BRPI0823329A2 - Aparelho de fundo de poço e método de completação de poço - Google Patents

Abstract

APARELHO DE FUNDO DE POÇO E MÉTODO DE COMPLETAÇÃO DE POÇO. A presente invenção refere-se a um aparelho de fundo de poço (10) que compreende um corpo principal (12) acoplado a uma tubulação de poço e um manto dilatável (20) disposto no corpo principal (12). O manto dilatável (20) se expande mediante o contato com ao menos um fluido predeterminado, e o corpo principal (12) compreende ao menos um orifício (18) destinado à vazão de fluidos entre uma parte externa do corpo principal (12) e o furo (14). Um elemento de inserção (26) permite a passagem de fluidos, através do manto dilatável (20), entre a parte externa do aparelho (10) e o orifício (18). Em um aspecto da invenção, uma tela (32) filtra os sólidos entre a parte externa do aparelho (10) e o furo (14), e um manto dilatável (20) compreende uma primeira região que permite a passagem de fluidos entre a parte externa do aparelho (10) e o corpo principal (12) e uma segunda região, circunferencialmente adjacente à primeira região, que evita, substancialmente, a passagem de fluidos. Descrevem-se, também, métodos correspondentes de completação e produção de poços.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHO DE FUNDO DE POÇO E MÉTODO DE COMPLETAÇÃO DE POÇO".

Dividido do PI0806255-2, depositado em 10.04.2008.

A presente invenção refere-se a um aparelho e método de fundo de poço para o uso na completação de poços de hidrocarbonetos, e, em um aspecto, a um filtro de fundo de poço que inclui um material dilatável e um método de uso.

Descrição do estado da técnica

Na completação de poços de hidrocarbonetos, conhece-se a utilização de telas para evitar a produção de sólidos provenientes da forma- ção. A tecnologia de tubulares expansíveis tem sido usada para expandir telas de material para reduzir o espaço anular ao redor da tela e, desse mo- do, reduzir ou eliminar a necessidade por enchimento com cascalho e pro- porcionar uma sustentação estrutural para a formação. Há uma série de desvantagens em se utilizar tubulares expansí-

veis. Pode ser difícil controlar a força usada para expandir os tubulares, e pode haver problemas resultantes mediante a aplicação de uma força inde- vida e prejudicial sobre a formação. Os tubulares expansíveis têm, também, uma faixa de expansão limitada, o que significa que a expansão máxima a- inda pode resultar em uma formação insustentável em uma zona de erosão de sedimentos.

A US 2005/0173130 descreve uma disposição na qual uma ca- mada dilatável fica localizada sobre uma tela expansível de modo a permitir que o aparelho se conforme ao formato do furo. Os furos na camada dilatá- vel permitem a passagem de fluidos de formação. No entanto, é desejável, em muitas aplicações, evitar o uso de tubulares expansíveis. Adicionalmen- te, ao se proporcionar uma tela ao redor do tubo expansível em um local deslocado da parede do furo, há um espaço anular no qual os sólidos podem ser produzidos, e ao longo do qual os sólidos podem fluir. Isto aumenta o risco de obstrução da tela e criação de supostos pontos quentes conhecidos que são propensos à erosão.

A proposta do WO 2006/003112 consiste em tentar superar es- sas deficiências proporcionando uma tela que seja expandida em contato com a parede do furo através de anéis dilatáveis. Isto depende das folhas de tela sobrepostas que são forçadas para fora através da dilatação dos anéis. Esta abordagem tem o efeito indesejável de restringir a expansão do materi- al dilatável, que pode apenas ser capaz de exercer uma pressão de 50 a 100 PSI (345 a 690 KPa). Além disso, os vãos entre as folhas de tela sobrepos- tas fornecem rotas para que partículas sólidas entrem na tubulação de pro- dução.

Objetivos da invenção Um objetivo de pelo menos um aspecto da invenção é propor-

cionar um aparelho e método de fundo de poço que superem ou suavizem as deficiências dos aparelhos e métodos previamente propostos.

Outro objetivo de pelo menos um aspecto da invenção é propor- cionar um aparelho e método alternativos esses previamente propostos. Um objetivo de pelo menos um aspecto da invenção é propor-

cionar um aparelho de fundo de poço que ofereça um desempenho aperfei- çoado e/ou parâmetros operacionais mais abrangentes do que o aparelho da técnica anterior. Breve descrição da invenção De acordo com um primeiro aspecto da invenção, nesse ponto

proporciona-se um aparelho de fundo de poço que compreende um corpo principal dotado de um furo disposto de modo que seja acoplado a uma tu- bulação de poço; e um manto dilatável disposto sobre o corpo principal, sen- do que tal manto dilatável se expande mediante o contato com ao menos um fluido predeterminado; em que o corpo principal compreende ao menos uma abertura para a vazão de fluidos entre uma parte externa do corpo principal e o furo, e o manto dilatável é dotado de um elemento de inserção para per- mitir a passagem de fluidos entre a parte externa do aparelho e ao menos uma abertura através do manto dilatável. Portanto, o aparelho pode permiti uma vazão de fluidos a partir de sua parte externa no furo, através das aber- turas no corpo principal, e em frente à tubulação do poço. O aparelho pode, portanto, se comunicar com a tubulação de produção, e pode ser adaptado de modo a permitir uma vazão de fluidos de produção a partir de uma zona de produção na tubulação de produção.

