BRPI0712654A2

BRPI0712654A2 - objeto compressÍvel, lama de perfuraÇço, e, mÉtodo associado com a produÇço de hidrocarboneto

Info

Publication number: BRPI0712654A2
Application number: BRPI0712654-9A
Authority: BR
Inventors: Richard S Polizzotti; Dennis G Peiffer; Ramesh Gupta; Norman Pokutylowicz; Barbara Carstensen; Michael J Luton; P Matthew Spiecker
Original assignee: Exxonmobil Upstream Res Co
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2012-11-20
Also published as: EP2032796A1; NO20085101L; CN101460696A; EA200870617A1; NZ573071A; MX2008014964A; AU2007259389A1; EA016839B1; MY147591A; WO2007145733A1; CA2652406A1

Abstract

OBJETO COMPRESSÍVEL, LAMA DE PERFURAÇçO, E MÉTODO ASSOCIADO COM A PRODUÇçO DE HIDROCARBONETO. É descrito um objeto compressível que poderia ser utlizado na perfuração de lama com um sistema de perfuração para controlar a densidade da lama de perfuração. O objeto compressível inclui uma carcaça que inclui uma região interior. O objeto compressível também tem uma pressão interna (i) maior do que cerca de 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica e (ii) selecioanda para uma presão externa prederterminada, onde a pressão externa que excede a pressão interna reduz o volume do objeto compreesível e onde a carcaça é projetada para reduzir as deformações localizadas do objeto compressível durante a expansão e a compressão do objeto compressível.

Description

"OBJETO COMPRESSÍVEL, LAMA DE PERFURAÇÃO, E, MÉTODO ASSOCIADO COM A PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETO" REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido reivindica o benefício do pedido provisório americana número 60/811.620 depositada em 7 de junho de 2006. CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se genericamente a um método para melhorar as operações de perfuração e produção de formações subterrâneas. Mais especialmente, esta invenção refere-se a um método para a seleção, fabricação e uso de objetos compressíveis com um fluido de perfuração para formar uma lama de perfuração com densidade variável que minimiza ou elimina o número de colunas de carcaça com tamanhos diferentes utilizados dentro de um furo de poço. ANTECEDENTES

Esta seção se destina a introduzir o leitor a vários aspectos da técnica, os quais poderão estar associados com realizações de exemplo da presente invenção, que são descritos e/ou reivindicados abaixo. Esta discussão, acredita-se que seja útil em fornecer ao leitor informação que facilite um melhor entendimento das técnicas específicas da presente invenção. Assim sendo, deve ser entendido que estas declarações devem ser lidas dessa forma, e não necessariamente como admissões da técnica anterior.

A produção de hidrocarbonetos, tais como petróleo e gás, tem sido executada há muitos anos. Para produzir estes hidrocarbonetos, tipicamente é perfurado um furo de poço em intervalos com colunas diferentes de carcaça instalados para atingir uma formação subterrânea. As colunas de carcaça são instaladas no furo de poço para evitar o colapso das paredes do furo de poço, para evitar a saída indesejável de fluido de perfuração para dentro da formação, e/ou para evitar a entrada de fluido da formação para dentro do furo de poço. Tipicamente, o processo de instalação de colunas de carcaça envolve a obtenção, passagem e cimentação das colunas da revestimento. Como as colunas da revestimento nos intervalos diferentes passam através das colunas de carcaça já instalados, os intervalos mais baixos das colunas de carcaça tipicamente têm diâmetros menores. Desta forma, as colunas de carcaça são formadas em uma configuração embutida que continua a reduzir o seu diâmetro em cada um dos intervalos subseqüentes.

Além das colunas da revestimento, é circulada uma lama de perfuração dentro do furo de poço para a remoção do material extraído do poço. O peso ou densidade da lama de perfuração tipicamente é mantido entre o gradiente de pressão nos poros (PPG) e o gradiente de pressão de fratura (FG) para as operações de perfuração. No entanto, o PPG e o FG aumentam ao longo da profundidade vertical verdadeira (TVD) do poço, o que apresenta problemas para a manutenção do peso da lama de perfuração. Se o peso da lama de perfuração está abaixo do PPG, o poço poderá ter um problema. O problema é um influxo do fluido da formação para dentro do furo de poço, que tem que ser controlado para as operações de perfuração serem retomadas. Se o peso da lama de perfuração também está acima do FG, a lama de perfuração poderá vazar para fora da formação. Estes retornos de perdas resultam em grandes volumes de perdas de lama de perfuração, que deve ser substituída para que as operações de perfuração sejam retomadas. Assim sendo, as colunas de carcaça são utilizadas para auxiliarem a manter o peso da lama de perfuração dentro do PPG e do FG para continuar as operações de perfuração em profundidades maiores. Com as formações subterrâneas sendo localizadas em profundidades maiores, aumentam o custo e o tempo associado com a formação do furo de poço. Por exemplo, com a configuração embutida, as colunas iniciais de carcaça têm que ser suficientemente grandes para produzirem um diâmetro de furo de poço com um tamanho especifico para as ferramentas e outros dispositivos próximos da formação subterrânea. Como resultado, o diâmetro das colunas iniciais da carcaça é relativamente grande para produzir um diâmetro final do furo de poço utilizável. O diâmetro maior aumenta os custos das operações de perfuração, por causa do custo associado com o tamanho aumentado das colunas de carcaça, o volume aumentado dos cortes que têm que ser administrados, e o volume aumentado de cimento e lama de perfuração utilizados para formarem o furo de poço. Como tal, o custo das operações típicas de perfuração resulta em algumas formações subterrâneas não serem economicamente viáveis.

Para reduzir o diâmetro das colunas da revestimento, são utilizados vários processos. Por exemplo, as operações de perfuração poderão utilizar lama de perfuração com densidade variável para manter a lama de perfuração dentro do PPG e do FG. Conforme mencionado na publicação de pedido internacional de patente número WO 2006/007347 para Polizzotti et al., os objetos compressíveis poderão incluir objetos compressíveis ou colapsáveis ocos de vários formatos ou estruturas. Estes objetos compressíveis, são selecionados para se conseguir uma compressão favorável em resposta às alterações da pressão e/ou temperatura. Estes objetos compressíveis poderão ser recirculados como parte da lama de perfuração de densidade variável para produzir alterações de volume que reduzem o número de intervalos das colunas intermediários da carcaça no furo de poço.

No entanto, o uso de objetos compressíveis na lama de perfuração de densidade variável pode ser um desafio. Por exemplo, os objetos compressíveis têm que ser fabricados para produzirem uma certa quantidade de compressão para serem flexíveis. Além disso, os objetos compressíveis têm que ser projetados para compressão em certas pressões, para a produção das alterações de volume em intervalos específicos dentro do furo de poço. Além disso, o fluido de perfuração, que é combinado com os objetos compressíveis, poderá ser selecionado e incluir certos aditivos para a interação com os objetos compressíveis, para aumentar a lama de perfuração com densidade variável. Como tal, existe a necessidade de um método para a escolha e a fabricação de objetos compressíveis para o uso com os fluidos de perfuração, para a formação de lama de perfuração com densidade variável.

Outro material relacionado poderá ser encontrado, pelo menos na patente americana de número 3.174.561; patente americana número 3.231.030; patente americana de número 4.099.583; patente americana de número 5.881.826; patente americana de número 5.910.467; patente americana de número 6.156.708; patente americana de número 6.422.326; patente americana de número 6.497.289; patente americana de número 6.530.437; patente americana de número 6.588.501; patente americana de número 7.108.066; a publicação de pedido de patente americana número 2005/0113262; publicação de pedido de patente americana número 2005/0284661; e publicação de pedido de patente internacional número WO 2006/007347.

SUMÁRIO

Em uma realização, é descrito um objeto compressível. O objeto compressível inclui uma carcaça que inclui uma região interior, onde o objeto compressível tem uma pressão interna (i) maior do que 200 libras por polegada quadrada e (psi) (1.379 kPa) na pressão atmosférica e (ii) selecionada para uma pressão externa predeterminada, onde a pressão externa que exceder a pressão interna reduz o volume do objeto compressível e onde a carcaça é projetada para compensar deformações localizadas do objeto compressível durante a expansão e a compressão do objeto compressível. A pressão interna poderá também ser maior do que 500 libras por polegada quadrada (3447 kPa) na pressão atmosférica, maior do que 1.500 libras por polegada quadrada e (10.342 kPa) na pressão atmosférica, ou maior do que cerca de 2.000 libras por polegada quadrada (1.3790 kPa) na pressão atmosférica. Além disso, a pressão interna poderá estar em uma faixa de 200 psi (1.379 kPa) até a deformação de tração do material da carcaça na pressão atmosférica, em uma faixa de 2000 psi (13.790 kPa) até a deformação de tração do material da carcaça na pressão atmosférica, e/ou em uma faixa de 1500 psi a 3500 psi (10.342 a 24132 kPa) na pressão atmosférica.

Em uma primeira realização alternativa, é descrita uma lama de perfuração. A lama de perfuração, incluindo os objetos compressíveis, onde cada uma pelo menos de uma porção dos objetos compressíveis tem uma pressão interna (i) maior do que 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica e (ii) é selecionada para uma pressão predeterminada, onde a pressão externa que exceder a pressão interna reduz o volume do objeto compressível, onde a carcaça é projetada para compensar deformações localizadas do objeto compressível durante a expansão e a compressão do objeto compressível. Além disso, a lama de perfuração inclui um fluido de perfuração, onde a densidade da lama de perfuração é alterada devido à alteração de volume dos objetos compressíveis em resposta às alterações de pressão quando o fluido de perfuração e os objetos compressíveis circulam na direção da superfície de um furo de poço.

Em uma segunda realização alternativa, é descrito um método associado com a perfuração de um poço. O método inclui a escolha de objetos compressíveis, onde cada uma pelo menos de uma porção dos objetos compressíveis tem uma pressão interna (i) maior do que 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica e (ii) é selecionada para uma pressão externa predeterminada, onde a pressão externa que exceder a pressão interna reduz o volume do objeto compressível; a escolha de um fluido de perfuração; a introdução dos objetos compressíveis no fluido de perfuração para formar uma lama de perfuração com densidade variável, onde a lama de perfuração com densidade variável produz uma densidade entre um gradiente de pressão dos poros e um gradiente de pressão da fratura, pelo menos durante um intervalo de um poço quando a lama de perfuração com densidade variável circula na direção da superfície do poço; e a perfuração de um poço com a lama de perfuração de densidade variável no local da perfuração. Além disso, tão logo é formado o furo de poço, os hidrocarbonetos poderão ser produzidos a partir do furo de poço.

Em uma terceira realização alternativa, é descrito um método para a formação de uma lama de perfuração com densidade variável. O método inclui a escolha dos objetos compressíveis, onde cada uma pelo menos de uma porção dos objetos compressíveis tem uma pressão interna (i) maior do que 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica e (ii) é selecionada para uma pressão do poço predeterminada, onde a pressão externa que excede a pressão interna reduz o volume do objeto compressível; a escolha de um fluido de perfuração a ser combinado com os objetos compressíveis; a mistura dos objetos compressíveis com o fluido de perfuração para formar uma lama de perfuração com densidade variável, onde a lama de perfuração com densidade variável mantém uma densidade entre um gradiente de pressão dos poros e um gradiente de pressão da fratura durante pelo menos um intervalo do poço quando a lama de perfuração de densidade variável circula na direção da superfície de um poço.

Em uma quarta realização alternativa, é descrito um sistema associado com a perfuração de um furo de poço. O sistema inclui um furo de poço; uma lama de perfuração com densidade variável colocada dentro do furo de poço, onde a lama de perfuração com densidade variável tem objetos compressíveis e um fluido de perfuração, onde cada uma pelo menos de uma porção dos objetos compressíveis tem uma pressão interna (i) maior do que 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica e (ii) é selecionada para uma pressão do furo de poço predeterminada, onde a pressão externa que exceder a pressão interna reduz o volume do objeto compressível. O sistema inclui ainda uma coluna de perfuração colocado dentro do furo de poço e um conjunto de fundo do poço acoplado na coluna de perfuração e colocado dentro do furo de poço. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

O mencionado anteriormente e outras vantagens da presente técnica ficarão aparentes após a leitura da seguinte descrição detalhada e após referência aos desenhos nos quais:

A figura 1 é uma ilustração de um sistema de perfuração de exemplo de acordo com certos aspectos das técnicas atuais;

As figuras 2A-2D são um gráfico de exemplo de realizações de um objeto compressível de acordo com aspectos das técnicas atuais;

As figuras 3A-3C são realizações de exemplo de um objeto compressível em estados diferentes de acordo com aspectos das técnicas atuais;

A figura 4 é um gráfico de exemplo de objetos compressíveis com formatos diferentes de acordo com aspectos das técnicas atuais;

A figura 5 é um fluxograma de exemplo da escolha e do uso de uma lama de perfuração com densidade variável para o sistema de perfuração da figura 1 de acordo com certos aspectos das técnicas atuais;

A figura 6 é um fluxograma de exemplo da escolha e da fabricação de objetos compressíveis para o fluxograma da figura 5 de acordo com certos aspectos das técnicas atuais;

A figura 7 é um gráfico de exemplo relativo à forma dos objetos compressíveis de acordo com certos aspectos das técnicas atuais;

As figuras 8A-8B são realizações de exemplo de processos de fabricação utilizados no fluxograma da figura 6 de acordo com certos aspectos das técnicas atuais;

A figura 9 é um fluxograma de exemplo para um processo de fabricação utilizado no fluxograma da figura 6 com objetos compressíveis tendo um gabarito de espuma de acordo com certos aspectos das técnicas atuais; A figura 10 são realizações de exemplo de objetos compressíveis fabricados a partir do fluxograma da figura 9 de acordo com certos aspectos das técnicas atuais;

As figuras 1IA-IIB são realizações de exemplo de processos de fabricação utilizados no fluxograma da figura 6 de acordo com certos aspectos das técnicas atuais;

As figuras 12A-12C são realizações de um objeto compressível tendo um flange de acordo com aspectos das técnicas atuais; e

A figura 13 é um gráfico de exemplo relativo à adição de um flange ao objeto compressível de acordo com certos aspectos das técnicas atuais.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Na descrição detalhada de exemplo que se segue, a invenção será descrita com relação às realizações preferidas. No entanto, no que se refere à seguinte descrição ser específica para uma determinada realização ou para um determinado uso da invenção, isto se destina a ser somente ilustrativo. Assim sendo, a invenção não é limitada às realizações específicas descritas abaixo, mas ao contrário, a invenção inclui todas as alternativas, modificações, e equivalentes que se enquadram dentro do escopo verdadeiro das reivindicações anexas.

A presente técnica é direcionada para um método, composição e sistema para a escolha, fabricação e utilização de objetos compressíveis em uma lama de perfuração com densidade variável. Especialmente, os objetos compressíveis poderão ser utilizados com um fluido de perfuração para formarem a lama de perfuração com densidade variável para as operações de perfuração em um poço. Os objetos compressíveis e o fluido de perfuração são selecionados para a manutenção do peso da lama de perfuração entre o gradiente de pressão dos poros (PPG) e o gradiente de pressão da fratura (FG), dentro de um furo de poço. Especificamente de acordo com as técnicas atuais, os objetos compressíveis têm uma pressão interna maior do que cerca de 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica, maior do que cerca de 500 libras por polegada quadrada (3447 kPa) na pressão atmosférica, ou mais de preferência, maior do que cerca de 1.500 libras por polegada quadrada (10.342 kPa) na pressão atmosférica. Os objetos compressíveis poderão incluir objetos compressíveis colapsáveis ocos com várias formas, tais como esferas, cubos, pirâmides, esferóides oblatos ou prolatos, cilindros, de travesseiro e/ou com outras formas ou estruturas, que são selecionados para atingirem uma compressão favorável em resposta às alterações de pressão e/ou temperatura. Conforme discutido abaixo, os objetos compressíveis também poderão incluir polímeros, compostos poliméricos, metais, ligas metálicas, e/ou polímeros ou laminados compostos poliméricos com metais ou ligas metálicas, que são fabricados por vários métodos. Assim sendo, são descritos vários métodos e sistemas para a seleção e a fabricação dos objetos compressíveis. Além disso, deve-se notar que os métodos e procedimentos seguintes não são limitados a operações de perfuração, mas poderão também ser utilizados em operações de completação, ou quaisquer operações que se beneficiam de fluidos com densidade variável.

Voltando agora aos desenhos, e inicialmente com referência à figura 1, é ilustrado um sistema de perfuração de exemplo 100 de acordo com certos aspectos das técnicas atuais. No sistema de perfuração exemplar 100, um equipamento de perfuração 102 é utilizado para perfurar um poço 104. O poço 104 poderá penetrar na superfície 106 da Terra para alcançar a formação subterrânea 108. Conforme poderá ser visto, a formação subterrânea 108 poderá incluir várias camadas de rocha que poderão ou não incluir hidrocarbonetos, tais como petróleo e gás, e poderão ser referidas como zonas ou intervalos. Como tal, o poço 104 poderá produzir caminhos para o escoamento do fluido entre a formação subterrânea 108 e as instalações de produção (não mostradas) localizadas na superfície 106. As instalações de produção poderão processar os hidrocarbonetos e transportar os hidrocarbonetos até os consumidores. No entanto, deve-se notar que o sistema de perfuração 100 é ilustrado para fins de exemplo e as técnicas atuais poderão ser úteis em fluidos circulantes em um furo de poço para quaisquer fins, tais como a execução de operações de perfuração ou de produção de fluidos a partir de um local subterrâneo.

Para atingir a formação subterrânea 108, o equipamento de perfuração 102 poderá incluir componentes de perfuração, tais como o conjunto do fundo do poço (BHA) 110, as colunas de perfuração 112, as colunas da revestimento 114 e 115, a unidade de processamento de fluido de perfuração 116 para o processamento da lama de perfuração com densidade variável 118 e outros sistemas para o controle das operações de perfuração e produção do furo de poço. Cada um destes componentes de perfuração é utilizado para formar a perfuração do poço 104. O BHA 110 poderá incluir uma broca de perfuração e ser usado para escavar a formação, cimentar ou para outros materiais do furo de poço. As colunas da revestimento 114 e 115 poderão produzir suporte e estabilidade a para o acesso à formação subterrânea 108, a qual poderá incluir uma coluna da revestimento da superfície 115 e uma coluna da revestimento intermediário ou de produção 114. A coluna da revestimento de produção 114 poderá ser estendido para baixo até uma profundidade próxima ou através da formação subterrânea 108. A unidade de processamento de fluido de perfuração 116 poderá incluir equipamento que poderá ser utilizado para controlar o fluido de perfuração com densidade variável. Por exemplo, a unidade de processamento de fluido de perfuração 116 poderá incluir agitadores, separadores, hidrociclones e outros dispositivos adequados (por exemplo, conforme descrito no pedido internacional de patente número PCT /US 2007/003691, depositada em 13 de fevereiro de 2007.

