BRPI0809410A2 - Ferramenta de jateamento, e, dispositivo de jateamento - Google Patents
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Description
I “FERRAMENTA DE JATEAMENTO, E, DISPOSITIVO DE JATEAMENTO”
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se principalmente à mineração e 5 formações de poço subterrâneo. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um método e sistema aperfeiçoados para perfurar, fender e cortar aço e rocha subterrânea; e também para fraturar uma formação subterrânea, para estimular a produção de fluidos desejados dela.
As ferramentas de jateamento são usadas em numerosas diferentes indústrias e têm uma variedade de diferentes aplicações. Por exemplo, as ferramentas de jateamento são usadas nas operações subterrâneas, tais como perfuração e fraturamento hidráulico.
O fraturamento hidráulico é com frequência utilizado para estimular a produção de hidrocarbonetos das formações subterrâneas 15 penetradas por poços. Tipicamente, na realização de tratamentos de fraturamento hidráulico, a luva de tubulação de poço, onde presente, tal como em seções verticais de poços adjacentes à formação a ser tratada, é perfurada. Esta operação de perfuração pode ser realizada usando-se meios explosivos ou hidrojateamento. Onde somente uma parte de uma formação é para ser 20 fraturada como um estágio separado, ela é isolada das outras partes perfuradas da formação empregando-se obturadores convencionais ou similares, e um fluido de fraturamento é bombeado para dentro do poço através da perfuração da luva de tubulação de poço e para dentro da parte isolada da formação a ser estimulada, em uma taxa e pressão de modo que fraturas sejam formadas e 25 estendidas na formação. Um agente escorante pode ser suspenso no fluido de fraturamento, que é depositado nas fraturas. O agente escorante funciona para evitar que as fraturas fechem, desse modo provendo canais condutivos na formação, através dos quais os fluidos produzidos podem prontamente fluir para o poço. Em certas formações, este processo é repetido a fim de completamente povoar múltiplas zonas de formação ou a inteira formação com fraturas.
Um método para fraturar formações pode ser encontrado na Patente U.S. No. 5.765.642, incorporada aqui por referência em sua 5 totalidade, por meio da qual uma ferramenta de hidrojateamento é utilizada para j atear fluido através de um bocal contra uma formação subterrânea, em uma pressão suficiente para formar uma cavidade e fraturar a formação, empregando-se pressão de estagnação dentro da cavidade.
O hidrojateamento em aplicações de campo de óleo com 10 frequência envolve jateamento de longa duração para cortar uma multidão de colunas de tubo de revestimento e perfurações. Este problema é grandemente ampliado quando uma ferramenta de hidrojateamento é utilizada para formar uma cavidade e fraturar a formação empregando-se a pressão de estagnação dentro da cavidade, como examinado na Patente U.S. No. 5.765.642. Isto 15 ocorre porque milhões de libras de escorantes pode estar fluindo através da ferramenta de hidrojateamento em velocidades muito elevadas, a fim de formar uma cavidade e fraturar a formação. Uma solução para resistir às forças abrasivas encontradas durante o processo de jateamento é produzir a ferramenta de jateamento de um material ultra-duro. Entretanto, a ferramenta 20 de jateamento não pode ser feita de um material muito duro para evitar erosão, porque tais materiais são frágeis e despedaçar-se-ão durante as operações de jateamento ou quando a ferramenta de jateamento for movida para dentro e para fora do local de jateamento. Consequentemente, as atuais ferramentas de jateamento compreendem uma estrutura cilíndrica, que não 25 pode suportar as forças abrasivas. Em algumas aplicações, um jato de fluido, que é feito de um material duro, é instalado na estrutura cilíndrica. Em conseqüência, uma desvantagem dos atuais métodos de hidrojateamento é que a ferramenta de jateamento é erodida durante a operação. A fim de lidar com esta erosão, a ferramenta de jateamento deve ser extraída do furo a ser reparado ou substituída. A extração da ferramenta de jateamento pode ser dispendiosa e poderia também resultar em uma falha do trabalho. Em tais situações, seria desejável ter-se um método e ferramenta para suprir fluidos para a formação a ser fraturada, que poderiam suportar o impacto das forças erosivas.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se principalmente a mineração e formação de poço subterrânea. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um método e sistema aperfeiçoados para perfurar, fender e cortar aço e rocha subterrânea; e também para fraturar uma formação subterrânea para estimular a produção de fluidos desejados dela.