O manto dilatável pode estar disposto ao redor de uma porção alongada do corpo principal, e pode formar um membro substancialmente cilíndrico ao redor do corpo principal. A porção alongada pode compreender ao menos uma abertura, e o manto dilatável pode ser adaptado para permitir a passagem de fluidos entre a parte externa do aparelho e a ao menos uma abertura na porção alongada. O aparelho pode, portanto, ser disposto para permitir uma vazão de fluidos através de uma área ou superfície sobre a qual o manto dilatável está disposto.

O corpo principal pode ser um tubular, e pode formar um tubo de base do aparelho. O corpo principal pode compreender um tubular de reves- timento. De preferência, o corpo principal compreende uma pluralidade de aberturas. As aberturas podem ser fendas ou perfurações. O corpo principal pode, portanto, ser um tubular entalhado ou pré-perfurado.

Em uma modalidade preferencial, o corpo principal é formado para um diâmetro fixo, e não é adaptado para se expandir durante o uso.

O manto dilatável pode ser dotado de ao menos uma formação para estimular a vazão de fluidos entre a parte externa do aparelho e a ao menos uma abertura.

De preferência, o manto dilatável é dotado de ao menos uma abertura. A abertura pode ser um furo, ranhura ou fenda no manto dilatável. A abertura pode ser uma abertura radial no manto dilatável. O orifício pode compreender uma ranhura que se estende, de maneira circunferencial, do manto dilatável, e pode compreender uma ranhura anular no manto dilatável. Alternativamente, ou, além disso, o orifício pode compreender uma ranhura que se estende longitudinalmente do manto dilatável. A abertura pode com- preender uma ranhura que define um eixo geométrico da ranhura, que pode ser orientado longitudinal, circunferencial ou helicoidalmente do manto dila- tável.

A abertura pode compreender um furo que se estende radial- mente do manto dilatável. A abertura pode proporcionar uma trajetória de vazão de fluidos a partir da parte externa do aparelho até o corpo principal. O aparelho pode compreender uma trajetória de vazão a partir da parte ex- terna do aparelho até o furo, através da abertura e da ao menos uma abertu- ra no corpo principal. A trajetória de vazão pode ser a partir de uma forma- ção de produção até o furo, através da abertura e pelo menos uma abertura no corpo principal.

O elemento de inserção pode ser proporcionado na abertura. De preferência, o elemento de inserção permite uma vazão de fluidos através da abertura. O elemento de inserção pode ser adaptado de modo a manter uma trajetória de vazão na abertura. O elemento de inserção pode compreender um material permeável a fluidos. O elemento de inserção pode funcionar como um filtro que serve para filtrar as partículas sólidas do fluido que flui através da abertura.

O elemento de inserção pode estar disposto sobre uma ou mais aberturas do corpo principal. O elemento de inserção pode se estender lon- gitudinal e/ou radialmente do corpo principal. O elemento de inserção pode preencher substancialmente um volume definido pela abertura. O elemento de inserção pode funcionar de modo a sustentar, ou estar em contiguidade com uma porção do manto dilatável, e pode definir uma superfície de apoio para uma porção do manto dilatável. O elemento de inserção pode, portanto, limitar ou evitar a expansão do manto dilatável em pelo menos uma direção, e pode estar disposto de modo a evitar a expansão do manto dilatável na trajetória de vazão definida pelo orifício.

O elemento de inserção pode ser formado a partir de um cordão permeável, uma linha trançada ou um material fibroso, que pode ser enrola- do no orifício. Alternativamente, o elemento de inserção pode compreender um componente de metal sinterizado.

Em outra alternativa, o elemento de inserção pode compreender um componente de metal impermeável dotado de orifício de fluido formados no mesmo. O elemento de inserção pode compreender um material resisten- te à abrasão ou à erosão, tal como carboneto de tungstênio ou similares.

O elemento de inserção pode definir um conduto no manto dila- tável. O elemento de inserção pode definir um conduto que se estende radi- almente através de um orifício no manto dilatável. O conduto pode ser um conduto restringido, que pode ser adaptado para manter uma trajetória de vazão na abertura. O conduto pode ser definido por um tubo. O conduto po- de se estender a partir da parte externa do manto dilatável até o corpo prin- cipal. O conduto pode ter uma primeira extremidade disposta para vazão de fluidos até e/ou a partir de uma parte externa do aparelho e uma segunda extremidade disposta para vazão de fluidos até e/ou a partir do corpo princi- pal. A segunda extremidade pode estar localizada no, ou adjacente ao, cor- po principal. A segunda extremidade pode ser acoplada ao aparelho em uma abertura no corpo principal. Alternativamente, a segunda extremidade pode se estender completa ou parcialmente no corpo principal. A segunda extre- midade pode ser unida ao corpo principal.