Durante as operações de perfuração, o uso de uma lama de perfuração com densidade variável 118 como a lama de perfuração permite que o operador perfure mais fundo abaixo da superfície 106, mantenha uma pressão hidrostática suficiente, evite um influxo do fluido da formação (gás ou líquido), e permaneça abaixo de uma FG que a formação subterrânea 108 possa suportar. Conforme mencionado na publicação de pedido de patente número WO 2006/007347 para Polizzotti et al., que é incorporada aqui como referência, os objetos compressíveis, de preferência, poderão ter uma relação de compressão que é adequada para criar um peso de lama que se situe entre o gradiente de pressão dos poros (PPG) e o gradiente de fratura (FG) ao longo do intervalo de profundidade especifico para a aplicação de perfuração. Isto é, os objetos compressíveis devem ter paredes que suportam uma carga substancialmente recuperável e baixa permeabilidade para o gás dentro dos objetos compressíveis. Substancialmente recuperável é definido aqui como significando que o acúmulo de deformação plástica na parede da carcaça como conseqüência da ciclagem repetida dos objetos compressíveis entre a superfície e o fundo do poço não provoca falha substancial da parede que suporta a carga ou perda significativa da pressão interna de gás durante os ciclos repetidos (i.e., dois ou mais ciclos) quando o poço é perfurado até a profundidade visada. A baixa permeabilidade é também definida como significando que a pressão interna dos objetos compressíveis, enquanto são utilizados, permanece dentro de limites aceitáveis durante um período de tempo predeterminado requerido para a perfuração do furo de poço até a profundidade visada.

Embora tenha sido descrita a adição de objetos compressíveis à lama de perfuração para controlar a densidade da lama de perfuração com base na profundidade, na publicação de pedido de patente número WO 2006/007347 para Polizzotti et al., o projeto dos objetos compressíveis e a escolha de um fluido de perfuração para produzir esta função é difícil. Especialmente, os ciclos repetidos de compressão tipicamente sofridos por uma lama de perfuração com densidade variável recirculante dentro das limitações impostas pelas propriedades mecânicas dos materiais existentes, poderá ser uma limitação para os objetos compressíveis. Como tal, o processo de fabricação dos objetos compressíveis poderá ter que incluir vários fatores que influenciam a durabilidade e o desempenho dos objetos compressíveis, conforme é adicionalmente discutido abaixo.

Para começar, deve-se notar que são requeridas grandes relações de compressão para se obter a alteração desejada na densidade do fluido de perfuração com a profundidade dentro dos limites estabelecidos pela fração volumétrica máxima dos objetos compressíveis permitida pelo efeito dos objetos compressíveis sobre a reologia do fluido, conforme descrito no pedido de patente número WO 2006/007347. Assim sendo, os objetos compressíveis devem ter certas propriedades configuradas para produzirem grandes relações de compressão e para iniciarem a compressão dentro de certas faixas ou níveis de pressão. A relação de compressão de um objeto oco, que é uma realização dos objetos compressíveis, poderá ser limitada pela relação do volume inicial sem compressão (i.e., estado não comprimido ou expandido) dividido pelo volume ocupado pelo material composto da parede da carcaça mais o volume do gás comprimido dentro da carcaça para o delta de pressão ΔΡ do intervalo de interesse do furo de poço. Grandes relações de compressão são produzidas pela parede dos objetos compressíveis que são finos e flexíveis. Assim sendo, os objetos compressíveis, de preferência, poderão ser projetados de tal forma que a compressão e a re-expansão dos objetos compressíveis poderá ser feita sem uma deformação significativa permanente das paredes (i.e., a deformação permanente levando a uma falha prematura por fadiga das paredes do objeto compressível).

Além disso, a pressão externa predeterminada ou a profundidade da compressão e o intervalo de compressão predeterminado dos objetos compressíveis poderão ser adequados para produzirem uma alteração na densidade da lama de perfuração na, ou próximo das profundidades específicas dentro do furo de poço. Tipicamente, a compressão do objeto que começa na superfície tem valor limitado. Nestas aplicações, os objetos compressíveis comprimem a partir da superfície e durante um intervalo ou faixa de compressão predeterminado, que se estende para baixo até uma profundidade especificada. Como resultado, estes objetos compressíveis poderão ser utilizados para algumas aplicações específicas de perfuração do terreno, mas poderão não serem úteis em ambientes de água profunda ou intervalos de perfuração mais profundos. Para produzir uma alteração da densidade ao longo de um intervalo específico de pressão predeterminada para profundidades específicas ou pressão externa, a profundidade inicial e o intervalo de profundidade para um intervalo predeterminado de pressão ao longo do qual ocorre a compressão, de preferência, poderá ser ajustados pelos objetos compressíveis. Por exemplo, a pressão interna inicial do objeto compressível poderá ser selecionada com base na profundidade na qual é desejada uma transição na compressibilidade. Em profundidades na coluna de lama (i.e., fluido de perfuração dentro do furo de poço) para o qual a pressão está abaixo da pressão interna inicial dos objetos compressíveis, o módulo de Young do material da parede e a pressão diferencial através do material da parede controlam a alteração de volume dos objetos compressíveis. Em profundidades para as quais a pressão na coluna de lama está acima da pressão inicial interna, a alteração de volume dos objetos compressíveis gradualmente se torna dominada pela compressibilidade do gás. Isto é, o intervalo de compressão pré-determinado é uma faixa de pressão de uma pressão externa que é quase igual à pressão interna do objeto compressível até uma pressão externa que comprime substancialmente o objeto compressível (i.e., comprime o objeto compressível para um estado comprimido, que é discutido adicionalmente abaixo). Como tal, os objetos compressíveis poderão ser fabricados para iniciarem a compressão na, ou próximo de uma pressão ou profundidade especifica e/ou para um intervalo de pressão pré-determinado para produzir uma alteração de densidade em porções ou intervalos específicos do furo de poço.

Para comprimir em uma profundidade especifica, as paredes dos objetos compressíveis poderão ser projetadas para manterem uma pressão interna pré-determinada. A pressão interna inicial dos objetos compressíveis para uma determinada densidade da lama de perfuração é determinada pela profundidade pela profundidade na qual uma transição para a compressão de gás é dominada pela alteração do volume dos objetos compressíveis. Tipicamente uma pressão interna maior do que cerca de 200 psi (libras por polegada quadrada) (1.379 kPa) na pressão atmosférica, maior do que 500 psi (3447 kPa) na pressão atmosférica, maior do que 1500 psi (10.342 kPa) na pressão atmosférica ou mais de preferência, maior do que 2000 psi (13.790 kPa) na pressão atmosférica, poderá ser utilizada. Para uma determinada pressão interna inicial, a relação de compressão do objeto atingível é dependente da relação entre a espessura da parede e o diâmetro efetivo do objeto compressível. Embora seja preferível que a espessura da parede seja tão fina quanto possível, o limite inferior da espessura da parede é definido pela espessura mínima capaz de conter a pressão interna de gás desejada em uma pressão externa em torno de 1 atmosfera, que tipicamente é encontrada na superfície 106. Assim sendo, tipicamente poderá ser utilizado um material com uma resistência à tração maior do que 10.000 psi (68.948 kPa), conforme discutido abaixo, para manter a pressão interna do objeto compressível. Como tal, a pressão interna poderá estar em uma faixa de 200 psi (1.379 kPa) até a resistência à tração do material da carcaça na pressão atmosférica, em uma faixa de 2000 psi (13.790 kPa) até a deformação de tração do material da carcaça na pressão atmosférica, e/ou em uma faixa de 1500 psi a 3500 psi (10.342 a 24.132 kPa) na pressão atmosférica.

Além disso, para uma determinada pressão interna e diâmetro de um objeto compressível, a espessura mínima de parede que poderia ser utilizada é portanto definida pelo limite elástico da deformação de tração do material da parede. Dentro destes limites de deformação, é desejável minimizar-se a espessura da parede porque a relação entre o volume do material da parede e o volume total do objeto compressível estabelece um limite superior da magnitude da relação de compressão atingível, conforme mencionado acima. Assim sendo, embora o objeto compressível possa incluir várias formas, por exemplo, como cubos, pirâmides, esferóides oblatos ou prolatos, cilindros, de travesseiro, os objetos esféricos e elípticos com geometrias infladas próximas da esférica são úteis por razões relacionadas à otimização da reologia da lama compressível. Assim sendo, os objetos compressíveis poderão incluir objetos elípticos e/ou esféricos, tais como objetos elípticos e esféricos metálicos ocos pressurizados, com uma relação de aspecto (i.e., a relação entre o diâmetro maior e o diâmetro menor) entre cerca de 1 e 5 para produzir relações de compressão de até 5:1 ou maior.

O projeto do objeto compressível poderá ser ainda mais complicado pelas instabilidades estruturais. Por exemplo, um objeto esférico para uma determinada pressão interna e diâmetro poderá ser restrito pelas instabilidades estruturais características da arquitetura dos objetos esféricos.

As instabilidades estruturais poderão incluir deformações locais, tais como instabilidade de encurvamento durante a fase de compressão. Como tal, o projeto do objeto compressível também poderá ser ajustado para compensar, ou reduzir as deformações e instabilidades localizadas durante a expansão e a compressão dos objetos compressíveis. Assim sendo, o gabarito de análise por elementos finitos (FEA) de um objeto esférico, o qual poderá ser uma realização de um objeto compressível, é mais discutida abaixo, conforme mostrado nas figuras 2A-2D.

A figura 2A é um gráfico de exemplo de realizações de um objeto compressível. No gráfico 200, um objeto compressível é um objeto quase que esférico, que tem uma relação de aspecto em torno de 1,0 e uma espessura de parede de 10 mícrons. A relação de aspecto de um objeto é definida como a relação entre o eixo maior e o eixo menor, que é mais discutida abaixo.

Na figura 2A, é mostrado o gráfico 200 de deformação máxima 202 contra a relação de compressão 204 do objeto esférico elástico. A deformação máxima 202 é a deformação maior em qualquer ponto do objeto compressível naquele estado. O gráfico 200, que é gerado a partir de uma ferramenta de modelagem FEA, como ABAQUIS® FEA, inclui uma curva de resposta 206 do objeto esférico em estados diferentes. Conforme indicado pela curva de resposta 206, é requerida uma deformação elástica linear acima de cerca de 12% para produzir uma relação de compressão pelo menos de 5:1. Juntamente com a curva de resposta 206, a deformação elástica máxima não ocorre uniformemente sobre a superfície do objeto durante a compressão, mas é localizada devido às instabilidades de curvatura durante a compressão.

Exemplos específicos da deformação localizada sobre o objeto são mostrados na figura 2B. Na figura 2B, é mostrada uma vista parcial de um objeto 210, como um objeto esférico ou elíptico, submetido à pressão de compressão que é externa ao objeto. A deformação elástica do objeto 210 quando ele está sendo comprimido é dominada pela localização da deformação associada com uma instabilidade de encurvamento da tampa, que é indicada pela região deprimida 214. A instabilidade de encurvamento da tampa é um colapso da região deprimida 214 devido a inabilidade da estrutura em resistir à pressão externa aplicada sobre aquela região. Especialmente, as regiões 216 são os locais ou áreas da deformação localizada maior, que são registrados na curva de resposta 206 da figura 2A. Foi demonstrada que a severidade desta instabilidade aumenta com o aumento da espessura da parede. Com base na discussão acima, o objeto compressível deve ter uma resistência à tração suficiente para suportar a pressão interna e um alongamento linear recuperável ou deformação elástica grande o suficiente para compensar a deformação requerida. Se a carcaça do objeto compressível esférica ou quase esférica é considerada como sendo metálica, então o metal ou liga metálica deve ter uma resistência à tração suficiente dentro do seu limite elástico para conter a pressão interna pelo menos de 12% de alongamento linear recuperável. Embora a resistência à tração possa ser facilmente alcançada, poucos metais ou ligas metálicas têm um limite de deformação elástica acima de 1%. Se é desejável um alongamento linear recuperável maior do que 1%, os materiais típicos poderão não ser suficientes. As exceções desta limitação são algumas ligas metálicas amorfas com um limite de deformação elástica próxima de cerca de 2% e a forma de ligas de memória (por exemplo, a família Nitol das ligas NiTi), que apresentam deformações pseudo-elásticas de até 8% com menos de cerca de 0,1% de deformação permanente. Assim sendo, metais ou ligas metálicas típicas não podem produzir pelo menos um alongamento linear recuperável de 12% se é utilizada uma estrutura esférica como a forma inicial.

Para produzir o alongamento linear recuperável requerido, o objeto compressível poderá ser projetado para dividir a deformação do objeto compressível em estados diferentes. Por exemplo, os objetos compressíveis poderão ter três estados diferentes, tais como um estado inicial, um estado expandido, e um estado comprimido. Em uma realização, o estado inicial poderá ser, por exemplo, um esferóide oblato com uma relação de aspecto menor do que 1,0. A figura 2C mostra um objeto esférico oblato 220 tendo um eixo maior 222 e um eixo menor 224. Conforme mencionado acima, a relação de aspecto do objeto 220 no estado inicial é definida como a relação entre o eixo maior 222 e o eixo menor 224. Com estes estados, a deformação requerida do objeto compressível é dividida em duas fases. A deformação total requerida poderá ser dividida entre um estado expandido e um estado comprimido. A expansão da primeira fase envolve a expansão do objeto compressível do estado inicial para o estado expandido, que poderia ser limitada pela deformação de tração do material da parede e/ou pelas instabilidades estruturais do objeto compressível totalmente expandido características do estado inicial da arquitetura do objeto compressível e da pressão interna inicial.

Especialmente, na figura 2D, um objeto esférico oblato 230 com uma relação de aspecto de 4:1, uma espessura de parede de 10 mícrons e uma pressão interna inflada de 10,9 MPa (mega pascais) é submetida à pressão interna que expande o objeto esférico oblato 230. O máximo na deformação elástica do objeto 230 quando ele é expandido é dominado pela localização da deformação associada com o encurvamento equatorial da parede, que é indicado pelas regiões deprimidas 232 e 234. A instabilidade de encurvamento equatorial da parede é um colapso das regiões 232 e 234, devido a uma contração da cinta equatorial associada com a expansão do objeto esférico oblato 230. Em geral, foi demonstrado que a suscetibilidade do objeto compressível em relação ao encurvamento equatorial aumenta quando a relação de aspecto inicial do objeto compressível aumenta, a pressão interna aumenta e a espessura da parede é reduzida. Neste exemplo, o estado expandido poderá ser um estado de equilíbrio com a pressão externa de uma atmosfera e onde o objeto compressível tem uma forma esférica ou quase que esférica (i.e., uma relação de aspecto em torno de 1,0).

A segunda fase poderá envolver a compressão do objeto do estado expandido de volta até próximo do estado inicial durante o qual a deformação devida à expansão inicial é quase totalmente recuperada e uma compressão adicional subseqüente ao estado totalmente comprimido, que poderá outra vez ser limitada pela deformação elástica do material da parede do objeto totalmente comprimido. O estado comprimido poderá ser, por exemplo, uma forma comprimida em equilíbrio com base na compressão hidrostática exercida sobre o objeto compressível em uma certa profundidade para baixo da perfuração. Assim sendo, os objetos compressíveis poderão ser projetados utilizando- se estes estados para a produção de uma relação de compressão adequada que é benéfica para uso dentro de um furo de poço.

As figuras 3A-3C são realizações de exemplo de um objeto compressível em estados diferentes de acordo com aspectos das técnicas atuais. Nas realizações das figuras 3A-3C, a modelagem FEA é utilizada para demonstrar os diferentes estados de um objeto compressível, que neste exemplo, é uma elipse. Cada uma destas figuras 3A-3C é uma vista parcial do objeto compressível em estados diferentes. Conforme mostrado na figura 3A, um objeto elíptico poderá estar no estado inicial 300 e ter um eixo maior 302 e um eixo menor 304 com a relação de aspecto sendo 4:1. Na figura 3B, o objeto elíptico poderá estar no estado expandido 306 e ter um eixo maior 308 e um eixo menor 310 e uma relação de aspecto menor do que (i.e. <) 4:1. Na figura 3C, o objeto elíptico poderá estar no estado comprimido 312 e ter um eixo maior 314 e um eixo menor 316 e uma relação de aspecto maior do que (i.e. ») 4:1. Assim sendo, a relação de aspecto para cada um dos estados diferentes 300, 306 e 312 poderá ser diferente, com base na expansão e/ou compressão do objeto elíptico. Os objetos compressíveis tendo relações de aspecto iniciais diferentes são mais discutidos na figura 4.

A figura 4 é um gráfico de exemplo de objetos compressíveis com formas iniciais diferentes de acordo com aspectos das técnicas atuais. A modelagem FEA é utilizada para gerar o gráfico 400 da deformação máxima 402 contra a relação de compressão 404 para objetos compressíveis diferentes tendo uma espessura de parede de 15 mícrons. O gráfico 400 inclui uma primeira curva de resposta 406 para um objeto esférico, uma segunda curva de resposta 407 para um objeto elíptico tendo uma relação de aspecto de 2:1, uma terceira curva de resposta 408 de um objeto elíptico tendo uma relação de aspecto de 3:1, uma quarta curva de resposta 409 de um objeto elíptico tendo uma relação de aspecto de 4:1, que poderá ser o objeto elíptico nas figuras 3A-3C, e uma quinta curva de resposta 410 de um objeto elíptico tendo uma relação de aspecto 5:1.