Em uma forma de realização, a presente invenção é dirigida a uma ferramenta de jateamento de resistência abrasiva, que inclui uma luva. A luva é composta de um material com uma dureza maior do que Rockwell A 75 e tem pelo menos um furo em sua parede. Um fluido escoando através da luva pode sair através do furo.
Em outra forma de realização a presente invenção é dirigida a um dispositivo de jateamento de fluido com um corpo cilíndrico tendo uma dureza maior do que Rockwell A 75. Um fluido escoando através do corpo cilíndrico é emitido através de um orifício no corpo cilíndrico.
Em certas formas de realização a presente invenção pode incluir um suporte envolvendo o dispositivo de jateamento de fluido. O suporte inclui furos que se alinham com os furos da luva, a fim de permitir a emissão de um fluido pela luva.
Os aspectos e vantagens da presente invenção serão evidentes daqueles hábeis na arte pela descrição das formas de realização preferidas que seguem, quando tomadas em conjunto com os desenhos anexos. Embora numerosas mudanças podem ser feitas por aqueles hábeis na arte, tais mudanças estão dentro do espírito da invenção. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS Estes desenhos ilustram certos aspectos de algumas das formas de realização da presente invenção e não devem ser usados para limitar ou defini-la.
A Figura 1 ilustra um ferramenta de hidrojateamento de acordo com a arte anterior.
A Figura 2 ilustra o impacto dos fatores provocando avaria em uma ferramenta de hidrojateamento de acordo com arte anterior.
A Figura 3 ilustra o resultado de jateamento em linha reta e jateamento inclinado, empregando-se a ferramenta de hidrojateamento de acordo com a arte anterior.
A Figura 4 ilustra uma vista recortada de uma ferramenta de jateamento aperfeiçoada de acordo com uma forma de realização da presente invenção, representando a luva sólida, suportes e partes associadas.
A Figura 5 ilustra o impacto de avaria causando fatores ema ferramenta de jateamento aperfeiçoada, de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA
A presente invenção refere-se principalmente a mineração e formação subterrânea de poço. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um método e sistemas aperfeiçoados para perfurar, fender e cortar aço e rocha subterrânea; e também para fraturar uma formação subterrânea para estimular a produção de fluidos desejados dela.
Em poços penetrando certas formações e, particularmente, poços desviados, é com frequência desejado criarem-se numerosas estruturas, incluindo perfurações, pequenas fraturas, grandes fraturas ou uma combinação delas. Muitas vezes estas estruturas são criadas por operações que são realizadas usando-se uma ferramenta de hidrojateamento.
Uma das aplicações de jateamento mais severas é encontrada quando utilizando-se a ferramenta de hidrojato como uma ferramenta de fraturamento, como examinado na Patente U.S. No. 5.765.642. Durante o processo de fraturamento, a ferramenta de fraturamento é posicionada dentro de uma formação a ser fraturada e fluido é então jateado através do jato de 5 fluido contra a formação em uma pressão suficiente para cortar através da luva e envoltório de cimento e formar uma cavidade ali. A pressão deve ser bastante elevada para ser capaz de fraturar a formação por pressão de estagnação dentro da cavidade. Uma alta pressão de estagnação é produzida na ponta de uma cavidade em uma formação sendo fraturada, por causa dos 10 fluidos j ateados serem aprisionados dentro da cavidade, como resultado de ter de escoar para fora da cavidade em uma direção genericamente oposta à direção do fluido jateado entrante. A alta pressão exercida na formação na ponta da cavidade faz com que uma fratura seja formada e estenda-se por alguma distância para dentro da formação. Em certas situações, um agente 15 escorante é suspenso no fluido de fraturamento, que é depositado dentro da fratura. O agente escorante é suspenso dentro do fluido de fraturamento, que é depositado dentro da fratura. O agente escorante pode ser uma substância granular, tal como, por exemplo, grãos de areia, cerâmica ou bauxita ou outros grãos feitos pelo homem, cascas de noz ou outro material transportado 20 em suspensão pelo fluido de fraturamento. O agente escorante funciona para evitar que as fraturas fechem e, desse modo, provê canais condutivos na formação, através dos quais os fluidos podem prontamente escoar para o poço. A presença do agente escorante também aumenta o efeito erosivo do fluido de jateamento.
A fim de estender a fratura formada como descrito acima mais
para dentro da formação de acordo com esta invenção, um fluido de fraturamento é bombeado através da ferramenta de fraturamento e para dentro do poço, para elevar a pressão de fluido ambiente exercida sobre a formação, o fluido é bombeado para dentro da fratura em uma velocidade e alta pressão suficientes para estender a fratura por uma distância adicional do poço para dentro da formação.