O conduto pode ter comprimento variável. O conduto pode ser telescópico, e pode compreender um primeiro membro na primeira extremi- dade, acoplado, de maneira móvel, a um segundo membro na segunda ex- tremidade. O primeiro e o segundo membro podem, portanto, se mover um em relação ao outro de modo a criar um canal de comprimento variável. Es- se movimento relativo resulta da expansão do manto dilatável. O segundo membro pode ser unido ao manto dilatável. O primeiro membro pode ser adaptado de modo a se mover em relação ao segundo membro mediante a expansão do manto dilatável. Pode-se proporcionar um lacre entre o primei- ro e o segundo membro.

Em uma modalidade da invenção, proporciona-se nesse ponto um ou mais membros ou canais de orientação de fluxo dispostos em uma superfície externa do aparelho. O membro de orientação de fluxo pode ser adaptado de modo a acoplar múltiplas orifícios, e/ou orientar o fluxo em múl- tiplos orifícios. O membro de orientação de fluxo pode ser dotado de furos correspondentes aos orifícios no manto dilatável. O membro de orientação de fluxo pode proporcionar uma trajetória de fluido a partir da parte externa do aparelho até uma ou mais aberturas. O membro de orientação de fluxo pode ser acoplado a um elemento de inserção e a uma abertura. De preferência, o membro de orientação de fluxo é acoplado a múltiplos elementos de inserção, e pode ser integrado aos mesmos. Com mais preferência, o membro de orientação de fluxo é acoplado aos múltiplos condutos, ou aos primeiros membros dos mesmos. O membro de orientação de fluxo pode definir parcial ou totalmente os elementos de inserção aos ori- fícios.

Pode-se considerar em uma modalidade que o membro de ori- entação de fluxo e os elementos de inserção funcionam como uma calha e uma série de canos de drenagem respectivamente. De preferência, o aparelho compreende uma tela que serve para

filtrar os sólidos entre a parte externa do aparelho e o furo. De preferência, a tela é disposta de modo a filtrar os sólidos provenientes do fluido que vaza a partir da parte externa do aparelho até o furo. A tela funciona para filtrar os sólidos produzidos a partir da formação, tais como areias ou argila ou simila- res, provenientes do fluido. A tela screen pode compreender uma pluralidade de camadas. A tela pode compreender ao menos uma camada de malha, porém, de preferência, uma pluralidade de camadas de malha. A tela pode compreender uma camada de malha de filtro dotada de um grau de filtro de 50 mícrons a 350 mícrons. A tela pode compreender, ainda, um ou tanto um invólucro protetor externo como uma camada de malha de suporte de dre- nagem. De preferência, a tela compreende uma primeira camada de tela de suporte de drenagem em um lado de uma camada de malha de filtro, e uma segunda camada de malha de suporte de drenagem em um lado oposto de uma camada de malha de filtro. De preferência, a tela é disposta sobre os orifícios. Com mais

preferência, a tela é disposta sobre as aberturas. A tela pode ser disposta no membro de orientação de fluxo.

O aparelho pode compreender múltiplas telas em locais discre- tos. O aparelho pode compreender ao menos duas telas dotadas de diferen- tes graus de filtro.

O manto dilatável é, de preferência, disposto ao redor do corpo principal e pode ser disposto de modo a se expandir mediante o contato com ao menos um fluido predeterminado e, desse modo, mover a tela para fora do corpo principal. A tela é, de preferência, disposta de tal modo que ne- nhuma força de retenção transmitida pela tela sobre o manto dilatável que age contra sua expansão possa ser submetida pelo manto dilatável. Com mais preferência, substancialmente, nenhuma força de retenção é submetida sobre o manto dilatável pela tela.

O aparelho pode ser disposto de tal modo que a área superficial da tela seja mantida em uso, entre uma condição não-expandida e uma con- dição expandida. A tela pode ter uma área superficial de tela; e o manto dila- tável pode ser disposto ao redor do corpo principal entre o corpo principal e a tela. De preferência, o manto dilatável é disposto de modo a se expandir mediante o contato com ao menos um fluido predeterminado e, desse modo, mover o corpo principal para fora enquanto mantém a área superficial de tela.

O manto dilatável pode compreender uma primeira região situa-

da entre o corpo principal e a tela que permite a passagem de fluido entre a parte externa do aparelho e o corpo principal. O manto dilatável pode incluir uma segunda região, que pode ser circunferencialmente adjacente à primei- ra região, que pode evitar, substancialmente, a passagem de fluido entre a parte externa do aparelho e o corpo principal.