Conforme indicado pelas curvas de resposta 406 - 410, a deformação máxima aumenta e diminui entre os vários estados. Para objetos com uma relação de aspecto inicial menor do que 3:1, o comportamento da deformação elástica linear máxima para relações de compressão menores do que 3:1 é dominada pelas instabilidades de encurvamento da tampa descritas acima. Para objetos compressíveis com uma relação de aspecto inicial maior do que 3:1, a deformação máxima é reduzida do estado expandido para um valor mínimo do, ou próximo do estado inicial, que é um mínimo global para a deformação sobre o objeto compressível. Então, a deformação máxima aumenta do estado inicial até que seja atingido o estado totalmente comprimido. Como tal, a deformação máxima no estado inicial dos objetos compressíveis é próxima de zero, conforme indicado pelas curvas de resposta .406 - 410. Este aspecto é claramente demonstrado pela quarta curva de resposta 409. Ao longo da curva de resposta 409, o estado expandido é localizado no ponto 416, o estado inicial é localizado no ponto 414 e o estado comprimido é localizado no ponto 412. Claramente, o estado inicial do objeto compressível tem a menor deformação em comparação com os estados expandido e comprimido. Além disso, este objeto compressível tem uma deformação máxima em torno de 0,085, que é em torno do valor da deformação máxima recuperável para a transformação de fase de austenita em martensita da família Nitol de ligas no seu estado pseudo-elástico. Isto é, a curva de resposta 409 indica que o objeto elíptico tendo uma relação de aspecto inicial de 4:1 é uma estrutura adequada e tem uma espessura de parede para produzir a relação de compressão especificada maior do que 5:1 com uma pressão interna útil para a pratica da invenção apresentada na publicação de pedido de patente internacional número WO 2006/007347. Cada uma das outras curvas de resposta 406-408 e 410 excede a deformação máxima recuperável de 0,085. Deformações acima da deformação de complementação da transformação de fase de austenita param martensita de aproximadamente 8% poderão experimentar uma deformação permanente resultando em uma vida limitada de fatiga na deformação cíclica.

Deste gráfico 400, a expansão e compressão subseqüente do objeto compressível é limitada por uma instabilidade de encurvamento equatorial durante a fase de expansão e instabilidade de encurvamento descrita anteriormente durante a fase de compressão. Através da modelagem da dilatação e da compressão subseqüente, a arquitetura inicial do objeto compressível poderá ser projetada para minimizar o alongamento recuperável para a relação de compressão especifica. Especialmente, para um objeto compressível de espessura de parede constante fabricado a partir de uma liga de memória com a forma NiTi com uma temperatura de transformação da austenita em martensita abaixo de cerca de 0 0C (Celsius) e uma pressão interna expandida alvo de 1500 psig (libras por polegada quadrada manométrica) (10.446 kPa), a relação de aspecto inicial do objeto compressível antes da dilatação, de preferência, poderá estar entre cerca de 3 e 4 com uma espessura de parede entre cerca de 15 e 20 mícrons para evitar exceder a cerca de 8% de alongamento linear em qualquer parte na parede do objeto compressível para uma relação de compressão de até 8:1. Conforme mencionado acima, para ser útil para a prática do pedido de patente número WO 2006/007347, a liga deve estar em uma condição pseudo-elástica. As ligas de memória com uma forma normal com temperaturas de transformação acima de cerca de O0C não são úteis para esta aplicação. O requisito de uma temperatura de transformação de fase de austenita em martensita abaixo de cerca de 0°C reconhece que a liga deve permanecer pseudo-elástica ao longo da faixa inteira de temperatura encontrada durante a operação dos objetos compressíveis na lama de perfuração.

Com base nos gabaritos de modelagem discutidos acima, os objetos compressíveis poderão ser projetados como um certo material e tendo uma arquitetura específica para produzir relações de compressão específicas que estão dentro dos limites de deformação dos materiais existentes. Com estas relações de compressão, os objetos compressíveis poderão ser úteis para certas aplicações, tais como operações de perfuração e produção, que são descritas acima. Como um exemplo, os objetos compressíveis poderão ser úteis se produzem uma relação de compressão recuperável maior do que ou igual a cinco vezes o estado expandido em um intervalo de profundidade de interesse específico. Os objetos compressíveis poderão ser incluídos na lama de perfuração de densidade variável em uma fração do volume de até 40% ou 50% para produzir uma alteração na densidade da lama de perfuração representativa de PPGs e/ou FGs típicos. Alterando-se a densidade da lama de perfuração através da adição de até 50% em volume de objetos compressíveis pequenos de baixa densidade, que poderão ter um diâmetro e de cerca de 1 milímetro (mm), o gradiente de pressão dentro do furo de poço poderá ser substancialmente controlado para reduzir o número de colunas de carcaça utilizados dentro do furo de poço. Especialmente para uma aplicação de águas profundas, o número de intervalos de carcaça poderá ser substancialmente reduzido abaixo daquele atingível com sistemas de gradiente duplo ou múltiplo sem uma modificação maior do equipamento existente. Como tal, o custo do poço poderá ser reduzido de 30 a 50% para certas aplicações. Assim sendo, a escolha dos objetos compressíveis e a fabricação dos objetos compressíveis é ainda mais discutida abaixo na figura 5.

A figura 5 é um fluxograma de exemplo da escolha e do uso da lama de perfuração de densidade variável para o sistema de perfuração 100 da figura 1 de acordo com certos aspectos das técnicas atuais. Este fluxograma, que é referido pela referência numérica 500, poderá ser melhor entendido pela visão simultânea das figuras 1, 3A-3C e 4. Neste fluxograma 500, os objetos compressíveis e o fluido de perfuração poderão ser selecionados para formularem uma lama de perfuração de densidade variável para um poço. Estes objetos compressíveis poderão incluir objetos, os quais, cada um deles tem uma carcaça envolvendo uma região interior, e onde o objeto compressível tem uma pressão interna maior do que cerca de 200 psi (1.379 kPa) na pressão atmosférica, 500 psi (3447 kPa) na pressão atmosférica, 1500 psi (10.342 kPa) na pressão atmosférica e/ou 2000 psi (13.790 kPa) na pressão atmosférica, e (ii) selecionada para uma pressão externa predeterminada, onde as pressões externas que excedem à pressão interna reduzem o volume do objeto compressível; (b) onde a carcaça é submetida a menos deformação quando a pressão externa é quase igual à pressão interna quando a pressão externa está acima ou abaixo de um intervalo de compressão predeterminado do objeto compressível ou onde a carcaça é configurada para experimentar menos deformação quando a pressão externa é quase igual à pressão interna quando a pressão externa é maior do que a pressão interna ou menor do que a pressão interna; e/ou (c) os objetos compressíveis tendo uma carcaça que envolve uma região interna pelo menos parcialmente cheia com uma espuma. Então, a lama de perfuração com densidade variável poderá ser utilizada para melhorar as operações de perfuração do poço. Este processo poderá melhorar as operações de perfuração através da produção de uma lama de perfuração de densidade variável que prolonga as operações de perfuração para limitar ainda mais ou reduzir a instalação de colunas adicionais de carcaça. Assim sendo, as operações de perfuração executadas pela forma descrita poderão reduzir as ineficiências da utilização de colunas adicionais de carcaça das operações de perfuração.

O fluxograma começa no bloco 502. No bloco 504, poderá ser determinado o FG e o PPG para um poço. Por exemplo, o FG e o PPG poderão ser obtidos através do recebimento de informação de um local de perfuração e/ou executando-se o cálculo para estimar o FG e o PPG. Então, os objetos compressíveis poderão ser selecionados para produzirem alterações volumétricas específicas, conforme mostrado no bloco 506. A escolha dos objetos compressíveis poderá incluir considerações operacionais, tais como a remoção dos objetos compressíveis da lama de perfuração para a recirculação na superfície, limitando os efeitos potencialmente prejudiciais da fração de grande volume de objetos compressíveis sobre a reologia da lama de perfuração e facilitando o fluxo dos objetos compressíveis através das bombas e dos orifícios no caminho do fluxo. Como tal, os objetos compressíveis poderão ser dimensionados para terem um diâmetro equivalente entre 0,1 mm e 50 mm, e/ou de preferência, entre 0,1 mm e 5,0 mm. O diâmetro equivalente é definido como o diâmetro de uma esfera de volume igual ao objeto compressível totalmente expandido na pressão atmosférica. Além disso, a escolha de objetos compressíveis poderá incluir a utilização de objetos compressíveis de tamanhos ou volumes diferentes e/ou formatos diferentes na superfície do furo de poço para o controle dos aumentos de viscosidade da lama de perfuração. A escolha dos objetos compressíveis é adicionalmente descrita na figura 6.

No bloco 508, poderá ser selecionado o fluido de perfuração. O fluido de perfuração, que poderá incluir vários agentes pesados, poderão ser selecionados para produzirem uma densidade específica que poderá interagir com os objetos compressíveis para manter a densidade da lama de perfuração entre o FG e o PPG, o que é mais discutido abaixo. Os objetos compressíveis e o fluido de perfuração poderão ser combinados no bloco 510. A combinação dos objetos compressíveis e do fluido de perfuração poderá envolver a mistura dos objetos compressíveis com o fluido de perfuração, conforme descrito no pedido de patente internacional número PCT /US 2007/003691, depositada em 13 de fevereiro de 2007. Além disso, os objetos compressíveis e o fluido de perfuração poderão ser combinados antes do despacho para o local da perfuração ou despachados individualmente com os objetos compressíveis e o fluido de perfuração sendo combinado no local da perfuração. Deve-se notar que os objetos compressíveis poderão ser despachados em veículos refrigerados, tais como caminhões e navios, para a redução dos riscos associados com a liberação da pressão interna dentro dos objetos compressíveis.

No local da perfuração, os objetos compressíveis e o fluido de perfuração, que poderá ser a lama de perfuração com densidade variável 118 (figura 1), poderão ser utilizados nas operações de perfuração, conforme mostrado no bloco 512. As operações de perfuração poderão incluir qualquer processo onde os fluidos da superfície são utilizados para se conseguir e manter uma pressão hidrostática desejada em um furo de poço e/ou o processo de circulação deste fluido para, entre outros usos, remover os cortes de formação do furo de poço. Tão logo o poço é perfurado, os hidrocarbonetos poderão ser produzidos no bloco 514. A produção de hidrocarbonetos poderá incluir a completação do furo de poço, a instalação de dispositivos dentro do furo de poço juntamente com uma seção de tubulação de produção, a obtenção dos hidrocarbonetos do reservatório subterrâneo, o processamento dos hidrocarbonetos em uma instalação na superfície e/ou outras operações semelhantes. Então, o processo termina no bloco 516.

A figura 6 é um fluxograma de exemplo da escolha e da fabricação dos objetos compressíveis discutidos no fluxograma da figura 5 de acordo com certos aspectos das técnicas atuais. Este fluxograma, que é referido pela referência numérica 600, poderá ser melhor entendido através da visão simultânea das figuras 1, 3A-3C, 4 e 5. Neste fluxograma 600, é descrito um processo para a escolha dos objetos compressíveis para a manutenção da densidade de uma lama de perfuração dentro do poço entre o PPG e o FG. Beneficamente, o uso de objetos compressíveis na lama de perfuração de densidade variável poderá melhorar as operações de perfuração através da redução do tamanho do furo de poço e das colunas da revestimento e poderá oferecer acesso a profundidades maiores.

O fluxograma começa no bloco 602. No bloco 604, são obtidos o FG e o PPG para um poço. O FG e o PPG poderão ser obtidos através do recebimento de informação do local de perfuração e/ou da execução do cálculo para estimar o FG e o PPG. Então, é selecionada uma estrutura para cada um dos objetos compressíveis, conforme mostrado no bloco 606. A escolha da estrutura para os objetos compressíveis poderá incluir o uso de métodos de análise por elementos finitos (FEA) para se adequar as estruturas e as geometrias dos objetos compressíveis às propriedades dos materiais disponíveis, conforme descrito acima. No bloco 608, são selecionados os materiais das paredes para os objetos compressíveis. A escolha dos materiais de parede poderá incluir metais e/ou filmes finos de liga metálica formados mecanicamente por métodos de deposição, polímeros com ou sem reforço de micro e/ou de nanofibras em uma matriz polimérica para se atingir as propriedades específicas do material de parede (por exemplo, conforme definido pela análise FEA da compressão do objeto). Além disso, os materiais de parede poderão incluir minerais inorgânicos esfoliados como reforço ou como uma barreira para a permeabilidade do gás em uma matriz polimérica; filmes metálicos e/ou de liga metálica finos formados por métodos de deposição sobre superfícies poliméricas com ou sem modificação química da superfície polimérica para formar uma parede estrutural ou uma barreira para a permeação de gás. Os filmes de metal e/ou de liga metálica finos poderão ser depositados sobre uma chapa polimérica antes da formação do objeto compressível sobre um objeto polimérico compressível previamente formado. A camada metálica poderá ser formada sobre a superfície interna ou externa dos objetos compressíveis ou incorporada dentro de uma parede polimérica ou laminado polimérico do mesmo ou de polímeros diferentes.

Os tratamentos de superfície poderão ser selecionados para a fabricação dos objetos compressíveis no bloco 610. Os tratamentos de superfície poderão incluir tratamentos de superfície físicos e/ou químicos para a melhoria da continuidade e da adesão dos filmes metálicos e/ou de liga metálica sobre a superfície dos objetos poliméricos ou para melhorar a compatibilidade química e/ou física do polímero ou da parede metálica exterior dos objetos compressíveis com o fluido de perfuração.

Tão logo seja selecionado, os objetos compressíveis são fabricados no bloco 612. A fabricação dos objetos compressíveis poderá incluir várias polimerizações, deposições, tratamentos de superfície e outros processos de fabricação usados para a formação das estruturas de parede do objeto compressível. Por exemplo, a fabricação das estruturas de parede poderão incluir métodos de sopro de bolhas coaxiais, onde o polímero é a parede estrutural; os métodos de sopro de bolha coaxial onde o polímero é uma base para a deposição de um metal ou de uma parede estrutural de liga metálica; os métodos de polimerização por dispersão onde o polímero é uma base para a deposição de um metal ou uma parede estrutural de liga metálica; e/ou os métodos de polimerização interfacial onde o polímero é uma base para a deposição de um metal ou de uma parede estrutural de liga metálica. A fabricação poderá incluir a deposição de um metal ou de uma camada de liga metálica contínua sobre a superfície de um objeto polimérico compressível em ambientes líquidos de baixa ou alta pressão utilizando métodos de deposição elétricos ou não elétricos; a deposição de um metal ou de uma camada de liga metálica contínua sobre a superfície de um objeto polimérico compressível em ambientes gasosos de alta pressão utilizando métodos de deposição ultra-violeta de vapor químico (UV-CVD); e/ou a deposição de uma camada contínua de metal ou de liga metálica sobre a superfície de um objeto oco compressível sob vácuo utilizando métodos físicos e/ou químicos de deposição. Os métodos de deposição a vácuo poderão ou não incluir a redução da pressão interna dentro do objeto compressível antes da deposição. Isto poderá ser feito, por exemplo, primeiramente reduzindo-se a pressão interna do objeto oco compressível através do resfriamento do objeto oco compressível pressurizado, de preferência, até uma temperatura abaixo da qual o gás dentro do objeto oco compressível poderá ser condensado. Além disso, as fabricações poderão incluir a moldagem com formação de uma chapa polimérica metalizada plana ou filme em porções de objetos compressíveis unindo os componentes utilizando métodos mecânicos, químicos e/ou térmicos; a formação de uma chapa polimérica plana ou filme em porções do objeto compressível antes da metalização reunindo os componentes utilizando-se métodos mecânicos, químicos e/ou térmicos; a deposição de um metal ou liga metálica sobre uma chapa polimérica com ou sem pré-tratamento químico e/ou físico para melhorar a adesão e a continuidade e a remoção subseqüente da base polimérica da chapa metálica ou de liga metálica livre plana através de métodos físicos, químicos e/ou térmicos, resultando na formação de uma chapa metálica fina adequada para a formação mecânica em componentes de objetos compressíveis e a união subseqüente dos componentes através de métodos mecânicos, térmicos e/ou químicos; a deposição de um metal ou liga metálica sobre uma chapa polimérica pré-formada em uma base para os componentes de metal ou de liga metálica ou livre do objeto compressível e a remoção subseqüente da base polimérica do componente metálico através de métodos químicos, mecânicos e/ou térmicos e a junção subseqüente dos componentes por intermédio de métodos mecânicos, térmicos e/ou químicos.

No bloco 614, os objetos compressíveis poderão ser verificados ou testados. A verificação e teste poderá incluir testes cíclicos de compressão para verificação da pressão interna e para a quantificação da vida de fadiga dos objetos compressíveis com ou sem a análise micro-estrutural da parede estrutural e das juntas, se alguma. Então, os objetos compressíveis poderão ser armazenados, conforme mostrado no bloco 616. A estocagem dos objetos compressíveis poderá incluir a colocação dos objetos compressíveis em um vaso de estocagem. Os objetos compressíveis poderão ser armazenados na pressão ambiente ou em uma pressão igual ou maior do que a pressão interna dos objetos compressíveis para facilitar a armazenagem dos objetos compressíveis no vaso de estocagem. Alternativamente, os objetos compressíveis poderão ser armazenados em um ambiente frio para reduzir a pressão interna dentro dos objetos compressíveis. Os objetos compressíveis poderão então ser armazenados em um vaso na pressão ambiente ou em uma pressão elevada para facilitar a armazenagem dos objetos compressíveis no vaso de estocagem e o despacho dos objetos compressíveis para outro local, como o local da perfuração, para estocagem ou outras atividades semelhantes. O processo termina no bloco 618.

Assim sendo, com base na discussão acima, a escolha e o uso destes objetos compressíveis poderá envolver aspectos diferentes que afetam o projeto dos objetos compressíveis. Por exemplo, a natureza da transição para a deformação controlada por compressão do gás é dependente das propriedades mecânicas do material da carcaça ou da parede e da evolução daquelas propriedades durante os ciclos de compressão repetidos. Como tal, a compressão de objetos ocos resulta em um gradiente diferente de densidade da lama acima e abaixo da profundidade definida pela pressão interna inicial dos objetos ocos. Como o uso de objetos compressíveis tendo pressões internas iniciais diferentes pode ser benéfico para melhorar ou prolongar as operações de perfuração, a alteração da fração volumétrica e da distribuição das pressões iniciais dos objetos compressíveis poderá atingir o resultado desejado de manutenção do peso efetivo da lama entre o PPG e o FG.

Além disso, o uso de gases diferentes poderá também influenciar o projeto dos objetos compressíveis. Por exemplo, o objeto oco poderá ser cheio com uma mistura de gases condensáveis e não condensáveis. A adição de um gás condensável permite uma flexibilidade adicional na adequação da variação da densidade da lama de perfuração com a profundidade. Na temperatura e pressão dos limites da fase gás/líquido, o gás condensável é liqüefeito com um aumento na densidade e uma redução correspondente no volume. A redução no volume interno do objeto oco resulta em uma etapa de aumento da densidade efetiva da lama na profundidade e na temperatura correspondente à transição de fase. Um benefício adicional de utilização de uma mistura gasosa contendo um gás condensável é o volume interno finito ocupado pelo gás condensado nas profundidades, tão logo ele tenha sido condensado, por causa da compressibilidade do líquido condensado ser geralmente menor do que aquela do gás não condensável. Como resultado, o volume de líquido condensado poderá ser usado para estabelecer um limite superior sobre a deformação experimentada pela parede do objeto oco. Isto poderá ser utilizado para controlar a vida de fadiga dos objetos flexíveis quando eles são reciclados entre o fundo do poço e a superfície.