Os detalhes da presente invenção serão agora examinados com referência às figuras. Voltando à Figura 1, uma ferramenta de hidrojateamento 5 de acordo com a arte anterior é mostrada genericamente pelo numeral de referência 100. O bocal 130 pode estender-se além da superfície da parede externa, como representado na Figura 1, ou o bocal 130 pode estender-se somente para a superfície da parede externa da ferramenta de hidrojateamento 100. A orientação do bocal 130 pode ser modificada, dependendo da 10 formação a ser fraturada. O bocal 130 tem uma abertura externa que atua como uma abertura de bocal 150, que permite a passagem dos fluidos do lado interno da ferramenta de hidrojateamento 100, através do bocal 130. Tipicamente, o bocal 130 pode ser composto de qualquer material que seja capaz de suportar as tensões associadas com a fratura de fluido, a natureza 15 abrasiva dos fluidos de fraturamento ou outros de tratamento e quaisquer escorantes ou outros agentes de fraturamento usados. Os materiais que podem ser usados para construção do bocal 130 podem incluir mas não são limitados a carbeto de tungstênio, compósitos de diamante e certas cerâmicas.
Embora o bocal 130 seja com frequência composto de 20 materiais resistivos à abrasão, tais como carbeto de tungstênio, ou outras certas cerâmicas, tais materiais são dispendiosos e frágeis. Como resultado, uma ferramenta totalmente feita de tais substâncias provavelmente quebrarse-á, visto que ela não pode suportar as forças encontradas quando ela se move para baixo para o sítio a ser fraturado. Consequentemente, o corpo da 25 ferramenta de hidrojateamento 100 é tipicamente feita de aço ou materiais similares que, embora não quebradiços, não são bastante fortes para suportar as forças abrasivas encontradas durante o processo de hidrojateamento.
r
E mostrado na Figura 2 o impacto de avaria provocando fatores em uma ferramenta de hidrojateamento de acordo com a arte anterior. São usadas setas para mostra a direção do fluxo do fluido, quando o fluido se aproxima do e deixa o bocal 130 através da abertura de bocal 150. Tipicamente, há três fenômenos distintos que avariam a ferramenta de hidrojateamento 100 quando o fluido deixa o bocal 130.
Primeiro, quando o fluido se aproxima da abertura de bocal
150, ele tende a rapidamente virar para o canto a fim de deixar o bocal 130 através da abertura de bocal 150. Quando o fluido 220 vira para deixar a abertura de bocal 150, parte do fluido aumenta momentaneamente como representado pelas setas 210. Este aumento momentâneo também provoca erosão 215 na parede interna da ferramenta de hidroj ateamento 100.
Em segundo lugar, um ligeiro movimento da ferramenta de hidrojateamento 100 pode iniciar um efeito de redemoinho Coriolis. A ferramenta de hidrojateamento 100 não é completamente estacionária durante o processo de jateamento. Por exemplo, a ferramenta pode mover-se devido a 15 vibrações resultantes do processo de jateamento. Se a ferramenta de hidrojateamento 100 virar durante o processo de jateamento, ela fará com que o fluido comece a redemoinhar, desse modo criando um efeito tomado 240. Quando fluido redemoinha 240 ele ainda erode as paredes internas 245 da ferramenta de hidrojateamento 100 ao longo de sua circunferência.
A terceira fonte principal de avaria à ferramenta de
hidrojateamento 100 resulta da reflexão do fluido emitido 250 das perfurações 255. Quando o fluido reflete 230 da perfuração, ele erode 235 a ferramenta de hidrojateamento 100. Como examinado acima, em algumas ferramentas de hidrojateamento a direção da abertura de bocal 150 pode ser alterada, 25 dependendo da formação a ser fraturada. A avaria resultante da reflexão do fluido é mostrada mais detalhadamente na Figura 3. E representado na Figura
3 um diagrama mostrando a avaria na ferramenta de hidrojateamento 100, devido aos fluidos refletidos da perfurações 255 com o bocal 300, 315 em diferentes ângulos. A reflexão do fluido sobre a ferramenta de hidrojateamento 100 é mínima quando o bocal 300 dispara o fluido 305 direto para dentro da perfuração 255. Entretanto, neste ângulo o fluido salpicado para trás 310, que está se movendo em uma direção oposta àquela do jato 305, reduz a eficácia do jato 305, resultando em um corte ineficaz da perfuração 5 255. Ojato 300 também reduz a eficácia do fluido salpicado para trás 310 em danificar a ferramenta próximo da saída de fluido do jato. Erosão maciça da ferramenta 235 ocorrerá em tomo do perímetro do bocal. Por outro lado, aplicando-se o jato 320 em um ângulo toma o processo de corte altamente eficaz. Entretanto, devido à inclinação do bocal 315 o efeito do fluido 325 10 refletido na ferramenta de hidrojateamento 100 aumenta quando o fluido salpicado para trás 325 é desimpedido. Em razão de o fluido 325 estar voltando para trás na ferramenta de hidrojateamento 100 em velocidade total, ele cortará 330 a ferramenta de hidrojateamento em um curto tempo.