De preferência, a segunda região é adaptada de modo a ser ex- pandida em contato com a parede do poço.

A tela pode ser descontínua ao redor da circunferência do corpo principal. A tela pode consistir em múltiplas porções de material de tela, que pode ser discreto em uma condição expandida do aparelho. Adicionalmente, as múltiplas porções podem ser discretas em uma condição não-expandida do aparelho. De preferência, o membro dilatável é disposto ao redor do cor- po principal entre o corpo principal e a tela, de tal modo que em expansão a tela seja movida para fora do corpo principal. A tela pode compreender ao menos duas telas discretas ou seções de tela circunferencialmente espaça- das no aparelho.

De preferência, o manto dilatável é disposto entre o corpo princi- pai e uma parede do poço em uso. O aparelho pode ser adaptado para pro- porcionar um afastamento do corpo principal a partir do furo em que o apare- lho está localizado. Com mais preferência, o manto dilatável é adaptado, ainda, para proporcionar uma sustentação a uma parede do furo em que o mesmo está localizado.

O aparelho pode ser usado para sustentar uma formação folga- da ou instável, tal como uma formação de arenito ou argila. O aparelho pode ser adaptado para uma expansão complacente do manto dilatável à forma- ção, de tal modo que o manto dilatável entre em contato com a formação sem tencionar indevidamente a formação. Isto apresenta a vantagem de re- duzir a fadiga da rocha e reduzir a tendência de os sólidos vazarem a partir da formação junto ao fluido.

Muito embora o termo "manto dilatável" seja utilizado no presen- te documento, o mesmo não deve ser tomado para significar um único peda- ço de material dilatável, exceto onde especificado em contrário. Certas mo- dalidades da invenção compreendem múltiplos pedaços separados de mate- rial dilatável que se combinam de modo a proporcionar o suposto manto dila- tável. Outras modalidades compreendem um único manto dilatável.

O material dilatável pode compreender um polímero de etileno- propileno reticulado com ao menos um peróxido e enxofre. De forma mais específica, o membro dilatável pode compreender borracha de monômero de etileno propileno dieno (EPDM).

Alternativamente, ou, além disso, o membro dilatável pode con- ter ao menos uma ou múltiplas resinas absorventes de água ou, de maneira mais precisa, qualquer polímero hidrofílico levemente reticulado incrustado no elastômero principal do membro dilatável que pode compreender ao me- nos um cloroprênio, borrachas de estireno butadieno ou etileno-propileno. Essas resinas absorventes de água são denominadas como "polímeros su- perabsorventes" ou "SAPs" e, quando incrustadas no membro dilatável, se expandem quando estiverem em contato com uma solução aquosa. Exem- plos de resinas absorventes de água incluem sais ácidos poliacrílicos reticu- lados, copolímeros reticulados de álcool vinílico e sal de ácido acrílico, pro- dutos reticulados de álcool polivinílico enxertado com anidrido maléico, copo- límeros reticulados de sal de ácido acrílico e sal de ácido metacrílico, produ- tos de saponificação reticulados de copolímero de acrilato de metila-acetato de vinila, produtos reticulados de copolímero de enxerto de sal de ácido a- mido-acrílico, produtos de saponificação reticulados de copolímero de enxer- to de amido-acrilonitrila, produtos de saponificação reticulados de copolíme- ro de enxerto de amido-acrilato de etila, celulose de carboximetila reticulada e similares.

Alternativamente, ou, além disso, o membro dilatável pode com- preender um polímero de etileno-propileno-dieno com resina absorvente de água incrustada, de tal modo que a expansão do membro dilatável possa resultar a partir do contato com uma solução aquosa ou líquido polar, tal co- mo óleo ou uma mistura de ambos.

De acordo com um segundo aspecto da invenção, nesse ponto proporciona-se um método de completação de poço ou produção de hidro- carboneto que compreende as etapas de:

a. Proporcionar um manto dilatável sobre uma abertura em um corpo principal de um aparelho;

b. Localizar o aparelho em um local no fundo do poço;

c. Expandir o manto dilatável expondo-o a um fluido predetermi-

nado;

d. Manter uma trajetória de vazão de fluido no manto dilatável utilizando um elemento de inserção no manto dilatável;

e. Permitir uma vazão de fluidos entre uma parte externa do apa- relho e ao menos uma abertura através do manto dilatável.

O método pode compreender a etapa de permitir que o fluido vaze através do elemento de inserção. O método pode compreender a etapa de receber o fluido proveniente da formação e em uma tubulação de poço à qual se acopla o aparelho. O método pode incluir a etapa adicional de peneirar os sólidos

do fluido recebido proveniente da formação.

