixo do revestimento 24, por meio do qual uma porção de extremidade superior da cobertura interna 26 estende-se no revestimento 24. A cobertura interna 26 é suspensa em um tubo de perfuração 2S, com uma conexão de entrada lateral 30 interconectando a cobertura interna 26 e o tubo de perfuração 30. O tubo de perfuração 28 estende-se a uma plataforma de perfuração convencional (não mostrada) na superfície, e é conectado a uma bomba de fluido (não mostrada) para bombear fluido por intermédio do tubo de perfuração 28 na cobertura interna 26.

Um expansor 32 para expandir radialmente a cobertura interna 26 é posicionado na cobertura interna 26, por meio do qual uma porção expandida 34 da cobeitura interna 26 estende-se abaixo do expansor 32, e uma porção não expandida 36 da cobertura interna 26 estende-se acima do expansor 32. A extremidade inferior da porção da cobertura interna expandida 34 é fechada por meio de um obturador 37. O expansor 32 estreita-se em direção para cima de um diâmetro relativamente maior correspondendo ao diâmetro interno da porção da cobertura interna expandida 34, a um diâmetro rei ativamente menor correspondendo ao diâmetro interno da porção da cobertura interna não expandida 34. Não existe nenhuma previsão para selar a superfície externa do expansor 32 à superfície interna da cobertura interna 26, de modo que o fluido pressurizado pode fluir entre o expansor 32 e a cobertura interna 26. Para assegurar fluxo livre de fluido entre a porção da cobertura interna não expandida 36 c a porç ão da cobertura interna expandida 34, o expansor é opcionalmente fornecido com um furo transpassante (não mostrado) similar ao furo transpassante 14 da forma de realização daFig. 1.

O expansor 32 é em sua extremidade inferior fornecido com um extensor 40 compreendendo uma perna inferior 42 e uma perna superior 43, as pernas sendo axialmente móveis em relação entre si. A perna inferior 42 é fornecida com uma âncora inferior 44, e a perna superior 43 é fornecida com uma âncora superior 45. Cada âncora 44, 45 é operável entre uma posição radialmente retraída em que a âncora 44, 45 está livre da superfície interna da cobertura interna 26, e uma posição radialmente estendida em que a âncora 44, 45 é ancorada à superfície interna da cobertura interna 26. O extensor 40 é operável entre uma posição axialmente retraída em que as âncoras 43, 45 estão próximas entre si, e uma posição axialmente estendida em que as âncoras 43, 45 estão distantes entre si. O extensor 40 e as âncoras 43, 45 são eletricamente operadas, por meio do qual força elétrica é fornecida ao extensor 40 e as âncoras 43, 45 através de um cabo de força elétrica 46 estendendo-se cia superfície ao longo do tubo de perfuração 2S e passando, por intermédio de uma abertura (não mostrada) na conexão de entrada lateral 30, na cobertura interna 26. O cabo de forca 46 estende-se em um circuito fechado 4S abaixo do extensor 40 para permitir por deslocamento axial da montagem de expansão em relação à conexão de entrada lateral 30.

Durante operação normal da forma de realização mostrada na Fig. 1, a bomba de fluido 20 é operada à bomba fluido, por intermédio da tubulação 22 e a cabeça de poço 6. no interior do revestimento 4 na extremidade superior deste. O obturador 13 impede escoamento do fluido da extremidade inferior do revestimento 4. Como um resultado da operação de bombeamento, a pressão do fluido no revestimento 4 aumenta por meio do qual o aumento da pressão do fluido na porção de revestimento (inferior) expandida 10 eqüivale ao aumento de pressão do fluido na porção de revestimento ( superior ) não expandida 12 por virtude do furo transpassante 14 do expansor 8. Também, a pressão do fluido entre a superfície externa do expansor Sea superfície interna do revestimento 4 aumenta igualmente. Bombeamento do fluido no revestimento 4 continuou até que a pressão do fluido no revestimento 4 seja cerca de 90% da pressão de Riptura do revestimento 4. Deve ser entendido que a pressão de ruptura do revestimento é a pressão do fluido interna em que o revestimento 4 deforma em uma maneira incontrolada, levando à ruptura do revestimento. Para características de revestimento dadas, tais como diâmetro, espessura da parede, propriedades do aço, e circularidade, a pressão de ruptura pode ser determinada em uma maneira direta, por calculo ou por teste. Também, para a maioria dos revestimentos no geral usados a pressão de ruptura é conhecida ou pode ser obtida do fabricante.