Além disso, o uso operacional poderá influenciar o projeto dos objetos compressíveis. Especialmente, o confmamento da alteração de volume para um número maior de objetos compressíveis de diâmetro menor misturados na lama de perfuração permite a adequação do tamanho inicial e/ou do formato dos objetos compressíveis para se obter uma reologia do fluido de lama do composto estável dentro da coluna vertical de lama do furo de poço. Para criar uma lama de perfuração de densidade variável utilizável, são selecionadas as propriedades iniciais da fase fluida para uma determinada fração volumétrica de sólidos compressíveis para colocar em suspensão tanto os cortes da rocha como os objetos compressíveis na coroa circular do furo de poço durante as operações sem circulação. Além disso, a viscosidade da lama do composto tem que ser configurada para ser bombeada dentro do furo de poço por intermédio da lama e as bombas do sistema dentro de limites aceitáveis. O uso de objetos compressíveis com tamanhos diferentes também poderá melhorar ainda mais o uso operacional. Estes aspectos e outros são mais discutidos abaixo.

Arquitetura de objetos compressíveis

Para se determinar a arquitetura dos objetos compressíveis, conforme mencionado no bloco 606 da figura 6, poderá ser utilizado o método de modelagem numérica elementar finita. O método de modelagem numérica elementar finita poderá incluir métodos implícitos e/ou métodos explícitos. Nestes métodos, as paredes ou elementos da carcaça poderão ser representados pelo tamanho da malha e pelo formato adequado com uma resolução maior nas regiões de interesse, tais como as regiões de alta deformação e/ou tração para a construção de objeto compressível. O gabarito elementar finito poderá ser utilizado para simular o objeto tri-dimensional inteiro ou uma coluna do objeto relacionado com o objeto tri-dimensional por simetria. Além disso, a arquitetura dos objetos compressíveis poderá ser influenciada por vários critérios, tais como os materiais e o uso dos objetos compressíveis, que são discutidos nesta e em outras porções do pedido.

Com relação ao uso de objetos compressíveis, deve-se notar que a arquitetura dos objetos compressíveis poderá facilitar a remoção periódica dos objetos compressíveis da lama de perfuração recirculante. Isto poderá facilitar a limitação dos efeitos potencialmente prejudiciais da fração de grande volume de objetos compressíveis sobre a reologia da lama de perfuração e/ou facilitar o fluxo dos objetos compressíveis através do equipamento, como bombas e orifícios, no caminho do fluxo. Como tal, os objetos compressíveis poderão incluir estruturas tendo um diâmetro equivalente na faixa de cerca de 0,1 mm a 5,0 mm. O diâmetro equivalente é definido outra vez como o diâmetro de uma esfera de volume igual ao objeto compressível totalmente expandido em uma pressão externa de uma atmosfera. Além disso, a forma dos objetos compressíveis poderá ser ajustada para aumentar a densidade de compressão e reduzir os efeitos sobre o fluxo do fluido. Por exemplo, um objeto esférico ou elíptico poderá produzir a densidade mais elevada de compactação e os menores efeitos no fluxo de fluido dentro do furo de poço em comparação com os objetos com a forma de travesseiro ou de haste.

Outro critério para a arquitetura é a espessura da parede. Conforme mencionado acima, a espessura da parede deve ser tão fina quanto possível dentro das limitações impostas pelas instabilidades estruturais e as propriedades dos materiais existentes para a maximização do limite de compressão do objeto compressível. No entanto, o limite inferior da espessura da parede é definido pela espessura mínima capaz de conter a pressão interna de gás desejada em uma pressão externa em torno de 1 atmosfera, tipicamente encontrada na superfície da Terra.

Para se determinar a geometria ótima dos objetos compressíveis, poderão ser utilizados métodos de modelagem numérica elementar finita. A modelagem numérica elementar finita é bem conhecida por aqueles adestrados na técnica. Estes métodos poderão incluir a modelagem dos elementos das paredes e da carcaça dos objetos compressíveis ou como um objeto de malha com tamanho e formato de malha variável. Certas regiões de interesse, tais como as regiões de alta deformação e/ou tração para a construção do objeto compressível, poderão ser projetadas com uma resolução maior (i.e., tamanho menor de malha) para produzir mais informação nestas regiões. Além disso, o gabarito poderá ser usado para simular o objeto compressível tri-dimensional inteiro (3D), uma coluna do objeto compressível, ou uma porção do objeto compressível que poderia ser relacionada com a estrutura do objeto compressível em 3D por simetria.

Como um exemplo, um método preferido de análise e otimização das combinações de geometria de objeto compressível, propriedades do material do objeto compressível, propriedades internas do gás, pressão interna e resposta do objeto compressível a alterações na temperatura e/ou pressão externa, é construir um gabarito elementar fínito do objeto compressível inteiro ou de uma porção do objeto compressível (i.e., uma hemi-esfera, devido à simetria). Utilizando-se um programa de computação, como o ABAQUS® ou qualquer outro pacote de análise FEA adequado, poderá ser construído um gabarito elementar finito para os objetos compressíveis. Neste gabarito, um método explícito poderá ser utilizado para monitorar o contato entre as superfícies internas dos objetos compressíveis durante a compressão. Para minimizar as oscilações durante as modificações da pressão externa, a pressão externa inicialmente poderá ser estabelecida como sendo igual à pressão interna. Então, a pressão externa poderá ser lentamente reduzida até a ambiente, o que poderá ser feito ao longo de um período (por exemplo, 0,5 segundos) e suficiente para eliminar substancialmente os artefatos dinâmicos na simulação. Dependendo do comportamento do escoamento do material da parede e qualquer ocorrência de encurvamento, a amplitude e a velocidade de pressurização e despressurização externa poderão ser ajustadas para minimizar as oscilações. Tão logo tenha sido construído o gabarito elementar finito, poderão ser feitas outras análises. Por exemplo, o objeto compressível poderá sofrer um teste de ciclo de pressurização. Então, poderá ser utilizado uma análise dos dados do teste de ciclo de pressurização para se obter uma visão do efeito e da geometria do objeto compressível, dimensões do objeto compressível e/ou propriedades do material. Além disso, se o gabarito é construído utilizando-se elementos da carcaça, alterações repentinas da geometria da malha devem ser evitadas para a redução do potencial de anomalias nos cálculos das deformações locais.

Como um exemplo específico, é discutido o gabarito elementar finito do objeto compressível das figuras 3A-3C. Nestas realizações, o objeto compressível tem a forma de uma elipse oblata. A relação inicial de aspecto poderá estar na faixa de 1 a 10, com uma relação de aspecto mais preferida estando na faixa de 2 a 5. O uso de um objeto compressível oco elipsóide oblato pressurizado com uma relação de aspecto inicial maior do que 1 tem a vantagem de em uma pressão na superfície em ambiente externo, o objeto elipsóide se expandir e se aproximar de uma relação de aspecto em torno de 1, dependendo da pressão interna e das propriedades do material, conforme mostrado na figura 3B. Se o objeto elipsóide tem uma relação de aspecto inicial de 4:1, uma espessura de parede de liga NiTi uniforme de 10 mícrons e uma pressão interna de 1500 psig (10.446 kPa), a relação de aspecto no estado expandido é em torno de 1,22: 1. Quando a pressão externa aumenta, o objeto elipsóide tem de retornar para um estado inicial 300. No estado inicial 300, a relação de aspecto do objeto elipsóide é aquela do projeto original com pouca deformação elástica, conforme mostrado nas figuras 3A e 4. Então, quando a pressão continua a aumentar, o objeto elipsóide é comprimido ainda mais para um estado de compressão 312, conforme mostrado na figura 3C. Material da parede para objetos compressíveis

Além da arquitetura, poderão ser utilizados vários materiais para a parede dos objetos compressíveis com base nos critérios discutidos acima, conforme mencionado no bloco 608 da figura 6. Especialmente, os materiais da carcaça ou da parede poderão ser divididos em duas classes de materiais disponíveis comercialmente, que são materiais metálicos e materiais poliméricos. Os materiais metálicos poderão incluir metais, ligas metálicas, e ligas com comportamento pseudo-elástico (por exemplo, deformações associadas com a transformação da fase estrutural induzida por deformação reversível). Além disso, o comportamento super-plástico de filmes metálicos ou de liga metálica finos (i.e., 500 Angstroms(A)) também poderão ser utilizados para produzir uma grande variedade de metais e ligas metálicas (por exemplo, alumínio (Al), cobre (Cu), níquel-titânio (NiTi), etc.), adequados para a aplicação como uma barreira fina de permeação em conjunto com uma parede de suporte de carga não metálica que satisfaz as propriedades mecânicas da parede de suporte da carga. Especificamente, os materiais metálicos poderão incluir, mas não são limitados a, NiTi binário ou quase binário, ligas ternárias de NiTi com adições de ligas de ferro e cromo, ligas de magnésio 40 cobre (Mg-40Cu), ligas de betatitânio-9,8 molibdênio-4- nióbio-2- vanádio-3-alumínio (P-Ti-9,8Mo-4Nb-2V-3Al), de vidros metálicos e metais amorfos (por exemplo, de gás com base em zircônio (Zr), ferro (Fe), e/ou magnésio (Mg)) e semelhantes. Os materiais poliméricos poderão incluir polímeros e misturas poliméricas com ou sem reforço (por exemplo, micro a nanofibras, nanotubos, cargas inorgânicas esfoliadas com orientação apropriada dentro da parede polimérica, etc.). Exemplos de polímeros com propriedades adequadas incluem, mas não são limitados a poliimida disponível comercialmente, como Ubilex-R e Ubilex-S.

Como cada um destes materiais tem propriedades específicas, tais como deformação de tração e alongamento recuperável, o material utilizado nas paredes dos objetos compressíveis é um fator na determinação da espessura da parede. A determinação poderá ser baseada na modelagem numérica elementar finita, conforme mencionado acima, para a avaliação das espessuras diferentes da carcaça ou da parede com materiais diferentes. Por exemplo, se o material da parede que suporta a carga é um metal ou uma liga metálica, somente metais e ligas metálicas com comportamento elástico ou pseudo-elástico suficientemente elevado devem ser selecionados, porque as deformações associadas com uma transformação de fase estrutural induzida por deformação reversível têm que ser recuperáveis para a reutilização dos objetos compressíveis. Conforme mencionado acima, mesmo que estes materiais selecionados tenham que ser combinados com um projeto cuidadoso da geometria da carcaça exterior do objeto compressível para evitar a localização da deformação durante a compressão e a re- expansão. Especialmente, a geometria e o material poderão ser utilizados para a otimização da espessura da parede em relação ao tamanho da partícula; a variação da espessura da parede de suporte e/ou das propriedades mecânicas com a localização sobre a superfície dos objetos compressíveis; e/ou a variação da relação de aspecto e do diâmetro maior de um objeto compressível oco esferóide oblato, etc. Assim sendo, estes vários fatores são considerados na escolha de um material para os objetos compressíveis.

Como um exemplo da variação da espessura da parede, o material da parede poderá ser utilizado para influenciar as relações de compressão do objeto compressível, como o objeto elíptico discutido acima .3A-3C. Na figura 7, os cálculos FEA produzem várias formas que têm relações de compressão diferentes dentro dos limites definidos pelas propriedades dos materiais existentes. Os cálculos FEA poderão produzir objetos compressíveis tendo uma relação de aspecto entre 2 a 5, com uma relação entre o diâmetro equivalente e a espessura da parede entre 20 e 200, ou mais de preferência, entre 50 e 100. Conforme mostrado na figura 7, é mostrado um gráfico 700 do efeito da espessura da parede para uma deformação máxima 702 de objetos compressíveis contra a relação entre o diâmetro equivalente e a espessura da parede 704 para vários formatos, que são mostrados pelas curvas 706 - 711, geradas a partir da modelagem numérica elementar finita. Para objetos compressíveis na forma de esfera, a curva 706 tem uma relação de compressão de 3,5, a curva 707 tem uma relação de compressão de 3, e a curva 708 tem uma relação de compressão de .2. Para os objetos compressíveis com a forma de elipse, a curva 709 tem uma relação de compressão entre 3,5 e 2, a curva 710 tem uma relação de compressão entre 3 e 2, e a curva 711 tem uma relação de compressão em torno de 2. Fica claro do gráfico 700 que os objetos compressíveis tendo uma relação de aspecto maior do que a unidade com uma parede mais fina (i.e., uma relação entre o diâmetro equivalente e a espessura da parede mais elevada) são preferidos porque eles produzem relações de compressão mais elevadas com uma deformação máxima correspondentemente mais baixa. Também poderá ser preferível manter-se a deformação máxima abaixo de um valor específico de cerca de 0,06, conforme definido pela deformação máxima permissível para se atingir uma vida adequada de fadiga da parede estrutural. Tipicamente, é desejável uma vida mínima de fadiga pelo menos de 2000 a .3000 ciclos. Baseado nesta limitação, um objeto elipsóide com uma relação de aspecto de 2 ou mais e uma relação entre o diâmetro equivalente e a espessura da parede maior do que 65, produz um objeto compressível que está abaixo do valor específico, conforme mostrado na curva 711.

Além de ser um só material, as paredes dos objetos compressíveis poderão incluir duas ou mais camadas. Por exemplo, a carcaça do composto em camadas poderá incluir uma camada estrutural de suporte de carga ou parede e uma parede de barreira de permeação ao gás. A parede de suporte de carga poderá ser uma parede relativamente espessa tendo uma espessura na faixa de 1 mícron a 50 mícrons e uma parede de barreira de gás poderá ser uma parede fina tendo uma espessura na faixa de menos de ou igual a 5 mícrons. Por exemplo, a parede polimérica que suporta a carga, que poderá ter um interior oco ou ser depositada sobre uma base de espuma polimérica, poderá ser utilizada para produzir a estrutura do objeto compressível. A parede de barreira contra gás, que poderá ser interna ou externa à parede que suporta a carga, poderá ser uma camada de barreira de permeação de metal ou de liga metálica que contenha a pressão interna e tenha uma espessura abaixo de 500 Angstroms. Alternativamente, os objetos compressíveis poderão ter uma parede de carcaça fina (i.e., < 5 mícrons), que é oca ou é depositada em uma espuma polimérica, com uma parede de barreira e de suporte de carga relativamente grossa (i.e., 1 mícron < espessura da parede < 50 mícrons) de camada de metal ou de liga metálica que fornece um suporte estrutural e uma barreira para a permeação de gás. Escolha dos tratamentos de superfície para os objetos compressíveis

Conforme discutido no bloco 610 na figura 6, poderão ser utilizados vários tratamentos de superfície para os objetos compressíveis. Os tratamentos de superfície poderão ser utilizados para melhorarem a continuidade e a adesão das camadas poliméricas ou dos filmes metálicos e/ou de ligas metálicas sobre a superfície dos objetos compressíveis, tais como objetos poliméricos. Assim sendo, poderão ser utilizados tratamentos de superfície para melhorarem as propriedades específicas, tais como a compatibilidade com o fluido básico e a permeabilidade das camadas da carcaça para manter a pressão interna, o que é mais discutido abaixo.

Para os objetos compressíveis pressurizados internamente tendo uma parede de suporte de carga de um polímero e/ou um elastômero com ou sem reforço, poderá ser utilizada um tratamento de superfície para melhorar a continuidade de um filme metálico e/ou não metálico depositado sobre a superfície do polímero para reduzir a permeabilidade ao gás da parede de suporte de carga. Em geral, os elastômeros, polímeros cristalinos e/ou misturas poliméricas têm permeabilidade ao gás muito grande para serem úteis para a fabricação dos objetos compressíveis. Assim sendo, além da incorporação de cargas inorgânicas esfoliadas na parede polimérica, poderá ser utilizada a deposição de um revestimento de permeabilidade a gás baixo, fino (i.e., 500 Angstrom) contínuo sobre a superfície da parede ou incorporado na estrutura da parede em camadas. Por exemplo, o revestimento poderá ser um metal fino, liga metálica ou barreira de permeação a gás inorgânico, que é aplicada através de vários tratamentos físicos e/ou químicos no exterior da parede da superfície do objeto compressível. Especialmente, o revestimento de deposição poderá ter menos de 500 A de espessura e incluir Al, NiTi, ou qualquer outro material adequado. Os tratamentos de superfície para melhorar a uniformidade e/ou a continuidade destas camadas de redução de permeação poderão incluir: (1) a funcionalização aniônica da superfície, por exemplo, sulfonação, carboxilação, i.e., formação de um ácido, assim como outras metodologias químicas de funcionalização aniônica usadas por aqueles bem versados no estado da técnica. (2) químicos de funcionalização de quaternização catiônica, por exemplo, sais de sulfônio, sais de fosfônio, sais de amônio, usados por aqueles bem versados no estado da técnica. (3) funcionalidade iônica zuiteriônica e funcionalidade anfotérica praticada por aqueles bem versados no estado da técnica. (4) funcionalização por maleação e as reações associadas conhecidas por aqueles bem versados no estado da técnica. (5) oxidação controlada, por exemplo, peróxidos, gravação com plasma de oxigênio em alta temperatura, ozônio, e semelhantes. (6) metodologias de deposição química a vapor e químicas associadas. (7) estratégias de descarga corona para a funcionalização da superfície utilizada por aqueles bem versados no estado da técnica.

Uma grande variedade de métodos são disponíveis para a deposição de metal e/ou de revestimentos de barreira inorgânica. Um dos fatores que poderá influenciar a escolha do método de deposição é a pressão interna do objeto compressível. Por exemplo, se não há nenhuma pressão de gás interna inicial ou pequena contida dentro dos objetos compressíveis, então um metal de baixa permeabilidade, um revestimento de liga metálica ou inorgânico poderá ser utilizado através de vários métodos de deposição física e química em baixa pressão para revestir uniformemente a geometria não planar dos objetos compressíveis. Se a pressão interna dos objetos compressíveis e a permeabilidade da parede é tal que o ambiente em baixa pressão (i.e., tipicamente 1 χ IO"3 mm de Hg) requerida para os métodos de deposição física e química em baixa pressão não é mantido, os métodos de deposição compatíveis com a pressão interna do gás e a permeabilidade do gás na parede relativamente elevada poderão ser utilizados. Neste exemplo, os objetos compressíveis poderão ser mantidos em um ambiente de alta pressão de gás ou líquido para evitar a perda da pressão interna através da parede do objeto compressível durante a estocagem e o revestimento. Para um ambiente líquido de alta pressão, o revestimento da superfície da parede poderá ser feito, por exemplo, através de revestimento elétrico ou não elétrico, utilizando métodos conhecidos por aqueles adestrados na técnica. Para o ambiente de gás em alta pressão, o revestimento da superfície da parede poderá ser feito, por exemplo, por deposição de vapor químico (CVD) ou deposição ultra- violeta por vapor químico (deposição UV-CVD).