O método pode incluir a etapa adicional de mover uma tela para fora do corpo principal durante a expansão do manto dilatável. O método pode incluir a etapa de expandir o manto dilatável sem alterar a área superfi- cial da tela.

O método pode incluir a etapa de expandir o manto dilatável de tal modo que a tela consista em uma pluralidade de seções de tela discretas após a expansão.

Outras características preferenciais e opcionais do segundo as- pecto da invenção são definidas em relação ao primeiro aspecto da inven- ção.

De acordo com um terceiro aspecto da invenção, proporciona-se

neste ponto um aparelho de fundo de poço que compreende um corpo prin- cipal dotado de um furo que se comunica com uma tubulação de poço, e ao menos uma abertura para a vazão de fluidos entre uma parte externa do corpo principal e o furo; uma tela que serve para filtrar os sólidos entre a par- te externa do aparelho e o furo; e um manto dilatável disposto ao redor do corpo principal e disposto de modo a se expandir mediante o contato com ao menos um fluido predeterminado e, desse modo, mover a tela para fora do corpo principal, em que o manto dilatável compreende uma primeira região situada entre o corpo principal e a tela, permitindo a passagem de fluido en- tre a parte externa do aparelho e o corpo principal; e uma segunda região, circunferencialmente adjacente à primeira região, que evita, substancialmen- te, a passagem de fluido entre a parte externa do aparelho e o corpo princi- pal.

Portanto, a invenção neste aspecto, proporciona um manto dila- tável com uma superfície projetada para permitir ou evitar uma vazão de flui- dos através das áreas circunferencialmente separadas. Isto facilita o uso de uma tela que não seja contínua ao redor da circunferência do manto dilatá- vel. A natureza descontínua da tela permite que a tela seja movida para fora do corpo principal mais prontamente do que se uma tela contínua fosse utili- zada.

De preferência, a segunda região é adaptada de modo que seja expandida em contato com a parede do poço. De preferência, a tela é disposta de tal modo que nenhuma força de retenção transmitida pela tela sobre o manto dilatável que age contra sua expansão, possa ser submetida pelo manto dilatável. Com mais preferência, substancialmente nenhuma força de retenção é submetida ao manto dilatá- vel pela tela.

O aparelho pode ser disposto de tal modo que a área superficial da tela seja mantida em uso, entre uma condição não-expandida e uma con- dição expandida. A tela pode ter uma área superficial de tela; e o manto dila- tável pode ser disposto ao redor do corpo principal entre o corpo principal e a tela. De preferência, o manto dilatável é disposto de modo a se expandir mediante o contato com ao menos um fluido predeterminado e, desse modo, mover o corpo principal para fora enquanto mantém a área superficial de tela.

A tela pode ser descontínua ao redor da circunferência do corpo principal. A tela pode consistir em múltiplas porções de material de tela, que pode ser discreto em uma condição expandida do aparelho. Adicionalmente, as múltiplas porções podem ser discretas em uma condição não-expandida do aparelho. De preferência, o membro dilatável é disposto ao redor do cor- po principal entre o corpo principal e a tela, de tal modo que, em expansão, a tela seja movida para fora do corpo principal. A tela pode compreender ao menos duas seções de tela discreta circunferencialmente espaçadas no apa- relho.

Outras características preferenciais e opcionais do terceiro as- pecto da invenção são definidas em relação ao primeiro e ao segundo as- pecto da invenção.

De acordo com um quarto aspecto da invenção, proporciona-se nesse ponto um método de completação de poço ou produção de hidrocar- boneto que compreende as etapas de:

a. Proporcionar um manto dilatável sobre uma abertura de um corpo principal de um aparelho;

b. Localizar o aparelho em um local no fundo do poço;

c. Expandir o manto dilatável expondo-o a um fluido predetermi- nado para, desse modo, mover uma tela para fora do corpo principal;

d. Permitir que o fluido vaze entre uma parte externa do aparelho e ao menos uma abertura através de uma primeira região do manto dilatável localizada entre o corpo principal e a tela, enquanto evita, substancialmente, a passagem de fluido entre a parte externa do aparelho e o corpo principal em uma segunda região do manto dilatável, circunferencialmente adjacente à primeira região.

O método pode compreender a etapa de receber o fluido prove- niente da formação e em uma tubulação de poço à qual se acopla o apare- lho.

O método pode incluir a etapa adicional de filtrar os sólidos do fluido recebido proveniente da formação.

O método pode incluir a etapa de expandir o manto dilatável sem alterar a área superficial da tela. O método pode incluir a etapa de expandir o manto dilatável de

tal modo que a tela consista em uma pluralidade de seções de tela discretas após a expansão.

Outras características preferenciais e opcionais do quarto aspec- to da invenção são definidas em relação ao primeiro ao terceiro aspecto da invenção.