É mostrado na Fig. 4 uma vista recortada de uma ferramenta 15 de jateamento aperfeiçoada de acordo com uma forma de realização da presente invenção, mostrada genericamente com o numeral de referência 400. A ferramenta de jateamento aperfeiçoada 400 inclui uma luva sólida 440, compreendendo uma pluralidade de partes de material duro 415, 420 e 425. As partes de material duro são feitas de um material tendo uma dureza maior 20 do que Rockwell A 75. Os materiais que podem ser usados para produzir as partes de material duro 415, 420 e 425 podem ser de todos os graus e podem ser um carbeto com diferentes tipos de aglutinantes ou sem aglutinantes. Em uma forma de realização em que um carbeto com aglutinantes é usado para produzir as partes de material duro 415, 420 e 425, o aglutinante pode ser 25 feito de uma variedade de materiais adequados, incluindo mas não limitado a Molibdênio e Cobalto. Embora a luva sólida exemplar compreenda três partes de material duro 415, 420, 425, seria prontamente evidente para uma pessoa hábil na arte, com o benefício desta descrição, que um diferente número de partes de material duro podem ser usadas, dependendo da extensão desejada da ferramenta de jateamento 400 e outros fatores tais como a natureza da formação sendo fraturada.
Como discutido acima, os materiais duros adequados, tais como carbeto ou outras cerâmicas, são quebradiços e despedaçam-se 5 facilmente. Este problema é resolvido incluindo-se a luva sólida 440 entre um primeiro suporte 405 em um lado e um segundo suporte 410 no outro lado. Os suportes 405, 410 atuam como um veículo de corpo sacrificativo no lado externo da luva sólida 440. A finalidade principal dos suportes 405, 410 é proteger a luva sólida 440 contra despedaçamento durante o processo de 10 jateamento e quando a ferramenta é movida para e retomada de um local desejado. Os suportes podem ser produzidos de uma variedade de materiais, incluindo mas não limitado a aço, fibra de vidro ou outros materiais adequados.
Na forma de realização exemplar, uma das partes de material 15 duras 420 inclui um furo 430. Há também furos 435 criados no corpo dos suportes 405, 410, que são alinhados para corresponder aos furos da luva sólida 440. O número de furos e ângulos em que os furos são localizados podem ser variados, dependendo da natureza da formação e de outros fatores relevantes, a fim de obter-se o desejável desempenho. Em razão de os furos 20 serem criados diretamente no corpo da ferramenta de jateamento 400, um bocal não precisa ser usado e o fluido pode escoar para fora da ferramenta de jateamento 400 através dos furos nas paredes.
É mostrado na Figura 5 o impacto dos fatores provocando avaria em uma ferramenta de jateamento aperfeiçoada 400, de acordo com 25 uma forma de realização da presente invenção. O fluido 500 escoa através da ferramenta de jateamento aperfeiçoada 400 e sai através do furo 435 da parede da ferramenta de jateamento 400. As causas da avaria são as mesmas que aquelas examinadas com respeito à arte anterior, isto é, o fluido rapidamente virando no canto 520, o fluido lançado de volta 510, o redemoinho Coriolis do fluido 540 e a reflexão do fluido 530 da perfuração 255.
Entretanto, em razão da luva sólida 440 ser composta de materiais duros, ela não erodirá pelo fluido virando o canto 520, o 5 redemoinho Coriolis 540 ou o fluido lançado de volta 510. Além disso, embora a reflexão do fluido 530 das perfurações 255 impacte o suporte 405 e eroda-o 535, esta erosão não impactará o desempenho da ferramenta de jateamento 400. Especificamente, embora o fluido refletido 530 possa completamente erodir o suporte 405, ele não pode erodir o material duro 10 embaixo dele e, em conseqüência, não pode impactar a operação do mecanismo de jateamento, que é composto do material duro formando a luva sólida 440. A finalidade principal do suporte 405 é evitar o despedaçamento da luva sólida 440 e o suporte 405 pode realizar essa função, apesar de ter partes de sua superfície erodidas 535 pelo fluido refletido 530. Como 15 resultado, a ferramenta de jateamento aperfeiçoada 400 pode suportar uma longa duração de jateamento e não precisa ser removida do furo para substituição parcial, até o trabalho estar completo. Além disso, qualquer avaria nos suportes 405, 410 pode facilmente ser reparada simplesmente substituindo-os, visto que eles são feitos de material barato e são facilmente
separáveis da luva sólida 440.