Na pressão do fluido no revestimento 4 alcança cerca de 90% do pressão de Riptura do revestimento, o guincho 20 é operado para puxar o expansor S para cima por meio do cabo de aço 1(5. À vista da pressão do fluido alta no revestimento 4, a força necessária para puxar o expansor S para cima através do revestimento, e desse modo para expandir radialmente o revestimento 4, é relativamente baixo. O lluido pressurizado entre a superfície externa do expansor 8 e a superfície interna do revestimento libera uma quantidade maior da energia necessária para expandir radialmente o revestimento 4. Portanto o expansor 8 apenas necessita exercei- uma força radial moderada à superfície interna do revestimento 4 para expandir o revestimento. Visto que o volume interno do revestimento 4 aumenta durante o processo de expansão, é necessário continuar bombeando o fluido no revestimento 4 durante o processo de expansão de modo a manter a pressão do fluido em cerca de 90% da pressão de ruptura. O processo de expansão procede até que o expansor chegue na extremidade superior do revestimento 4, após o que o expansor S é recuperado do furo de poço 1.

Durante a operacao nomal da forma de realizacao mostrada na Fig. 2 a bomba de fluido na superfície é operada à bomba fluido, por intermédio do tubo de perfuração 28 e a conexão de entrada lateral 30, no interior da cobertura interna 26, O obturador 37 impede o escoamento de fluido da extremidade inferior da cobertura interna 26. Como um resultado da operação de bombeamento, a pressão do fluido na cobertura interna 26 aumenta por meio do qual a pressão do fluido aumenta na porção elevatória expandida (mais baixa) 34 eqüivale ao aumento na pressão do fluido na porção da cobertura interna não expandida (superior) 36. Também, a pressão do fluido entre a superfície externa do expansor 32 e a superfície interna da cobertura interna 26 aumenta igualmente. Bombeamento do fluido na cobertura interna 26 continuou até que a pressão do fluido na cobertura interna 26 é cerca de 90° o da pressão de ruptura da cobertura interna 26. A pressão de ruptura é a pressão do fluido interna em que a cobertura interna 26 deforma em uma maneira incontrolada, eventualmente levando à ruptura da cobertura interna 26. Similannente à pressão de ruptura para o revestimento, a pressão de ruptura para a cobertura interna pode ser determinada em uma maneira direta, por calculo ou por teste. Alternativamente a pressão de ruptura pode ser obtida do fabricante.

Na pressão do fluido na cobertura interna 26 alcançando cerca de 90" o da cobertura interna pressão de ruptura, com o extensor 40 na posição retraída, a âncora inferior 44 é operada para mover à sua posição radialmente estendida de modo a ancorar a perna inferior 42 à superfície interna da cobertura interna 26. Depois o extensor 40 é operado para mover à sua posição axialmente estendida de modo a mover o expansor 32 em um movimento para cima através da cobertura interna 26 e ainda para expandir a cobertura interna 26. À vista da pressão do fluido alta na cobertura interna 26, a força necessária para mover o expansor 32 para cima através da cobertura interna 26, e desse modo para expandir radialmente a cobertura interna, é relativamente baixa. O fluido pressurizado entre a superfície externa do expansor e a superfície interna da cobertura interna libera uma quantidade maior da energia necessária para expandir radialmente a cobertura interna 26. Portanto o expansor 26 apenas necessita exercer uma força radial moderada à superfície interna da cobertura interna 26 para expandir a cobertura interna.