De acordo com um quinto aspecto da invenção, proporciona-se um aparelho de fundo de poço que compreende um corpo principal dotado de um furo que se comunica com uma tubulação de poço, e ao menos uma abertura para a vazão de fluidos entre uma parte externa do corpo principal e o furo; uma tela que serve para filtrar os sólidos entre a parte externa do aparelho e o furo tendo uma área superficial de tela; e um membro dilatável disposto ao redor do corpo principal entre o corpo principal e a tela, em que o membro dilatável é disposto de modo a se expandir mediante contato com ao menos um fluido predeterminado e, desse modo, mover a tela para fora do corpo principal enquanto mantém a área superficial de tela.

Outras características preferenciais e opcionais do quinto aspec- to da invenção são definidas em relação ao primeiro ao quarto aspecto da invenção.

De acordo com um sexto aspecto da invenção, nesse ponto pro- porciona-se um aparelho de fundo de poço que compreende um corpo prin- cipal dotado de um furo que se comunica com uma tubulação de poço, e ao menos uma abertura para vazão de fluidos entre uma parte externa do corpo principal e o furo; uma tela que serve para filtrar os sólidos entre a parte ex- terna do aparelho e o furo; e um membro dilatável disposto ao redor do cor- po principal entre o corpo principal e a tela, em que o membro dilatável é disposto de modo a se expandir mediante o contato com ao menos um fluido predeterminado e, desse modo, mover a tela para fora do corpo principal, sendo que a tela compreende ao menos duas seções de tela discretas cir- cunferencialmente espaçadas no aparelho.

Outras características preferenciais e opcionais do sexto aspecto da invenção são definidas em relação ao primeiro ao quinto aspecto da in- venção.

O uso do primeiro, terceiro, quinto e sexto aspectos da invenção em métodos de completação ou produção de poços está no escopo da in- venção. Um volume de hidrocarbonetos obtido utilizando-se o aparelho ou os métodos descritos também forma parte da invenção. Descrição resumida dos desenhos

Nesse ponto serão descritas, agora, apenas a título exemplifica- tivo, várias modalidades da invenção com referência aos desenhos a seguir, sendo que:

a Figura 1 é uma vista em perspectiva de um aparelho de acordo com uma modalidade preferencial da invenção;

a Figura 2 é uma vista em perspectiva do aparelho da Figura 1 com o manto dilatável removido para mostrar outros componentes;

a Figura 3 é uma vista explodida do manto dilatável do aparelho das Figuras 1 e 2;

a Figura 4 é uma vista em perspectiva de um elemento de inser-

ção usado junto ao aparelho das Figuras 1, 2 e 3;

as Figuras 5A e 5B são vistas esquemáticas do elemento de in- serção da Figura 4 em condições retraídas e estendidas respectivamente;

a Figura 6 é uma vista explodida esquemática de um filtro usado de acordo com as modalidades da invenção;

a Figura 7 é uma vista seccional esquemática do aparelho da Figura 1 durante o uso em um furo de poço;

a Figura 8 é uma representação esquemática do aparelho de acordo com uma modalidade alternativa da invenção em seção longitudinal parcial;

a Figura 9 é uma representação esquemática do aparelho de acordo com uma segunda modalidade da invenção em seção longitudinal parcial;

a Figura 10 é uma vista em corte transversal do aparelho de a- cordo com uma modalidade adicional da invenção;

a Figura 11A é uma vista em corte transversal do aparelho de acordo com uma modalidade adicional da invenção; e

a Figura 11 B é uma vista em corte transversal do aparelho da Figura 11 A em uma configuração expandida. Descrição detalhada das figuras

Reportando-se, primeiramente, às Figuras 1 a 3, nesse ponto mostra-se um aparelho de fundo de poço geralmente, em 10, de acordo com uma modalidade da invenção. O aparelho 10 compreende um corpo principal 12 formado a partir do cano de base tubular. O corpo 12 é adaptado para que seja acoplado à tubulação de poço (não mostrada) de tal modo que o furo 14 do aparelho se comunique com o furo da tubulação de poço. Uma seção 16 do corpo principal 12 que se estende por um

comprimento do aparelho é dotada de orifícios 18 ou perfurações distribuí- das, de maneira longitudinal e circunferencial, na seção 16. As aberturas consistem em aberturas atravessantes a partir de uma parte externa do cor- po principal 12 ao furo 14. Nesta modalidade, os orifícios 18 são regularmen- te distribuídas, muito embora, em modalidades alternativas, outras disposi- ções de aberturas possam ser proporcionadas.

Disposto sobre o corpo principal 12 encontra-se um manto dila- tável 20. A Figura 2 mostra o manto removido do aparelho 10. O manto dila- tável 20 é um membro substancialmente tubular conformado de modo a se encaixar na seção 16 do aparelho. O manto dilatável é dimensionado de modo que seja unido ou deslizado sobre o corpo principal, e fica localizado na seção 16 por anéis de extremidade 22. Os anéis de extremidade 22 são presos ao corpo principal para evitar o movimento axial e radial e confinar as extremidades respectivas do manto dilatável 20.