Embora a presente invenção seja descrita acima no contexto de hidrojateamento e fraturamento em uma formação subterrânea, como seria observado por aqueles de habilidade comum na arte com o benefício desta descrição, a ferramenta de jateamento aperfeiçoada pode ser usada em outras aplicações e indústrias.
Portanto, a presente invenção é bem adaptada para realizar os objetivos e atingir os fins e vantagens mencionados, bem como aqueles que são inerentes a ela. Embora a invenção tenha sido representada e descrita por referência a formas de realização exemplares da invenção, tal referência não implica em uma limitação da invenção e nem tal limitação é para ser inferida. A invenção é capaz de considerável modificação, altemação e equivalentes e forma e função, como ocorrerá àqueles de habilidade comum nas artes pertinentes e tendo o benefício desta descrição. As formas de realização 5 representadas e descritas da invenção são exemplificativas somente e não são exaustivas do escopo da invenção. Consequentemente, a invenção é destinada a ser limitada somente pelo espírito e escopo das reivindicações anexas, fornecendo completa percepção de equivalentes em todos os aspectos. Os termos das reivindicações têm seu significado evidente comum, a menos que 10 de outro modo explícita e claramente definido pelo detentor da patente.
Claims (20)
1. Ferramenta de jateamento, caracterizada pelo fato compreender: uma luva tendo pelo menos um furo em uma parede da luva; em que a luva compreende um material com uma dureza maior do que Rockwell A 75; e em que um fluido escoando na luva sai através do furo.
2. Ferramenta de jateamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a luva ser cilíndrica.
3. Ferramenta de jateamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o material compreender uma cerâmica.
4. Ferramenta de jateamento de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de a cerâmica compreender um carbeto.
5. Ferramenta de jateamento de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de o carbeto compreender um carbeto sem um aglutinante.
6. Ferramenta de jateamento de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de o carbeto compreender um carbeto com um aglutinante.
7. Ferramenta de jateamento de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de o aglutinante ser um de cobalto ou molibdênio.
8. Ferramenta de jateamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a ferramenta de jateamento ser uma ferramenta de hidroj ateamento.
9. Ferramenta de jateamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a luva ser incluída em um suporte.
10. Ferramenta de jateamento de acordo com a reivindicação9, caracterizada pelo fato de o suporte compreender uma primeira parte e uma segunda parte.
11. Ferramenta de jateamento de acordo com a reivindicação9, caracterizada pelo fato de o furo do suporte ser alinhado com um furo no corpo.
12. Ferramenta de jateamento de acordo com a reivindicação9, caracterizada pelo fato de o suporte ser separável do corpo.
13. Ferramenta de jateamento de acordo com a reivindicação .1, caracterizada pelo fato de o material ter uma dureza maior do que Rockwell A 80.
14. Ferramenta de jateamento de acordo com a reivindicação .1, caracterizada pelo fato de ser uma ferramenta de fraturamento.
15. Dispositivo de jateamento de fluido, caracterizado pelo fato de compreender: um corpo cilíndrico; em que o corpo cilíndrico tem uma dureza maior do que Rockwell A 75; um orifício no corpo cilíndrico; em que um fluido escoando através do corpo cilíndrico sai através do orifício.
16. Dispositivo de jateamento, caracterizado pelo fato de compreender: um suporte tendo pelo menos um foro formado nele; pelo menos um inserto incluído no suporte; em que o inserto tem uma dureza maior do que Rockwell A75; o inserto tendo pelo menos um foro formado nele; em que o furo do inserto alinha-se com o foro do suporte.
17. Dispositivo de jateamento de acordo com a reivindicação16, caracterizado pelo fato de o inserto compreender uma cerâmica.
18.Dispositivo de jateamento de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato de a cerâmica compreender um carbeto.
19.Dispositivo de jateamento de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de o suporte ser separável do inserto.
20. Dispositivo de jateamento de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de o suporte compreender uma primeira parte e uma segunda parte, em que a primeira parte e a segunda parte cooperam para incluir o inserto.
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