Alternativamente, a pressão interna do gás dentro dos objetos compressíveis poderá ser reduzida para um nível que permita a aplicação de uma faixa de métodos comerciais de deposição física e química de baixa pressão disponíveis para um objeto não pressurizado ou chapa polimérica. Neste exemplo, um gás, que poderá ser condensado reduzindo-se a temperatura do objeto compressível, poderá ser utilizado para a pressurização interna do objeto compressível. Por exemplo, se o gás no interior do objeto compressível é oxigênio (O) em uma pressão de 10 mPa, o resfriamento subseqüente dos objetos compressíveis para a temperatura do nitrogênio líquido (LN2) na pressão atmosférica poderá reduzir a pressão interna para menos de, ou igual a 1x10-3 mm de Hg.

Considerações semelhantes para uma parede de suporte de carga polimérica oca poderão ser aplicadas para os objetos compressíveis pressurizados internamente tendo uma parede de suporte de carga de polímero e/ou de espuma elastomérica e uma parede de barreira a gás de uma barreira de permeação metálica e/ou não metálica, ou para uma carcaça oca fina polimérica e/ou elastomérica ou um polímero e/ou espuma elastomérica usado como uma base para a deposição de uma parede de liga metálica e/ou de metal de suporte de carga, conforme mencionado acima. No último exemplo, uma carcaça polimérica ultra-fina ou espuma polimérica poderá ser utilizada como uma base para a deposição de uma parede de suporte de carga relativamente fina de metal e/ou liga metálica. A parede de suporte de carga de metal ou de liga metálica, neste exemplo, poderá ter uma espessura de cerca de 5 mícrons a 50 mícrons. A carcaça polimérica ultra-final ou espuma polimérica poderá incluir qualquer polímero e/ou elastômero com ou sem reforço e tratamentos de superfície para melhorar a uniformidade e a continuidade da parede de suporte de carga de metal e/ou de liga metálica. Neste exemplo, a espessura da carcaça polimérica ultra-fina e/ou a resistência mecânica da espuma necessita ser somente o suficiente para manter a forma desejada da partícula durante o processo de deposição. Fabricação de objetos compressíveis

Conforme discutido no bloco 612 da figura 6, tão logo os materiais da estrutura da parede são selecionados para os objetos compressíveis, poderão ser utilizadas várias técnicas de fabricação para criar os objetos compressíveis. Estas técnicas de fabricação poderão incluir vários processos, tais como ataque químico, deposição, processamento termomecânico e outros processos de fabricação semelhantes. Os processos de cópia, que são processos que formatam o material com outra forma, tais como objetos compressíveis, poderão incluir ataque químico, ataque mecânico e semelhantes. Os processos de ataque químico são processos para a remoção de material de um material básico. Os processos de deposição, que são processos que revestem ou transferem um material para outro material, poderão incluir deposição física em fase vapor, deposição química em fase vapor, deposição eletroquímica e/ou autocatalítica, metalização, pulverização catódica, evaporação, epitaxia de feixe molecular e semelhantes. Os processos termomecânicos, que são processos que formam ou alteram a fórmula e a microestrutura dos materiais, poderão incluir laminação a frio, laminação a quente, gravação, estiragem, corte, tempera, enrijecimento em solução e semelhantes.

A fabricação dos objetos compressíveis poderá utilizar várias técnicas que são combinadas para produzirem as propriedades desejadas dos objetos compressíveis, conforme descrito acima. A rota de fabricação dos objetos compressíveis poderá ser determinada com base em certas propriedades desejáveis dos objetos compressíveis. Por exemplo, a baixa permeabilidade a gás, a flexibilidade do objeto, integridade mecânica, custo baixo, facilidade relativa de fabricação do objeto, disponibilidade comercial de materiais, e/ou propriedades dos materiais aceitáveis ambientalmente, são algumas das propriedades que poderão ser consideradas. Outras propriedades poderão incluir a faixa desejável de tamanhos de objetos compressíveis, as distribuições de tamanho, e as relações de aspecto, as técnicas potenciais de funcionalização na superfície para melhorar a adesão ao polímero/metal, a habilidade de incorporar agentes de sopro em "excesso" para produzir um objeto oco contendo um interior com gás em alta pressão (por exemplo, o uso do agente de sopro para pressurizar internamente objetos ocos, encher com gás em alta pressão e semelhantes) entre outras características.

Assim sendo, os processos de fabricação poderão ser configurados para criarem objetos compressíveis que são objetos poliméricos cheios com gás, incluindo estruturas internas que são ocas ou pelo menos parcialmente cheias com espuma. Por exemplo, as figuras 8A-8B são realizações de exemplo de processos de fabricação que criam objetos compressíveis tendo interiores ocos. Da mesma forma, as figuras 9, IOe 11 Α- Ι IB são realizações de processos de fabricação que criam objetos compressíveis tendo interiores com espuma que são baseados em estruturas de espuma.

A. Fabricação de objetos compressíveis como objetos ocos

Os processos de fabricação descritos abaixo se referem à fabricação de objetos compressíveis que são formados como objetos ocos, que poderão ou não ser cheios com gás. Estes processos de fabricação poderão ser utilizados para formarem objetos compressíveis cada um deles tendo uma carcaça envolvendo uma região interior, cada um dos objetos compressíveis tendo (a) uma pressão interna (i) maior do que cerca de 200 psi (1.379 kPa) na pressão atmosférica, 500 psi (3447 kPa) na pressão atmosférica, 1500 psi (10.342 kPa) na pressão atmosférica ou 2000 psi (13.790 kPa) na pressão atmosférica e/ou tendo uma carcaça que envolve uma região interior e (ii) selecionada para uma pressão externa predeterminada, onde as pressões externas que excedem a pressão interna reduzem o volume do objeto compressível; (b) a carcaça é configurada para experimentar menos deformação quando a pressão externa é quase igual à pressão interna que quando a pressão externa é maior do que a pressão interna ou menor do que a pressão interna ou a carcaça que experimenta menos deformação quando a pressão externa é quase igual à pressão interna quando a pressão externa está acima ou abaixo de um intervalo de compressão predeterminado do objeto compressível; e/ou (c) a carcaça é pelo menos parcialmente cheia com uma espuma. Embora sejam descritos vários processos de fabricação, as figuras 8A-8B são realizações de exemplo de processos de fabricação que criam objetos compressíveis tendo interiores ocos.

As figuras 8A-8B são realizações de exemplo de processos de fabricação utilizados no fluxograma da figura 6 de acordo com certos aspectos das técnicas atuais. Na figura 8A, é mostrada uma realização de exemplo de um aparelho para criar objetos compressíveis de acordo com as técnicas atuais. Nesta realização 800, objetos compressíveis, tais como carcaças poliméricas ocas ou estruturas de espuma polimérica, poderão ser fabricadas em um ambiente pressurizado formado por uma câmara pressurizada 802. Para fins de exemplo, os objetos compressíveis são mostrados como carcaças poliméricas ocas 804 com um gás interior 806, mas poderão incluir estruturas de espuma polimérica e outros objetos compressíveis discutidos acima.

Neste exemplo de processo de fabricação, um orifício coaxial de sopro de bolhas 808 no final do tubo central 810 é envolvido por um tubo coaxial 812 em uma câmara pressurizada 802. E aplicada independentemente uma pressão diferencial suficiente dentro da coroa circular formada entre o tubo central 810 e o tubo coaxial 812 e dentro do tubo central 810 do orifício para formatar o material polimérico 814 nas carcaças poliméricas ocas 816 que são cheias com o gás 818 a partir do tubo central 810. Desta forma, é formada uma bolhas polimérica 820 cheia com o gás 818 que posteriormente se separa do orifício coaxial de sopro de bolhas 808. A câmara pressurizada 802 poderá ser cheia com gás ou líquido ou uma combinação dos mesmos, e a separação no caso da formação de bolhas poderá ser provocada pela deformação superficial, gravidade, flutuabilidade, escoamento de fluido ou qualquer combinação dos mesmos. Tão logo a bolha polimérica 820 se separe, a bolha polimérica 820 poderá ser gotejada em um banho de reticulação 822 dentro de um vaso de banho 824 que promove a reticulação da parede polimérica. A natureza química do banho de reticulação poderá ser determinada pelo polímero específico selecionado para o material da parede e bem conhecido por aqueles adestrados na técnica da síntese polimérica. Após o banho de endurecimento, são formadas as carcaças poliméricas ocas 804 com um gás interior 806 e poderão então ser removidas através de transferência para a uma câmara inter-travada pressurizada (não mostrada) onde o fluido de reticulação é separado dos objetos compressíveis pressurizados e os objetos compressíveis são transferidos para um recipiente para estocagem.

Além disso, durante ou após a polimerização e/ou a separação das carcaças poliméricas ocas 804, a pressão ao redor das carcaças poliméricas ocas 804 poderá ser reduzida para a expansão das carcaças poliméricas ocas 804 até o seu tamanho e formato final no estado expandido. Este estado expandido poderá ser determinado pela espessura da parede, propriedades mecânicas do material, arquitetura do objeto e pressão interna, antes, durante ou após o resfriamento das paredes. Se a parede polimérica é o membro de suporte da carga, a expansão do diâmetro após a síntese poderá ser utilizada para alterar as propriedades mecânicas da parede polimérica. Por exemplo, através da reorientação da deformação das cadeias poliméricas e/ou da reorientação do reforço na parede polimérica das carcaças poliméricas ocas 804.

Ajustes específicos poderão ser incorporados para o processo de fabricação com base nos materiais utilizados. Por exemplo, se o material polimérico 814 é um material polimérico fundido com ou sem reforço, o orifício 808 poderá ser aquecido para reduzir a viscosidade em fusão para alcançar as propriedades de escoamento desejadas do fundido polimérico. Se o material polimérico 814 é também um monômero polimérico ou uma mistura de monômeros com ou sem reforço e com ou sem um iniciador, a polimerização das paredes das bolhas poliméricas 820 após a separação do orifício 808 poderá ser feita por vários processos, tais como polimerização por ultra-violeta, polimerização por radical livre, polimerização termoquímica, etc., que são familiares àqueles adestrados na área da síntese de polímeros.

Na figura 8B, é mostrada outra realização de exemplo 830 de um aparelho para a criação de objetos compressíveis de acordo com as técnicas atuais. Nesta realização 830, os objetos compressíveis, tais como as carcaças poliméricas ocas ou as estruturas de espuma polimérica, poderão ser fabricadas em um ambiente pressurizado formado em uma câmara pressurizada 832. A câmara pressurizada 832 é dividida em uma câmara inferior 838 tendo uma entrada de gás 840 e uma câmara superior 842 tendo uma entrada de fluido 844 e uma saída de fluido 846. Para fins de exemplo, os objetos compressíveis são mostrados como carcaças poliméricas ocas 834 com um interior de gás 836, mas poderão incluir estruturas de espuma polimérica e outros objetos compressíveis discutidos acima.

Neste exemplo de processo de fabricação, um filme fino 848 de um fundido polimérico adequado ou de um precursor de polímero poderão ser formados sobre uma placa 850 perfurada por um grande número de orifícios ou buracos 852. O tamanho e o espaçamento dos orifícios 852 poderá ser arranjado para provocar a formação contínua de bolhas cheias de gás 854, que têm uma carcaça polimérica oca 834 com um gás interior 836, que separa e remove por flutuação a placa 850 para dentro de um fluido pressurizado enchendo a câmara superior 842 quando a placa 850 é pressurizada por baixo com uma pressão diferencial desejada entre as câmaras superior e inferior 838 e 842. Deve-se notar que várias geometrias alternativas de orifícios poderão ser utilizadas para a formação de objetos compressíveis ocos pressurizados internamente a partir de um filme fino de um precursor polimérico e/ou de um fundido polimérico. As bolhas cheias de gás poderão sair da câmara superior 842 através da saída de fluido 846 e poderão ser separadas do fluido por meio da diferença de densidade e posteriormente serem transferidas para um recipiente para armazenagem.

Como um método de exemplo alternativo para a criação de objetos compressíveis, poderão ser utilizados tubos metálicos, de liga metálica e/ou poliméricos para formar os objetos compressíveis. Neste processo de fabricação, os objetos compressíveis são formados a partir de um material de tubo, através do corte do material do tubo nos comprimentos desejados e fechando-se as extremidades do material do tubo utilizando-se métodos mecânicos, químicos ou térmicos. A pressão interna dos objetos compressíveis resultantes, que poderá ser formada com formato de um travesseiro, esfera, esferóide oblato, e elipsóide de revolução ou qualquer outra forma desejável, poderá ser controlada fechando-se as extremidades cortadas do tubo e formando-se o formato desejado em um ambiente de pressão controlada. O ambiente pressurizado poderá ser uma câmara pressurizada, que é semelhante às câmaras pressurizadas discutidas acima. Além disso, os objetos compressíveis poderão ser formados antes ou após a metalização da parede polimérica do material do tubo a partir de um tubo polimérico e/ou elastomérico com ou sem reforço.

Como outro método alternativo de exemplo para a criação de objetos compressíveis, chapas pré-formadas poderão ser utilizadas para formarem os objetos compressíveis. Neste método, a junção mecânica, térmica ou química das chapas pré-formadas poderá ser utilizada para a fabricação dos objetos compressíveis. As chapas pré-formadas poderão incluir uma estrutura de composto em camadas, a qual poderá incluir duas realizações. Uma realização poderá ser uma parede polimérica suportando uma carga estrutural relativamente espessa combinada com uma camada de barreira contra a permeação contínua relativamente fina de metal, liga metálica e/ou diferente de metal. Especialmente, a parede polimérica que suporta a carga estrutural poderá ter uma espessura de parede entre cerca de 5 mícrons e 50 mícrons, enquanto que a camada de barreira contra a permeação contínua de metal ou de liga metálica poderá ter uma espessura de parede que é menor do que cerca de 500 Angstroms. A segunda realização sendo uma chapa polimérica fina como uma base para a deposição de uma camada de metal ou de liga metálica relativamente espessa que serve tanto como parede estrutural como uma barreira para a permeação de gás. Por exemplo, a chapa polimérica fina poderá ter menos de cerca de 5 mícrons, enquanto que a camada metálica ou de liga metálica poderá ter uma espessura de parede entre cerca de 5 mícrons e 50 mícrons. Qualquer combinação de realizações com camadas múltiplas com uma espessura do polímero e espessuras do metal ou de liga metálica dentro destes limites, poderá ser utilizada para outras realizações.

Para fabricar estes objetos compressíveis, poderão ser fabricadas uma ou mais chapas pré-formadas em camadas planas e posteriormente moldadas em um componente do objeto pré-conformado utilizando-se qualquer dos vários métodos de formação de chapas e/ou de filme poliméricos que são familiares àqueles com prática na técnica. Exemplos incluem chapa polimérica metalizada para embalagem de alimentos, chapa metalizada Mylar para balões de ar para festas, revestimentos metálicos decorativos sobre filmes poliméricos e filme de poliimida metalizado para barreiras técnicas aeroespaciais. Se os componentes pré-conformados do objeto devem ser unidos para formarem objetos compressíveis, a união dos componentes do objeto pré-conformado poderá ser feita por vários métodos familiares àqueles com prática na técnica da união de filmes poliméricos. Exemplos incluem, mas não são limitados a, ligação térmica, ligação adesiva, ligação mecânica e semelhantes.

Neste método de fabricação de exemplo, a camada metálica ou de liga metálica poderá ser formada no interior ou exterior do objeto compressível utilizando a mesma faixa de métodos físicos e/ou químicos descritos acima e conhecido no campo para a deposição dos revestimentos metálicos, de liga metálica e/ou de não metálicos. Por exemplo, a camada metálica ou de liga metálica poderá ser aplicada na superfície exterior e/ou interior de uma forma semelhante aos métodos descritos para a deposição sobre bolhas sopradas coaxialmente ou bolhas formadas pela polimerização por dispersão acima. A parede polimérica revestida poderá então ser moldada termomecanicamente na pré-forma para ter a camada metálica ou de liga metálica sobre a superfície interior, superfície exterior ou ambas. Nesta realização, o reforço, o tratamento da superfície para uma continuidade e adesão melhoradas e para a reorientação do reforço e/ou das cadeias poliméricas pela deformação mecânica poderá também ser aplicada na fabricação das chapas pré-formadas planas e poderá ser executada de uma forma semelhante à polimerização por sopro coaxial ou dispersão.

Como uma técnica adicional de fabricação, o método de fabricação da chapa do composto mencionado acima poderá também ser utilizado para fabricar chapas metálicas e de liga metálica relativamente espessas auto-suportadas adequadas para a formação mecânica nos componentes dos objetos ou partículas compressíveis ou colapsáveis. Esta estratégia para a fabricação da chapa de metal ou de liga metálica auto- suportada é especialmente útil quando é difícil fabricar chapas metálicas finas através de métodos termomecânicos convencionais usados na fabricação de chapas metálicas. Especialmente, a chapa metálica e de liga metálica poderá ter uma espessura entre cerca de 5 mícrons e 50 mícrons. Para formar uma chapa metálica auto-suportada, a base polimérica poderá ser removida da chapa metálica fina após a deposição do metal ou da liga metálica antes ou após qualquer tratamento termomecânicos requerido para consolidar a chapa fina depositada. A remoção da base polimérica poderá ser feita por vários métodos mecânicos, químicos e/ou térmicos conhecidos por aqueles com conhecimento normal na técnica. Alternativamente, a chapa básica polimérica poderá ser transformada nos componentes dos objetos compressíveis antes da deposição do metal ou do filme fino de liga metálica para formar uma pré- forma de metal ou de liga metálica auto-suportada.