O manto dilatável 20 é dotado de aberturas 24 e de elementos de inserção 26 às aberturas. Os elementos de inserção 26 ficam localizados em ranhuras longitudinais rebaixadas 28 na superfície externa do manto dila- tável 20. Os elementos de inserção 26 serão descritos em maiores detalhes mais adiante.

O manto dilatável 20 é formado a partir de um material que é selecionado de modo a se expandir mediante contato com um fluido prede- terminado. Esses materiais dilatáveis são conhecidos na técnica. Neste e- xemplo, necessita-se que o manto dilatável se dilate em óleo, e o material compreende uma borracha de monômero de etileno propileno dieno (EPDM). Em uma modalidade alternativa, onde for necessário que o manto dilatável se dilate em água, o material compreende qualquer polímero hidro- fílico levemente reticulado incrustado no elastômero principal do membro dilatável, tal como ao menos um cloropreno, borrachas de estireno butadieno ou etileno-propileno. Essas resinas absorventes em água são denominadas como "polímeros superabsorventes" ou "SAPs", e quando incrustadas no membro dilatável podem se expandir quando em contato com uma solução aquosa. Em uma modalidade alternativa adicional, o membro dilatável com- preende um polímero de etileno-propileno dieno com resina absorvente em água incrustada de modo que a expansão do membro dilatável resulte a par- tir do contato com uma solução aquosa ou líquido polar, tal como óleo ou uma mistura dos mesmos. As aberturas 24 funcionam de modo a permitir que o fluido vaze

a partir da parte externa do manto dilatável 20 ao seu interior. Quando o manto dilatável estiver posicionado sobre o corpo principal 12, as aberturas 24 permitem que o fluido vaze a partir da parte externa do aparelho ao corpo principal 12 e através dos orifícios 18 no corpo principal 12 ao furo 14. Nesta modalidade, o espaçamento dos aberturas 24 correspondente ao espaça- mento dos orifícios 18, de tal modo que as aberturas 24 e os orifícios 18 possam ser alinhados de modo a proporcionar uma resistência mínima à vazão de fluidos a partir da parte externa do aparelho ao furo 14.

O manto dilatável 20 funciona de modo a se expandir mediante contato com um fluido do furo de poço de tal modo que a superfície externa do aparelho entre em contato com a parede do poço. As dimensões e as propriedades do manto dilatável são selecionadas para expansão compla- cente do manto dilatável em contato com a parede do poço, de tal modo que uma força adequadamente baixa seja conferida ao poço de modo a criar um lacre, porém, para evitar danos à formação de rochas ou face arenosa. As dimensões e o material do manto dilatável também são selecionados de mo- do a se expandirem em uma zona de desmoronamento no poço com a fina- lidade de criar, de maneira similar, um lacre com uma força adequadamente baixa sobre a formação. Desta forma, evita-se a formação a partir de um colapso em direção ao corpo principal 12, porém, sem danificar a formação de modo que aumente o influxo de sólidos. O elemento de inserção inclui um suporte de tela 30 e um mate-

rial de tela 32. Portanto, o elemento de inserção 26 define seções de tela 33 do aparelho ao longo de regiões longitudinais circunferencialmente espaça- das do manto dilatável 20. Dispostas entre as seções de tela, encontram-se as regiões longitudinais do manto dilatável 20 que evitam substancialmente a vazão de fluido para ao interior do manto 20. Neste aspecto, nota-se que o material dilatável pode permitir a penetração de fluidos por difusão através do material dilatável, porém, não permitem uma vazão de fluidos, tal como a necessária para o influxo de fluidos de produção no furo 14 ou injeção de fluidos a partir do furo 14 na formação. As Figuras 4, 5A e 5B mostram o elemento de inserção 26 em

maiores detalhes, com a tela material 32 removida. O elemento de inserção 26 inclui uma pluralidade de condutos 34 que se estendem através do manto dilatável ao corpo principal. Os múltiplos condutos são conectados por um canal 35 definido pelo suporte de tela 30. Cada um dos condutos 34 com- preende um primeiro membro 36 recebido em um segundo membro 38. O primeiro e o segundo membro 36 e 38 são móveis um em relação ao outro com a finalidade de acomodar a expansão do manto dilatável 20. Os condu- tos funcionam para manter a trajetória de vazão da abertura após a expan- são. Em modalidades alternativas da invenção, os condutos, ou um subcon- junto de condutos, são dotados de membros de controle de fluxo, tais como as válvulas ou válvulas de retenção para restringir a vazão de fluidos através dos mesmos.

Quando montado, o segundo membro 38 consiste em um ajuste de interferência com a abertura 24 do manto dilatável em que a mesma fica localizada. A superfície inferior 42 do suporte de tela 30 é unida à superfície do manto dilatável 20 ao longo da ranhura longitudinal 28. Quando o manto dilatável se expandir, o primeiro membro 36 se move em relação ao segundo membro 38 de tal modo que o conduto se estenda de maneira telescópica.