Visto que o volume interno da cobertura interna 26 aumenta durante o processo de expansão, é necessário continuar bombeando o fluido na cobertura interna 26 durante o processo de expansão de modo a manter a pressão do fluido em cerca de 90'-'Ό da pressão ue ruptura. No extensor 40 chegando ao final de seu movimento, a ancora superior 45 é movida à sua posição radialmente estendida de modo a ancorar a perna superior 43 à superfície interna da cobertura interna 26, e a âncora inferior 44 é movida à sua posição radialmente retraída. O extensor 40 depois é movido à sua posição axialmente retraída por meio do qual a perna inferior 42 e a âncora inferior 44 movem-se para cima através da cobertura interna 26. O processo de expansão descrito acima depois é repetido de modo a movei- o expansor 32 em um outro movimento para cima, etc. Durante o estágio fmal do processo de expansão, a porção de extremidade superior da cobertura interna 26 é expandida contra o revestimento 24 por meio do qual cobertura interna torna- se firmemente fixada ao revestimento 24. Depois que a cobertura interna 26 foi completamente exp»andida, o expansor 32, o extensor 4u, o cabo de força 46, a conexão de entrada lateral 30 e o tubo de perfuração 2S são recuperados do furo de poço 1.

Ao invés de usar as âncoras eletricamente operadas descritas mais acima, âncoras de auto-ativação podem ser usadas. Por exemplo, uma âncora pode ser usada que ancora por si só contra a superfície interna da cobertura interna na aplicação de uma força para baixo à âncora, e que libera por si só da cobertura interna na aplicação de uma força para cima à âncora.

Tais princípios são similares ao princípio de um dispositivo de preensão de esfera convencionai.

Alem disso, ao invés de energizar o extensor e/ou âncoras eletricamente, o extensor e/ou âncoras podem ser hidraulicamente energizadas usando, por exemplo, uma tubulação em espiral. Também, uma combinação de energia elétrica e hidráulica pode ser aplicada.

Ao invés de puxar o expansor através do elemento tubular em direção para cima, o expansor pode ser operado para exercer a dita força radialmente externa à superfície interna do elemento tubular permitindo-se o expansor mover através do elemento loibular por força gravitacional De modo a aumentar a força gravitacional agindo no expansor, o expansor é adequadamente fornecido com meios de peso adicional ou com meios de impulsionar tais como o extensor descrito mais acima.

Claims (12)

1. Método para expandir radialmente um elemento tubular estendendo-se em um furo de poço formado em uma formação de terra, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - arranjar um expansor no elemento tubular, o expansor sendo operável para exercer uma força radial à superfície interna do elemento tubular; - expandir radialmente o elemento tubular pressurizarido-se o interior do elemento tubular e simultaneamente operando o expansor para exercer a dita força radial à superfície interna do elemento tubular, em que o expansor é operado para exercer a dita força radial à superfície interna do elemento tubular independentemente da pressurização do interior do elemento tubular.

2. Método de acordo com a reivindicação I5 caracterizado pelo fato de que o elemento tubular inclui uma porção expandida e uma porção não expandida, e em que o interior do elemento tubular é pressurizado tanto na porção expandida quanto na porção não expandida.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que substancialmente o interior total do elemento tubular é pressurizado.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o interior do elemento tubular é pressurizado bombeando-se um fluido no elemento tubular.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o elemento tubular tem uma extremidade superior localizada substancialmente na superfície, e em que o dito fluido é bombeado no elemento tubular na ou próximo à dita extremidade superior do elemento tubular.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de -1 a 5, caracterizado pelo fato de que o interior do elemento tubular é pressurizado a uma pressão entre 80% a 95% da pressão de ruptura do elemento tubular.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o interior do elemento tubular é pressurizado a uma pressão de cerca de 90% da pressão de ruptura do elemento tubular.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de -1 a 7, caracterizado pelo fato de que o expansor tem um diâmetro máximo maior do que o diâmetro interno do elemento tubular não expandido, e em que o expansor é operado para exercer a dita força radialmente externa à superfície interna do elemento tubular movendo-se o expansor através do elemento tubular.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o expansor é movido através do elemento tubular puxando-se o expansor através do elemento tubular por meio de uma coluna de tracionamentc».

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de -1 a 9, caracterizado pelo fato de que o expansor é móvel entre um modo radialmente retraído e um modo radialmente expandido, e em que o expansor é operado para exercer a dita força radial à superfície interna do elemento tubular movendo-se o expansor do dito modo radialmente retraído ao dito modo radialmente expandido.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de -1 a 10, caracterizado pelo fato de que o elemento tubular é um revestimento de furo de poço ou uma cobertura interna de furo de poço.

12. Método, caracterizado pelo fato de ser substancialmente como descrito mais acima com referência aos desenhos anexos.