Como outra técnica de fabricação, os objetos compressíveis ocos poderão ser formados através de deposição química em fase vapor (conforme descrito acima) dos constituintes químicos de um polímero termocurado sobre a base polimérica oca ou espuma polimérica termicamente despolimerizavel. Após a deposição, os constituintes poliméricos termocurados poderão ser reagidos parcialmente em conjunto elevando-se a temperatura para formar uma camada de pré-forma polimérica termocurada auto-suportada sobre a superfície da carcaça polimérica oca ou base de espuma polimérica despolimerizada. Após a formação da camada de pré- forma polimérica termocurada auto-suportada, a temperatura poderá ser adicionalmente aumentada para despolimerizar a base oca e/ou de espuma e os produtos da despolimerização são removidos do objeto resultante oco auto- suportado através de difusão pela parede da pré-forma termocurada. Finalmente, os objetos termocurados pré-conformados ocos auto-suportados parcialmente curados poderão ser colocados em um vaso de alta pressão e a pressão dentro dos objetos ocos ser equilibrada por difusão através da parede da pré-forma termocurada com uma alta pressão de gás sendo estabelecida dentro do vaso. Posteriormente, a temperatura poderá ser elevada ainda mais em um ambiente de gás em alta pressão para curar totalmente o polímero termocurado para reduzir a permeabilidade do gás da parede e para atingir as propriedades mecânicas ótimas do material da parede. Conforme anteriormente, a metalização da superfície exterior da carcaça polimérica termocurada oca totalmente curada e pressurizada poderá ser feita pelos métodos descritos acima para as carcaças poliméricas ocas pressurizadas sopradas coaxialmente.

Além disso, como outra realização, os objetos compressíveis poderão ser condicionados mecanicamente durante a fabricação para fortalecerem a parede estrutural dos objetos compressíveis através da reorientação do reforço de micro e/ou nanofibras e/ou das cadeias poliméricas, incluindo o material da parede, por deformações mecânicas. Este condicionamento mecânico poderá incluir, mas não é limitado à expansão do objeto compressível até o seu tamanho e forma finais.

B. Fabricação de objetos compressíveis utilizando-se uma base de espuma

Além da fabricação de objetos ocos, os processos de fabricação poderão utilizar uma base de espuma para criar um formato específico na fabricação dos objetos compressíveis. Estes processos de fabricação poderão formar objetos compressíveis tendo uma carcaça que envolve uma região interna (a) uma pressão interna (i) maior do que cerca de 200 psi (1.379 kPa) na pressão atmosférica, 500 psi (3447 kPa) na pressão atmosférica, 1500 psi (10.342 kPa) na pressão atmosférica ou 2000 psi (13.790 kPa) na pressão atmosférica e (ii) selecionada de uma pressão externa predeterminada, onde as pressões externas que excedem a pressão interna reduzem o volume do objeto compressível; (b) a carcaça pelo menos parcialmente cheia com uma espuma; e/ou (c) onde a carcaça é configurada para experimentar ou experimentar menos deformação quando a pressão externa é quase igual à pressão interna quando a pressão externa é maior do que a pressão interna ou menor do que a pressão interna ou onde a carcaça experimenta menos deformação quando a pressão externa é quase igual à pressão interna quando a pressão externa é maior ou menor do que um intervalo de compressão predeterminado do objeto compressível. A base de espuma poderá incluir homopolímeros, misturas de polímeros, copolímeros, redes interpenetrantes, copolímeros em bloco, termocurados, termoplásticos, polímeros amorfos, polímeros cristalinos, copolímeros quimicamente reticulados, elastômeros termoplásticos, borrachas, polímeros líquidos de cristal, e semelhantes. A base de espuma poderá ser formada com formatos diferentes predeterminados, tais como, mas não limitados a, uma esfera, haste, lamela, oblato ou esferóides de prolato, elipsóide de revolução e/ou qualquer combinação destas geometrias. Além disso, as bases de espuma usadas na fabricação dos objetos compressíveis, como hastes, lamelas e semelhantes, poderão ser estruturadas para conterem internamente uma larga faixa de estrutura de poros (i.e., poros fechados e/ou abertos), espessura da parede dos poros, e densidade dos poros. Estas várias construções poderão ser úteis para a produção de objetos ocos cobrindo uma larga faixa de desempenho mecânico.

As pré-formas de espuma poderão ser produzidas através de procedimentos de moldagem, procedimentos de corte, e procedimentos de revestimento, que poderão ser semelhantes às técnicas relatadas para a utilização de espumas para a formação de isolamento e/ou embalagens. Os procedimentos de corte poderão envolver o corte de blocos de espuma em vários formatos e tamanhos. As técnicas de moldagem que poderão incluir extrusão, moldagem por sopro, moldagem por compressão e semelhantes, poderão envolver a moldagem da espuma em um formato intrincado desejado, que poderá reduzir ou eliminar o corte e o rejeito de mão-de-obra intensiva produzido a partir daquela técnica. Além disso, as técnicas de moldagem poderão produzir espumas tendo zonas múltiplas de dureza e com reforços de cargas. Os métodos de revestimento descritos anteriormente poderão também ser aplicados a revestimentos da pré-forma de espuma, cujos métodos poderão incluir deposição elétrica, deposição autocatalítica, deposição física a vapor, deposição química a vapor, deposição de vapor químico por ultra- violeta, e semelhantes, e poderão ser usados para formarem uma camada de metal ou de liga de metal relativamente fina sobre a base de espuma. O revestimento de metal ou de camada de liga metálica nesta realização é utilizado para aumentar a impermeabilidade dos objetos compressíveis, o que poderá incluir um gás (ou mistura de gases) sob pressão. Alternativamente, a base polimérica poderá ser usada para a deposição de uma camada de suporte de carga de metal e/ou de liga metálica relativamente espessa usando uma espuma polimérica moldada ou formatada mecanicamente internamente pressurizada ou não pressurizada. A parede de suporte da carga metálica poderá ter uma espessura de parede de cerca de 5 mícrons a 50 mícrons e uma pressão interna acima de cerca de 200 psi (1.379 kPa) na pressão atmosférica ou maior, dependendo da aplicação desejada.

Como uma primeira realização, os agentes de sopro poderão ser utilizados para formarem uma base de espuma para os objetos compressíveis. Tipicamente, o uso de agentes físicos de sopro resulta em uma base de espuma com células fechadas, a qual poderá ser formada a partir de vários materiais. Por exemplo, poliuretana (PU), poliestireno (PS) e cloreto de polivinila (PVC) e são materiais utilizados na fabricação de espumas poliméricas. Tipicamente, as espumas PU são preparadas pela geração in situ de dióxido de carbono (CO2), enquanto que as espumas de PS e PVC são preparadas utilizando-se agentes físicos de sopro, tais como nitrogênio (N2) e CO2. O uso de agentes físicos de sopro reduz quaisquer solventes contaminantes que prejudiquem o processo. O uso de CO2 e N2 tem uma quantidade de benefícios, tais como inércia química, é não combustível, é de ocorrência natural, baixo custo, rapidamente disponível, aceitável ambientalmente (nenhuma eliminação de ozônio) e baixa toxidez humana.

Cada uma das técnicas de espumação de polímero que utilizam os agentes físicos de sopro depende dos mesmos princípios. Estes princípios são (1) saturação do polímero com um penetrante gasoso (agente de sopro) em alta pressão; (2) o resfriamento da mistura de polímero/gás em um estágio supersaturado através de pressão reduzida ou de temperatura aumentada; e (3) a nucleação e o crescimento das células de gás dispersas em toda a matriz polimérica. No resfriamento da mistura de polímero/gás, a solubilidade do gás na base polimérica é reduzida, o que resulta na formação de aglomerados de moléculas do gás na forma de um núcleo. Quando o gás se difunde na células em formação, a energia livre da base polimérica é reduzida. O processo de nucleação da célula controla a morfologia da célula do material polimérico e as propriedades do material polimérico. Este processo também pode ocorrer homogeneamente em todo o material ou heterogeneamente em regiões de alta energia, tais como os limites de fase. Nas regiões de alta energia, a energia livre para nuclear uma coroa circular estável é menor em comparação com a nucleação homogênea. Como resultado, a nucleação preferencial de coroas circulares ocorre na interface.

Nos polímeros semicristalinos, os domínios cristalinos poderão servir como pontos de nucleação heterogêneos para gerar bolhas de gás. Em geral o crescimento celular é controlado pelo tempo que o gás tem para se difundir para dentro das células antes do resfriamento, a temperatura do processo de fabricação, o grau de supersaturação, a quantidade de difusão de gás para dentro das células, a pressão hidrostática ou a deformação aplicada na matriz polimérica, a energia interfacial e as propriedades visco- elásticas da mistura de polímero/gás. A rigidez da base polimérica é tipicamente controlada pela temperatura de espumação. Deve-se notar que uma redução no tamanho médio de célula geralmente aumenta a rigidez. O trabalho necessário para expandir a célula de gás tem que superar a deformação adicional resultante da rigidez aumentada. Aumentando-se a pressão de saturação, a barreira de energia livre para a formação de um núcleo estável é reduzida e os sítios de nucleação adicionais são formados devido à dilatação da matriz, alterações do volume livre, e/ou a formação de interfaces cristalinas. Isto resulta em uma densidade de célula aumentada e em conseqüência, um diâmetro médio de célula reduzido. Os polímeros semicristalinos apresentam densidades de célula consideravelmente maiores do que os polímeros amorfos, o que é atribuído à contribuição da nucleação heterogênea nas regiões interfaciais amorfa/cristalina. Como o gás não se dissolve em cristalitos, a nucleação é não homogênea, o que torna difícil controlar a estrutura celular da espuma semi- cristalina. Como resultado, os polímeros com baixa cristalinidade produzem espumas com uma estrutura quase uniforme. Quando a cristalinidade do polímero é aumentada, são obtidas espumas não uniformes menos desejáveis com tamanhos de célula irregulares.

Como os métodos de espumação utilizando agentes físicos de sopro são versáteis, esta técnica poderá ser usada para fabricar bases de espuma polimérica com células fechadas para os objetos compressíveis. Por exemplo, os polímeros amorfos, assim como semicristalinos, poderão ser processados dentro de uma faixa de temperaturas próximas da temperatura de transição de vidro (Tg) até temperaturas imediatamente abaixo do ponto de fusão do material. Para fins de exemplo, um processo de fabricação para a formação de bases de espuma e revestimento das bases de espuma é discutida abaixo na figura 9.

A figura 9 é um fluxograma de exemplo para a fabricação dos objetos compressíveis na figura 6 que utilizam uma base de espuma de acordo com certos aspectos das técnicas atuais. Este fluxograma, que é referido como a referência numérica 900, poderá ser melhor entendido através da visão simultânea das figuras 1 e 6. Neste fluxograma 900, é descrito um processo para a fabricação de objetos compressíveis tendo um interior de espuma.

O fluxograma começa no bloco 902. No bloco 904, pode ser fabricada a espuma. A espuma poderá ser formada por vários processos que são discutidos acima. A espuma poderá incluir materiais poliméricos, tais como elastômeros moderados a altamente reticulados com e sem reforço; tais como macro, meso até nano-fibras, nano-tubos, cargas inorgânicas esfoliadas (por exemplo, argilas); e misturas poliméricas com e sem reforço, tais como macro, meso a nano-fibras, nano-tubos, cargas inorgânicas esfoliadas (por exemplo argilas) e semelhantes. No bloco 906 poderá ser formada a espuma em base de espuma. As bases de espuma poderão incluir vários formatos, tais como cubos, retângulos, hastes, quadrados e outros formatos regulares ou irregulares, que são discutidos acima. Para formar as bases de espuma, a espuma ou material polimérico poderá ser formatada em diferentes geometrias e tamanhos através de corte ou outros processos adequados. Então, no bloco 908, as bases de espuma formatadas poderão ser revestidas com um material. O material poderá incluir um revestimento metálico ou não metálico fino para reduzir a permeabilidade a gás, que é aplicado através de qualquer técnica de deposição adequada conforme discutido acima. Os revestimentos poderão incluir uma larga faixa de composições, incluindo metais puros, ligas metálicas e/ou camadas de diferentes metais ou ligas metálicas sozinhas ou em combinação com camadas não metálicas, entre outros. No bloco 910, as bases de espuma revestidas poderão ser adicionalmente tratadas através de tratamentos de superfície para melhorarem a adesão com, e promoverem a continuidade destes revestimentos com a superfície da base de espuma polimérica. Estes tratamentos de superfície poderão ser semelhantes aos tratamentos de superfície discutidos acima. O processo termina no bloco 912.

O revestimento destas bases diferentes de espuma formatada é mostrado na figura 10. Na figura 10, são mostradas várias bases de espuma, tais como um objeto de travesseiro 1.002, um objeto elíptico 1003 e um objeto esférico 1004. Estes objetos de base de espuma 1002 - 1004 são formados com vários formatos, conforme discutido no bloco 906. Então, os objetos de base de espuma 1002 - 1004 poderão ser revestidos por uma camada metálica 1006, conforme discutido no bloco 908. Especialmente, os objetos de base de espuma 1002 - 1004 poderão ser revestidos com um revestimento metálico fino (por exemplo, cobre) através de uma técnica de revestimento não elétrico. Tão logo seja revestido, o objeto de base de espuma .1002 - 1004 poderá ser ainda mais revestido através de uma camada de tratamento de superfície 1008, conforme discutido no bloco 910.

Como um exemplo especifico deste processo de fabricação, são descritos uma primeira base de espuma e uma segunda base de espuma. A primeira base de espuma poderá ser uma microcápsula de espuma cheia com ar tendo células de cerca de 1000 micrômetros a 1500 micrômetros de diâmetro, enquanto que a segunda base de espuma poderá ser uma microcápsula de espuma cheia com ar e tendo células com cerca de 250 micrômetros a 500 micrômetros de diâmetro. Estas bases de espuma poderão ser cortadas em geometrias e tamanhos diferentes, conforme mencionado acima. Então, as bases de espuma formatadas posteriormente poderão ser revestidas com um revestimento de metal fino (por exemplo, cobre) através de uma técnica de revestimento não elétrico. O revestimento metálico poderá incluir uma larga faixa de composições, incluindo metais puros, misturas de metais, ligas, ligas de memória formatadas entre outros. Além disso, deve-se notar que os tratamentos de superfície poderão ser ajustados para bases de espuma diferentes. Por exemplo, se o poliestireno é a base de espuma, ele é um polímero altamente não polar quimicamente reativo. O grau de funcionalização, i.e., sulfonação, poderá ser controlado através de vários parâmetros tais como: solvente, concentração de ácido sulfurico, temperatura da reação, tempo da reação, catalisador, e concentração do catalisador. Como tal, deve-se notar que a química da funcionalização da superfície e os procedimentos subseqüentes poderão ser modificados para acomodarem a química da superfície e a estrutura do material, como náilon, poliésteres, poliuretanas entre vários outros materiais poliméricos. A funcionalização da superfície e o ataque químico poderão incluir tratamento ácido, tratamento básico, oxidação, nitração, sulfonação, fosfonação entre várias outras químicas. Ver, J. March, "Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure", Terceira Ed., John Wiley & Sons, Nova Iorque (1985), as sessões relativas à sulfonação, oxidação suave, esterifícação, carboxilação, reações de adição de radical livre, reações de gravação de radical livre, e quaternização, e semelhantes.

Como um primeiro exemplo especifico, as bases de espuma poderão ser revestidas uniformemente por um processo, tais como um revestimento não elétrico de cobre, para formar o objeto espumado semelhante a uma haste. A base de espuma poderá ser uma microcápsula de espuma cheia de ar tendo células com cerca de 1000 micrômetros a 1500 micrômetros de diâmetro. Se esta base de espuma é de poliestireno, o processo de fabricação poderá incluir a funcionalização da haste de poliestireno através de exposição a uma solução a 30% de H2SO4 durante um período de 21 h. A superfície do polímero funcionalizado pode ser ativada utilizando-se o processo de ativação de estanho-paládio (Sn-Pd), conhecido de outra forma como semeadura. Este processo de semeadura é conhecido por aqueles adestrados na técnica. O processo envolve imersões sucessivas da haste de poliestireno em cloreto de estanho acidulado (SnCl2)(O5OlM) seguido por solução de cloreto de paládio (PdCl2)(O5OlM) com rinsagem em água destilada entre os banhos. É utilizado ácido clorídrico a 0,0 IM (HCl) após o PdCl2 para remover os compostos de Sn restantes da superfície. Cada um dos banhos é executado na temperatura ambiente. Ver B.Ceylan Akis, "Preparation of Pd-Ag/PSS Composite Membranes for Hydrogen Separations", A Thesis, Worcester Polytechnic Institute, (maio de 2004). A haste de poliestireno semeada com Pd, funcionalizada, pode ser colocada em um banho escoando com uma vazão de 73 cm3/min (centímetros cúbicos por minuto) e contendo uma solução de revestimento de cobre (Cu), CuSO4.5H2O, diidrato de sal de ácido dissódico e etilenodiamina tetracético, NaOH, etilenodiamina e trietanolamina ativado com ácido fórmico. Ver Y. Lin e S. Yen, Applied Surface Science, 178, 116 (2001); W. Lin, H. Chang, Surface and Coatings Technology, 107, 48 (1998); Shu et al, Ind. Eng. Chem. Res. 36, 1632 (1997); Hanna et al. Materials Letters, 58, 104 (2003).O cobre pode ser revestido sobre a haste de poliestireno semeada com Pd, funcionalizada, a 40°C durante um período de 90 minutos, seguido por um banho com água destilada. A maior parte da superfície pode ser revestida com cobre tendo uma espessura que varia de 0,3 - 0,6 micrômetros.

Alternativamente, se a base de espuma é uma microcápsula de espuma cheia com ar tendo células com cerca de 250 micrômetros a 500 micrômetros de diâmetro e o formato esférico, o processo de fabricação poderá incluir a fimcionalização e a semeadura com Pd da esfera de poliestireno, conforme descrito acima. Utilizando-se a mesma solução de revestimento e vazão de cobre, a esfera de poliestireno semeada com Pd funcionalizada pode ser revestida a 40°C durante um período de 10 minutos, seguido por um banho com água destilada. Como resultado, a superfície pode ser revestida com filme de cobre com espessura de 0,1 - 0,2 micrômetros que segue os contornos da superfície de espuma.

Como outro exemplo, o processo de fabricação para uma esfera sólida de náilon 6/6 tendo um diâmetro de 1/8 polegadas poderá incluir a funcionalização e a semeadura com Pd da esfera sólida, conforme descrito acima, utilizando-se HCl 0,0 IM durante 10 minutos para o processo de funcionalização. A esfera de náilon também pode ser reagida na solução escoando a 40°C durante 4 h e 5 min, seguido por um banho com água destilada, que pode ser a mesma solução de revestimento de cobre com ativador que foi discutida acima. O filme resultante revestido pelo cobre pode ter uma espessura de 10-25 micrômetros sobre a esfera de náilon.

Como outro exemplo de técnica de fabricação, uma carcaça

metálica oca cheia com gás poderá ser fabricada utilizando- se o método Fraunhofer para a produção de objetos metálicos ocos, conforme mostrado na figura 11A. Ver, por exemplo, O. Andersen, U. Waag, L. Schneider, G. Stephani, B. Kleback, "Novel Metallic Hollow Sphere Structures", Advanced |Engineering Materials 2000, vol 2, (abril de 2000), pp. 192 - 195. Nesta realização 1100, as bases de espuma 1102 que poderão ser bases de espuma de estireno ou qualquer das bases de espuma polimérica descritas acima, poderão ser revestidas com um material metálico 1104, que poderá ser composto de um pó metálico ou de liga metálica e um aglutinante. O revestimento das bases de espuma 1102 por um material metálico e um aglutinante 1104 poderá ser feito por intermédio de métodos de revestimento de leito fluidizado em um vaso 1106. As bases de espuma polimérica resultantes revestidas com um pó metálico ou liga metálica e uma camada de aglutinante 1108 poderão então ser submetidas a tratamento na fornalha 1110 para a tempera. Na fornalha, a base de espuma polimérica poderá ser decomposta termicamente ou reagida, produzindo produtos voláteis da reação que são removidos por difusão através do metal parcialmente sinterizado ou parede de liga metálica. Posteriormente, a temperatura poderá ser elevada para direcionar o aglutinante restante e o material metálico sinterizado para a obtenção de uma carcaça densa de metal ou de liga metálica. Os objetos compressíveis resultantes 1112 poderão ser utilizados como parte da lama de perfuração de densidade variável, tão logo sejam resfriados.

Um método alternativo de fabricação é descrito na figura 11B. Na figura 11B, poderão ser fabricados objetos metálicos ou de liga metálica ocos com formato regular ou irregular através da formação de uma camada metálica ou de liga metálica como uma camada de níquel sobre uma base de espuma, pela deposição a partir da fase gasosa sobre uma base de espuma disponível. Nesta realização é apresentada uma base de espuma 1122, que poderá ser uma base de espuma polimérica com células fechadas. A base de espuma 1122 é revestida com pigmentos 1124, como negro de fumo ou outros pigmentos que absorvem radiação infravermelha, para formar uma base de espuma revestida 1126. A base de espuma revestida 1126 é então colocada dentro de um vaso que é cheio com um gás 1128, como um gás de níquel carbonila. A base de espuma revestida 1126 é então submetida à radiação infravermelha 1130, que esquenta a superfície revestida da base de espuma revestida 1126. Como resultado da radiação infravermelha 1130, o revestimento de carbonila é decomposto na superfície da base de espuma revestida 1126 para formar o revestimento metálico 1132, como níquel sobre a base de espuma 1134. A base de espuma revestida metálica 1134 é então sinterizada em uma fornalha 1136 em uma temperatura alta o suficiente para fazer com que a base de espuma seja decomposta e os produtos da decomposição sejam removidos por difusão através da camada metálica durante o processo de sinterização. Como resultado, é formado um objeto compressível 1138 com um interior oco.

Modificação nos objetos compressíveis para o equacionamento de deformação localizada

Como uma realização adicional, a arquitetura dos objetos compressíveis poderá ser modificada para distribuir a deformação localizada experimentada nos estados expandido e comprimido. Por exemplo, a modelagem FEA demonstra no caso dos elipsóides de revolução discutidos acima, que a severidade da instabilidade do encurvamento da tampa aumenta quando a espessura da parede aumenta e a relação de aspecto inicial é reduzida, enquanto que a severidade da instabilidade do encurvamento equatorial aumenta quando a espessura da parede é reduzida e a relação de aspecto aumenta. Para expandir a janela projetada da arquitetura do objeto compressível, a espessura da parede do objeto compressível poderá ser variada com a parede mais fina nos pólos e mais grossa no equador. Este ajuste da espessura da parede poderá fornecer suporte em cada uma das realizações para equacionar a localização da deformação em regiões diferentes dos objetos compressíveis. A variação da espessura da parede do pólo até o equador poderá ser executada de uma forma que é consistente com certas técnicas de fabricação, que são discutidas acima.

Alternativamente, um ou mais membros estruturais, como um flange, poderão ser adicionados aos objetos compressíveis. Estes membros estruturais, como um flange, poderão reduzir a deformação localizada para a carcaça do objeto compressível. Por exemplo, se o membro estrutural é um flange, ele poderá ser adicionado no equador do objeto compressível para suportar a cinta equatorial contra o encurvamento. Este flange poderá distribuir a força de deformação ao longo do equador do objeto compressível para remover a deformação de uma área localizada. Por exemplo, conforme mostrado nas figuras 12A- 12 C, o efeito da adição de um flange 1202 a um objeto elíptico com espessura de parede de 10 mícrons é mostrado em vários estados. Neste exemplo, o objeto elíptico poderá ter uma pressão interna inflada de 1500 psig (10.342 kPa) formado neste exemplo de um material pseudo-elástico de liga de memória formatada, como uma liga NiTi com uma temperatura de transformação da austenita em martensita em torno de 0°C. Na figura 12A, o objeto compressível é um objeto compressível elíptico tendo um flange 1202 no estado inicial 1200. O objeto elíptico é mostrado no estado expandido 1204 na figura 12B e no estado comprimido 1206 na figura 12C. Conforme mostrado nas figuras 12A-12C, o flange 1202 distribui a deformação localizada para reduzir a deformação máxima experimentada pelo objeto elíptico. Os benefícios da adição do flange são mais discutidos na figura 13.

A figura 13 é um gráfico de exemplo relativo à adição de um flange ao objeto compressível de acordo com certos aspectos das técnicas atuais. Na figura 13, é utilizada a modelagem FEA para gerar um gráfico 1300 de deformação máxima 1302 contra a relação de compressão 1304 para um primeiro objeto compressível tendo um flange e um segundo objeto compressível sem nenhum flange. O gráfico 1300 inclui uma primeira curva de resposta 1306 para o primeiro objeto compressível tendo uma espessura de parede de 10 mícrons e uma largura de flange de 125 mícrons, que poderá ser o objeto elíptico nas figuras 12A- 12C, e uma segunda curva de resposta 1308 para o segundo objeto compressível tendo uma espessura de parede de 10 mícrons sem nenhum flange. No gráfico 1300, a linha 1310 indica a deformação máxima recuperável aproximada para a liga NiTi e a linha 1312a deformação máxima aproximada permitida requerida para obter-se a vida de fadiga desejada do objeto que é discutido acima.

Conforme mostrado no gráfico 1300, a adição do flange reduz a deformação máxima experimentada pelos objetos elípticos tendo a mesma estrutura e espessura de parede. Como tal, o flange equatorial poderá ser utilizado para expandir a janela projetada para objetos compressíveis, que está abaixo dos limites de deformação permanente.

A adição do flange equatorial poderá ser executada de uma forma que seja consistente com certas técnicas de fabricação, que são discutidas acima. Como exemplo, a fabricação dos objetos compressíveis a partir de uma chapa de liga metálica e a união subseqüente ao flange equatorial poderá ser ajustada para produzir um flange com uma largura especifica através da modificação dos processos existentes de fabricação. Uso de agentes de pesagem e de outros fluidos para se conseguir a determinada lama de perfuração de densidade variável

Conforme mencionado acima, a lama de perfuração de densidade variável 118 (figura 1) poderá incluir objetos compressíveis, juntamente com o fluido de perfuração. A escolha do fluido de perfuração poderá envolver a escolha do componente de fase líquida primária de uma quantidade de fluidos disponíveis. Estes fluidos incluem água, óleos ou combinações de água e óleo. A fase líquida é selecionada após consideração de vários fatores, incluindo o custo, compatibilidade com informações subterrâneas, impacto ambiental e semelhantes. Os agentes de pesagem são adicionados para o ajuste da densidade do fluido de perfuração. Aditivos de viscosidade são adicionados para produzirem uma suspensão dos agentes de pesagem e dos cortes da formação perfurada. Outros aditivos produzem o controle da filtração para evitar a migração da fase líquida na formação ou auxiliar a emulsificação da água livre na fase oleosa.

Para compensar os objetos compressíveis, os fluidos de perfuração poderão incluir agentes de pesagem e outro fluido para controlar a densidade da lama de perfuração de densidade variável dentro do furo de poço. Os agentes de pesagem poderão incluir barita (sulfato de bário), hematita (óxido férrico), galena (sulfito de chumbo) e outros materiais adequados, enquanto que os outros agentes de mistura poderão incluir formiatos, como de sódio, potássio e césio, e outros materiais adequados.

Os agentes de pesagem são adicionados nos fluidos de perfuração para aumentarem a densidade do fluido de perfuração para ser maior do que aquela dos fluidos básicos aquosos (água) ou não aquosos (óleo ou sintético). Por exemplo, os agentes de pesagem poderão incluir barita (sulfato de bário), hematita (óxido férrico), galena (sulfeto de chumbo) e outros materiais adequados. Estes agentes de pesagem são utilizados para se conseguir o perfil desejado de densidade da lama do composto a partir da superfície até a profundidade visada (TD). Como a pressão dentro do furo de poço geralmente aumenta com a profundidade, os objetos compressíveis de baixa densidade, tais como objetos compressíveis, estão em um estado não comprimido próximo da superfície e em um estado comprimido na direção do fundo do poço. Quando os objetos compressíveis estão no estado comprimido das pressões do fundo do poço, a densidade do composto da lama de perfuração de densidade variada poderá ser mantida para evitar influxo do fluido da formação e ser limitada para não exceder o gradiente de formação de fratura. Quando os objetos compressíveis estão no estado não comprimido em pequenas profundidades, a formação poderá ser exposta a uma lama de perfuração de densidade variável com as camadas de rocha não sendo tão fortes e a pressão de formação do fluido sendo tipicamente menor. Como tal, o estado não comprimido dos objetos compressíveis poderá ser utilizado para reduzir a densidade da lama de perfuração de densidade variável. Assim sendo, os vários agentes de pesagem poderão ser utilizados no fluido de perfuração para aumentar a densidade nas seções mais rasas do furo de poço para compensar a expansão dos objetos compressíveis.

Por exemplo, barita (sulfato de bário) poderá ser usada para aumentar a densidade da lama de perfuração de densidade variável 118. A vantagem de se utilizar barita como um agente de pesagem no fluido de perfuração é o baixo custo e a alta disponibilidade deste material. A barita tem uma densidade na forma mais pura de 4,5 g/cm3 (gramas por centímetro cúbico) com uma barita grau de perfuração sendo pelo menos de 4,2 g/cm3 para ter a chancela do "American Petroleum Institute". Para produzir densidades de lama de perfuração elevadas, uma grande concentração de lama de barita poderá ser colocada em suspensão no fluido de perfuração. Por exemplo, o fluido de perfuração com uma densidade de até 19 ppg (libras/galão) (2,3 g/cm3) poderá conter aproximadamente 40% em volume de barita. Quando a percentagem volumétrica de sólidos aumenta, a viscosidade do fluido de perfuração, especialmente em altas deformações, se torna muito elevada e a perda de pressão por atrito através da circulação ou do sistema do furo de poço se torna muito elevada. Assim sendo, o fluido de perfuração com barita poderá ser combinado com os objetos compressíveis em até 40% em volume nas condições da superfície. O resultado desta combinação produz viscosidades mais elevadas, onde os objetos compressíveis não estão comprimidos (na superfície e em profundidades rasas).

Densidades semelhantes de lama de perfuração com densidade variável poderão ser alcançadas com material com percentagem volumétrica menor, utilizando-se material com uma densidade maior, como hematita (óxido férrico) ou galena (sulfeto de chumbo). A hematita tem uma densidade mínima API de 5,05 g/cm3 e poderá aumentar a densidade do fluido de perfuração com uma concentração total de sólidos menor do que com a barita. No entanto, os fluidos de perfuração com hematita poderão ser mais abrasivos do que os fluidos de perfuração com barita, o que poderá levar a danos ou desgaste prematuro para o equipamento, como bombas de lama, equipamento de superfície, tubulação da coluna de perfuração e ferramentas subterrâneas (i.e., motores), equipamento de medição e exploração, como por exemplo, a galena (sulfeto de chumbo) que tem uma densidade de 7,5 g/cm3 e poderá ser usada para se atingir uma densidade elevada com cerca de 40% menos volume de sólidos do que a barita. A galena é um mineral relativamente macio e não desgasta prematuramente o equipamento.

Em uma realização alternativa, os agentes de mistura poderão ser utilizados com os objetos compressíveis ao invés de, ou além dos agentes de pesagem. Estes agentes de mistura poderão incluir formiatos, tais como os de sódio, potássio e césio. Por exemplo, uma solução de formiato de césio em água poderá produzir uma densidade livre de sólidos (livre de agente de pesagem) em torno de 2,4 g/cm3. A densidade da solução de formiato de sódio é quase igual àquela da rocha típica ou de cortes de rochas. Como resultado, os cortes de rocha não tendem a se decantarem no fluido de perfuração com este agente de mistura. Quando a solução de formiato de césio é misturada com objetos compressíveis, a lama de perfuração com densidade variável poderá produzir uma densidade elevada em altas pressões onde os objetos compressíveis estão no estado comprimido (i.e., grande profundidade no furo de poço). No entanto, em profundidades rasas onde os objetos compressíveis estão no estado expandido, a densidade do fluido de perfuração de densidade variável é reduzida. Com este fluido, a percentagem volumétrica aumentada de objetos compressíveis expandidos aumenta naturalmente a viscosidade volumosa e ajuda no transporte de cortes de rocha.

Poderá ser produzida uma viscosidade adicional através da adição de agentes de adição de viscosidade, tais como a argila bentonita de ocorrência natural ou polímeros sintéticos, para a redução da velocidade em que os cortes e os objetos compressíveis tendem a se decantarem devido às diferenças de densidade entre os cortes/objetos compressíveis e o fluido de perfuração. Estes tipos de aditivos de viscosidade auxiliam o transporte dos cortes, enquanto o fluido de perfuração está circulando e promovem a geleificação do fluido de perfuração quando o fluxo é interrompido, dessa forma reduzindo a velocidade de decantação dos cortes e a velocidade de decantação dos objetos compressíveis. Os objetos compressíveis poderão tender a se elevar ou a cair dentro do fluido de perfuração, dependendo do seu estado de compressão, e da densidade do objeto compressível dentro do furo de poço. Em pressões externas menores do que aquela requerida para comprimir os objetos ou partículas, os objetos compressíveis geralmente têm uma densidade menor do que o fluido de perfuração. Aqui os objetos compressíveis tendem a se elevar dentro do fluido, a não ser que a viscosidade seja suficiente para evitar o seu movimento. Quando as pressões externas são altas o suficiente para produzirem uma compressão suficiente do objeto, a densidade do objeto compressível poderá ser próxima ou exceder àquela do fluido de perfuração. Neste ambiente, os objetos compressíveis poderão não se mover em relação ao fluido ou poderão ainda tender a cair dentro do fluido a não ser que a viscosidade seja suficiente para evitar o seu movimento. Embora as técnicas atuais da invenção sejam suscetíveis de várias modificações e formas alternativas, as realizações de exemplo discutidas acima foram apresentadas para fins de exemplo. No entanto, deve ser novamente entendido que a invenção não se destina a ser limitada às realizações específicas apresentadas aqui. Na realidade, as técnicas atuais da invenção se destinam a cobrir todas as modificações equivalentes e alternativas que se enquadram dentro do espírito e do escopo da invenção conforme definido pelas reivindicações anexas.

Claims

1. Objeto compressível, caracterizado pelo fato de ser composto de uma carcaça que envolve uma região interior, onde o objeto compressível tem uma pressão interna (i) maior do que cerca de 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica e (ii) selecionada para uma pressão externa predeterminada, onde as pressões externas que excedem a pressão interna reduzem o volume do objeto compressível e onde a carcaça possui uma arquitetura engenheirada projetada para compensar deformações localizadas no objeto compressível durante a expansão e compressão do objeto compressível.

2. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da compressão do gás dentro da carcaça dominar a compressão do objeto compressível quando a pressão externa excede a pressão interna.

3. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do objeto compressível ter uma pressão interna acima de cerca de 500 libras por polegada quadrada (3447 kPa) na pressão atmosférica.

4. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da carcaça experimentar menos deformação quando a pressão externa é quase igual à pressão interna e então quando a pressão externa é maior do que a pressão interna ou menor do que a pressão interna.

5. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da carcaça ter um ou mais membros estruturais para reduzir a deformação localizada.

6. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de um ou mais membros estruturais serem constituídos de um flange.

7. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da espessura de parede da carcaça ser variada ao longo da superfície do objeto compressível para reduzir a deformação localizada.

8. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da espessura de parede da carcaça ser mais espessa no equador do objeto compressível para reduzir a deformação localizada.

9. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do objeto compressível ter uma pressão interna acima de cerca de 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica.

10. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do objeto compressível ser um objeto elipsóide tendo uma relação de aspecto entre 2 e 5 quando a pressão externa é quase igual à pressão interna.

11. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do objeto compressível ser um objeto elipsóide tendo uma relação de aspecto entre 3 e 4 quando a pressão externa é quase igual à pressão interna.

12. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da carcaça ter uma relação entre diâmetro equivalente e espessura de parede na faixa de 20 a 200.

13. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da carcaça ter uma relação entre diâmetro equivalente e espessura de parede na faixa de 50 e 100.

14. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da carcaça ser composta de mineral inorgânico esfoliado como reforço ou como uma barreira à permeabilidade de gás em uma matriz polimérica.

15. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato da carcaça ser composta de reforço de nanofibras na matriz polimérica para se conseguir propriedades específicas para o material da parede.

16. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato da carcaça ser composta de uma camada de barreira de permeação de gás e uma camada estrutural.

17. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato da camada de barreira de permeação de gás ser composta de uma camada metálica ou de liga metálica e a camada estrutural ser composta de uma camada polimérica.

18. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato da camada de barreira de permeação de gás ser formada externa à camada estrutural.

19. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato da camada de barreira de permeação de gás ser formada interna à camada estrutural.

20. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do diâmetro equivalente do objeto compressível estar em uma faixa entre 0,1 mm e 50 mm, quando a pressão externa é menor do que a pressão interna.

21. Objeto compressível de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do diâmetro equivalente do objeto compressível estar em uma faixa entre 0,1 mm e 5,0 mm quando a pressão externa é menor do que a pressão interna.

22. Lama de perfuração, caracterizada pelo fato de ser composta de: objetos compressíveis, onde cada um pelo menos de uma porção dos objetos compressíveis tem uma pressão interna (i) maior do que cerca de 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica e (ii) selecionado para uma pressão predeterminada, onde a pressão externa que excede a pressão interna reduz o volume do objeto compressível e onde a carcaça possui uma estrutura engenheirada projetada para compensar deformações localizadas no objeto compressível durante a expansão e a compressão do objeto compressível; e um fluido de perfuração, onde a densidade da lama de perfuração é alterada devido à alteração do volume dos objetos compressíveis em resposta a alterações de pressão quando o fluido de perfuração e os objetos compressíveis circulam na direção da superfície de um furo de poço.

23. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato da compressão de gás dentro do objeto compressível dominar a compressão do objeto compressível quando a pressão externa excede a pressão interna.

24. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de cada um pelo menos de uma porção dos objetos compressíveis ter uma pressão interna acima de cerca de 500 libras por polegada quadrada (3447 kPa) na pressão atmosférica.

25. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato dos objetos compressíveis serem compostos de uma primeira porção dos objetos compressíveis tendo uma primeira pressão interna e uma segunda porção dos objetos compressíveis tendo uma segunda pressão interna, onde a segunda pressão interna é diferente da primeira pressão interna.

26. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 25, caracterizada pelo fato de ser ainda composta de uma terceira porção dos objetos compressíveis tendo uma terceira pressão interna, onde a terceira pressão interna é diferente da primeira pressão interna e da segunda pressão interna.

27. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato do diâmetro equivalente do objeto compressível estar em uma faixa entre 0,1 mm e 50 mm.

28. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato do diâmetro equivalente do objeto compressível estar em uma faixa entre 0,1 mm e 5,0 mm.

29. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato dos objetos compressíveis serem constituídos de uma primeira porção dos objetos compressíveis tendo um primeiro volume na pressão atmosférica e uma segunda porção dos objetos compressíveis tendo um segundo volume na pressão atmosférica, onde o segundo volume é diferente do primeiro volume.

30. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 29, caracterizada pelo fato de ser ainda composta de uma terceira porção dos objetos compressíveis tendo um terceiro volume na pressão atmosférica, onde o terceiro volume é diferente do segundo volume e do primeiro volume.

31. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 29, caracterizada pelo fato dos objetos compressíveis serem compostos de uma primeira porção dos objetos compressíveis tendo um primeiro formato e uma segunda porção dos objetos compressíveis tendo um segundo formato, onde o segundo formato é diferente do primeiro formato.

32. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a carcaça é configurada para experimentar menos deformação quando a pressão externa é quase igual à pressão interna, então quando a pressão externa é maior do que a pressão interna ou menor do que a pressão interna.

33. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ser projetado para compensar as deformações e instabilidades localizadas do objeto compressível durante a expansão e a compressão do objeto compressível.

34. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter um ou mais membros estruturais para a redução da deformação localizada.

35. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 34, caracterizada pelo fato de um ou mais membros estruturais serem compostos de um flange.

36. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a espessura da parede da carcaça é variada ao longo da superfície da carcaça para reduzir a deformação localizada.

37. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a espessura da carcaça é mais grossa no equador do objeto compressível para reduzir a deformação localizada.

38. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma pressão interna acima de cerca de 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica.

39. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ser um objeto elipsóide tendo uma relação de aspecto entre 2 e 5 quando a pressão externa é quase igual à pressão interna.

40. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ser um objeto elipsóide tendo uma relação de aspecto entre 3 e 4 quando a pressão externa é quase igual à pressão interna.

41. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a carcaça tem uma relação entre diâmetro equivalente e espessura da parede na faixa de 20 a 200.

42. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a carcaça tem uma relação entre diâmetro equivalente e espessura de parede na faixa de 50 e 100.

43. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a carcaça é composta de mineral inorgânico esfoliado como reforço ou como uma barreira da permeabilidade de gás em uma matriz polimérica.

44. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 43, caracterizada pelo fato da carcaça ser composta de reforço de nanofibras na matriz polimérica para conseguir propriedades específicas do material da parede.

45. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a carcaça é composta de uma camada de barreira de permeação de gás e uma camada estrutural.

46. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 45, caracterizada pelo fato da camada de barreira de permeação de gás ser composta de uma camada metálica ou de liga metálica e a camada estrutural ser composta de uma camada polimérica.

47. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 45, caracterizada pelo fato da camada de barreira de permeação de gás ser formada externa à camada estrutural.

48. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 45, caracterizada pelo fato da camada de barreira de permeação de gás ser formada interna à camada estrutural.

49. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de ser ainda composta de agentes de pesagem para o controle da densidade do fluido de perfuração e da quantidade de objetos compressíveis.

50. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 49, caracterizada pelo fato dos agentes de pesagem serem compostos de um dos: barita, hematita, galena e qualquer combinação dos mesmos.

51. Lama de perfuração de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de ser ainda composta de formiatos para o controle da densidade da lama de perfuração em sistemas de lama e para reduzir a adição de agentes de pesagem insolúveis que tendem a elevar a viscosidade do fluido de perfuração e dos objetos compressíveis.

52. Método associado com a perfuração de um poço, caracterizado pelo fato de ser composto da: escolha de objetos compressíveis, onde cada um pelo menos de uma porção dos objetos compressíveis tem uma pressão interna (i) maior do que cerca de 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica e (ii) selecionado para uma pressão predeterminada, onde as pressões externas que excedem a pressão interna reduzem o volume do objeto compressível; e que a carcaça possui uma arquitetura engenheirada projetada para compensar deformações localizadas no objeto compressível durante a expansão e compressão do objeto compressível; a seleção de um fluido de perfuração; a introdução dos objetos compressíveis no fluido de perfuração para formar uma lama de perfuração de densidade variável, onde a lama de perfuração de densidade variável produz uma densidade entre um gradiente de pressão dos poros e um gradiente de pressão de fratura durante pelo menos um intervalo de um poço, quando a lama de perfuração de densidade variável circula na direção da superfície do poço; e a perfuração de um furo de poço com a lama de perfuração de densidade variável no local do poço.

53. Método de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato dos objetos compressíveis terem uma pressão interna acima de 500 libras por polegada quadrada (3447 kPa) na pressão atmosférica.

54. Método de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, a carcaça ser configurada para experimentar menos deformação quando a pressão externa é quase igual à pressão interna do que quando a pressão externa é maior do que a pressão interna ou menor do que a pressão interna.

55. Método de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ser composto de uma quantidade de estados, a quantidade de estados ser composta de um primeiro estado na pressão atmosférica fora de um furo de poço, um segundo e um terceiro estados dentro do furo de poço, e que o primeiro estado tem um primeiro volume, o segundo estado tem um segundo volume, e o terceiro estado tem um terceiro volume, onde o terceiro volume é menor do que o primeiro volume e maior do que o segundo volume, e que as paredes do objeto compressível estão sob menor deformação no terceiro estado do que no primeiro estado e no segundo estado.

56. Método de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de ser ainda composto da mistura de agentes de pesagem no fluido de perfuração para controlar a densidade do fluido de perfuração e dos objetos compressíveis.

57. Método de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato do objeto compressível ter uma pressão interna acima de cerca de 1.500 libras por polegada quadrada (10.342 kPa) na pressão atmosférica.

58. Método de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de cada objeto compressível ter um ou mais membros estruturais para a redução da deformação localizada.

59. Método de acordo com a reivindicação 58, caracterizado pelo fato de um ou mais membros estruturais serem compostos de um flange.

60. Método de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato do objeto compressível ser um objeto elipsóide tendo uma relação de aspecto entre 2 e 5 quando a pressão externa e é quase igual à pressão interna.

61. Método de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato do objeto compressível ser um objeto elipsóide tendo uma relação de aspecto entre 3 e 4 quando a pressão externa é quase igual à pressão interna.

62. Método de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, a carcaça ter uma relação entre o diâmetro equivalente e a espessura de parede em uma faixa de 20 a 200.

63. Método de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, a carcaça ter uma relação entre o diâmetro equivalente e a espessura de parede em uma faixa de 50 e 100.

64. Método de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, a carcaça ser composta de uma camada de barreira de permeação a gás e uma camada estrutural.

65. Método de acordo com a reivindicação 64, caracterizado pelo fato da camada de barreira de permeação a gás ser composta de uma camada metálica ou de liga metálica e a camada estrutural ser composta de uma camada polimérica.

66. Método de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de ser ainda composto da combinação de agentes de pesagem para o fluido de perfuração, onde os agentes de pesagem são compostos de um dos: barita, hematita, galena e quaisquer combinações dos mesmos.

67. Método de acordo com a reivindicação 66, caracterizado pelo fato de ser ainda composto da combinação de formiatos com o fluido de perfuração para controlar a densidade do fluido de perfuração e dos objetos compressíveis em sistemas de lama e minimizar a adição de agentes de pesagem insolúveis que tendem a elevar a viscosidade do fluido de perfuração e dos objetos compressíveis.

68. Método associado com a produção de hidrocarbonetos, caracterizado pelo fato de ser composto de: seleção de objetos compressíveis, onde cada um de pelo menos uma porção dos objetos compressíveis tem uma pressão interna (i) maior do que cerca de 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica e (ii) selecionado para uma pressão predeterminada, onde as pressões externas que excedem a pressão interna reduzem o volume do objeto compressível; e que a carcaça possui uma arquitetura engenheirada projetada para compensar deformações localizadas no objeto compressível durante a expansão e compressão do objeto compressível; a seleção de um fluido de perfuração; a introdução dos objetos compressíveis no fluido de perfuração para formar uma lama de perfuração de densidade variável, onde a lama de perfuração de densidade variável produz uma densidade entre um gradiente de pressão dos poros e um gradiente de pressão de fratura, quando a lama de perfuração de densidade variável circula na direção da superfície do poço; a perfuração de um furo de poço com a lama de perfuração de densidade variável; e a produção de hidrocarbonetos a partir do furo de poço.

69. Método para a formação de uma lama de perfuração de densidade variável, caracterizado pelo fato de ser composto de: escolha de objetos compressíveis, onde cada um pelo menos de uma porção dos objetos compressíveis tem uma pressão interna (i) maior do que cerca de 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica e (ii) selecionado para uma pressão do poço predeterminada, onde as pressões externas que excedem a pressão interna reduzem o volume do objeto compressível; e que a carcaça possui uma arquitetura engenheirada projetada para compensar deformações localizadas no objeto compressível durante a expansão e compressão do objeto compressível; a seleção de um fluido de perfuração a ser combinado com os objetos compressíveis; e a mistura dos objetos compressíveis com o fluido de perfuração para formar uma lama de perfuração de densidade variável, onde a lama de perfuração de densidade variável mantém uma densidade entre um gradiente de pressão dos poros e um gradiente de pressão de fratura durante pelo menos um intervalo de um poço, quando a lama de perfuração de densidade variável circula na direção da superfície de um poço.

70. Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato dos objetos compressíveis terem uma pressão interna acima de 500 libras por polegada quadrada (3447 kPa) na pressão atmosférica.

71. Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato dos objetos compressíveis terem uma pressão interna acima de 1.500 libras por polegada quadrada (10.342 kPa) na pressão atmosférica.

72. Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, e onde a carcaça é configurada para experimentar menos deformação quando a pressão externa é quase igual à pressão interna e então, quando a pressão externa é maior do que a pressão interna ou menor do que a pressão interna.

73.Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ser composto de uma quantidade de estados, a quantidade de estados sendo composta de um primeiro estado na pressão atmosférica fora de um furo de poço, e um segundo e terceiro estados dentro do furo de poço; em que o primeiro estado tem um primeiro volume, um segundo estado tem um segundo volume, e um terceiro estado tem um terceiro volume, onde o terceiro volume é menor do que o primeiro volume e maior do que o segundo volume, e que as paredes do objeto compressível estão sob menor deformação no terceiro estado do que no primeiro estado e no segundo estado.

74. Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato de ser ainda composto da mistura de agentes de pesagem dentro do fluido de perfuração para o controle da densidade do fluido de perfuração e dos objetos compressíveis.

75. Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma pressão interna acima de quase 1.500 libras por polegada quadrada (10.342 kPa) na pressão atmosférica.

76. Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter um ou mais membros estruturais para a redução dr deformação localizada.

77. Método de acordo com a reivindicação 76, caracterizado pelo fato de um ou mais membros estruturais serem compostos de um flange.

78. Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ser um objeto elipsóide tendo uma relação de aspecto entre 2 e 5 quando a pressão externa é quase igual à pressão interna.

79. Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ser um objeto elipsóide tendo uma relação de aspecto entre 3 e 4 quando a pressão externa é quase igual à pressão interna.

80. Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, a carcaça ter uma relação entre diâmetro equivalente e espessura de parede em uma faixa de 20 a 200.

81. Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, a carcaça ter uma relação entre diâmetro equivalente e espessura de parede em uma faixa de 50 e 100.

82. Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, a carcaça ser composta de uma camada de barreira de permeação a gás e uma camada estrutural.

83. Método de acordo com a reivindicação 82, caracterizado pelo fato da camada de barreira de permeação a gás ser composta de uma camada metálica ou de liga metálica e a camada estrutural ser composta de uma camada polimérica.

84. Método de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato de ser ainda composto da combinação de agentes de pesagem com o fluido de perfuração, onde os agentes de pesagem são compostos de um dos: barita, hematita, galena e quaisquer combinações dos mesmos.

85. Método de acordo com a reivindicação 84, caracterizado pelo fato de ser ainda composto da combinação de formiatos com o fluido de perfuração para controlar a densidade do fluido de perfuração e dos objetos compressíveis em sistemas de lama e minimizar a adição de agentes de pesagem insolúveis que tendem a elevar a viscosidade do fluido de perfuração e dos objetos compressíveis.

86. Sistema associado com a perfuração de um furo de poço, caracterizado pelo fato de ser composto de: um furo de poço; uma lama de perfuração de densidade variável colocada no furo de poço, onde a lama de perfuração de densidade variável tem objetos compressíveis e um fluido de perfuração, onde cada um dos pelo menos uma porção dos objetos compressíveis tem uma pressão interna (i) maior do que cerca de 200 libras por polegada quadrada (1.379 kPa) na pressão atmosférica (ii) selecionado para uma pressão do poço predeterminada, onde as pressões externas que excedem a pressão interna reduzem o volume do objeto compressível e onde a carcaça possui uma arquitetura engenheirada projetada para compensar as deformações localizadas no objeto compressível durante a expansão e a compressão do objeto compressível; uma coluna de perfuração colocada dentro do furo de poço; e um conjunto de fundo de poço acoplado na coluna de perfuração e colocado dentro do furo de poço.

87. Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato de cada um de uma quantidade de objetos compressíveis ter uma pressão interna acima de cerca de 500 libras por polegada quadrada (3447 kPa) na pressão atmosférica.

88. Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato dos objetos compressíveis serem compostos de uma primeira porção dos objetos compressíveis tendo uma primeira pressão interna e uma segunda porção dos objetos compressíveis tendo uma segunda pressão interna, onde a segunda pressão interna é diferente da primeira pressão interna.

89. Sistema de acordo com a reivindicação 88, caracterizado pelo fato de ser ainda composto de uma terceira porção de objetos compressíveis tendo uma terceira pressão interna, onde a terceira pressão interna é diferente da primeira pressão interna e da segunda pressão interna.

90. Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato dos objetos compressíveis serem compostos de uma primeira porção dos objetos compressíveis tendo um primeiro volume na superfície do furo de poço e uma segunda porção dos objetos compressíveis tendo um segundo volume na superfície do furo de poço, onde o segundo volume é diferente do primeiro volume.

91. Sistema de acordo com a reivindicação 90, caracterizado pelo fato de ser ainda composto de uma terceira porção dos objetos compressíveis tendo um terceiro volume na superfície do furo de poço, onde o terceiro volume é diferente do segundo volume e do primeiro volume.

92. Sistema de acordo com a reivindicação 90, caracterizado pelo fato dos objetos compressíveis serem constituídos de uma primeira porção dos objetos compressíveis tendo um primeiro formato e uma segunda porção dos objetos compressíveis tendo um segundo formato, onde o segundo formato é diferente do primeiro formato.

93. Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a carcaça é configurada para experimentar menos deformação quando a pressão externa é quase igual à pressão interna, então quando a pressão externa é maior do que a pressão interna ou menor do que a pressão interna.

94. Sistema de acordo com a reivindicação 93, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ser projetado para compensar as deformações e instabilidades localizadas dos objetos compressíveis durante a expansão e a compressão do objeto compressível.

95. Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter um ou mais membros estruturais para a redução da deformação localizada.

96. Sistema de acordo com a reivindicação 95, caracterizado pelo fato de um ou mais membros estruturais serem compostos de um flange.

97. Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a espessura da parede da carcaça é variada ao longo da superfície da carcaça para a redução da deformação localizada.

98. Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a espessura da parede da carcaça é mais grossa no equador do objeto compressível para reduzir a deformação localizada.

99.Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma pressão interna acima de cerca de 1.500 libras por polegada quadrada (10.342 kPa).

100.Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ser um objeto elipsóide tendo uma relação de aspecto entre 2 a 5 quando a pressão externa é quase igual à pressão interna.

101.Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ser um objeto elipsóide tendo uma relação de aspecto entre 3 a 4 quando a pressão externa é quase igual à pressão interna.

102.Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a carcaça tem uma relação entre diâmetro equivalente e espessura de parede em uma faixa de 20 a 200.

103.Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a carcaça tem uma relação entre diâmetro equivalente e espessura de parede em uma faixa de 50 e 100.

104.Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a carcaça é composta de mineral inorgânico esfoliado como reforço ou como uma barreira à permeabilidade de gás em uma matriz polimérica.

105.Sistema de acordo com a reivindicação 104, caracterizado pelo fato da carcaça ser composta de reforço de nanofibras na matriz polimérica para a obtenção das propriedades específicas do material de parede.

106.Sistema de acordo com a reivindicação 86, caracterizado pelo fato de cada um dos objetos compressíveis ter uma carcaça, onde a carcaça é composta de uma camada de barreira de permeação de gás e uma camada estrutural.

107. Sistema de acordo com a reivindicação 106, caracterizado pelo fato da camada de barreira de permeação de gás ser uma camada metálica ou de liga metálica e uma camada estrutural ser uma camada polimérica.

108. Sistema de acordo com a reivindicação 106, caracterizado pelo fato da camada de barreira de permeação de gás ser formada externa à camada estrutural.

109. Sistema de acordo com a reivindicação 106, caracterizado pelo fato da camada de barreira de permeação de gás ser formada interna à camada estrutural.