Em modalidades alternativas, o segundo membro 38 pode ser fixado ao corpo principal 12 e/ou pode ser recebido no orifício 18 no corpo principal 12.

Reportando-se, agora, à Figura 6, o material de tela 32 é mos-

trado compreendendo uma pluralidade de camadas sobrepostas. Adjacente ao suporte de tela 30, proporciona-se uma malha de suporte de escoamento 44, sobre a qual uma malha de filtro 46 fica sobreposta. A malha de filtro pa- ra ter um grau de malha apropriado que serve para filtrar sólidos que pos- sam ser produzidos a partir da formação. Tipicamente, a malha de filtro terá um grau de malha de cerca de 100 a 300 mícrons. Sobre a malha de filtro 46 encontra-se uma malha de suporte de escoamento adicional 48, e, finalmen- te, um invólucro protetor externo 50, tendo orifícios relativamente grandes, é proporcionado na parte externa do material de tela. A presente invenção engloba modalidades em que diferentes

seções de tela são dotadas de diferentes graus de filtro. A invenção facilita, também, a padronização do aparelho selecionando-se graus de filtro apro- priados durante a montagem do aparelho. A Figura 7 mostra o aparelho 10 durante o uso em um poço, em uma condição dilatada. O aparelho 10 foi ativado a um local em uma formação de produção de areia 51, e a exposição aos fluidos do poço fizeram com que o manto dilatável 20 se expandisse em contato com a parede do poço 52. À medida que a expansão ocorre, os con- dutos 34 definidos pelos elementos de inserção 26 se estendem, de maneira telescópica, de tal modo que um conduto restringido seja formado entre a parte externa do aparelho e os orifícios 18 no corpo principal 12. Os elemen- tos de inserção evitam que o manto dilatável 20 se expanda para fechar as aberturas 24.

As seções de tela 33 são colocadas adjacentes à face arenosa mediante a expansão do manto dilatável sob o elemento de inserção, e as regiões adjacentes 54 do manto dilatável formam um lacre complacente na parede do poço 52. A vazão de fluidos proveniente da formação é permitida nas áreas em que as seções de tela 32 são proporcionadas, e direcionada através das aberturas 24, através dos condutos 34 e no furo 14. A vazão não é permitida através das regiões 54.

Esta modalidade da invenção proporciona uma expansão com- placente de um membro dilatável a uma parede do poço, proporcionando uma sustentação estrutural ao poço sem danificar a face arenosa. As seções de tela 33 são transportadas ou movidas em uma direção radial de modo que sejam colocadas adjacentes à superfície. Isto minimiza o espaço anular no qual os sólidos produzidos a partir da formação podem fluir. A vazão de fluidos é permitida apenas nas regiões em que a tela material é proporciona- da, junto às seções adjacentes sustentadas e vedadas pelo manto dilatável. Proporcionado-se a pluralidade de seções de tela discretas, o movimento da tela para fora a partir do corpo principal do aparelho é realizado, de maneira eficaz, sem restringir a dilatação do manto. A modalidade da invenção tam- bém conduz à padronização e configuração dos graus de filtro usados, que podem ser diferentes entre as seções de tela.

Agora, nesse ponto, serão descritas modalidades alternativas da invenção com referência às Figuras 8 a 11. Reportando-se à Figura 8, mostra-se um aparelho de fundo de poço, genericamente representado pela referência numérica 100 que consis- te em um corpo principal 112 formado a partir de um cano de base tubular e adaptado de modo que seja acoplado à tubulação do poço da mesma ma- neira do aparelho 10. De maneira similar ao aparelho 10, o corpo principal 112 é dotado de uma pluralidade de aberturas atravessantes 118 distribuí- das no corpo.

Dispostos no corpo 112, e mostrados na Figura em seção longi- tudinal, encontram-se os anéis de extremidade 122 e um manto dilatável 120 que consiste em três seções longitudinalmente espaçadas 121a, 121b e 121c. As aberturas 124 são proporcionados sob a forma de ranhuras circun- ferenciais ao manto dilatável 120 que se estendem a partir de sua superfície externa até o corpo principal 112. Proporcionados nas aberturas 124, encon- tram-se os elementos de inserção 126, que nesta modalidade são construí- dos a partir de um cordão permeável que é enrolado ao redor do corpo prin- cipal na abertura. O elemento de inserção 126 é enrolado firmemente ao corpo principal e proporciona uma superfície limítrofe às porções adjacentes do manto dilatável 120. Em uso, o manto dilatável se expande para fora e parcialmente sobre o elemento de inserção 126, porém, sem revestir o orifí- cio com a finalidade de evitar a vazão de fluidos.

Os elementos de inserção 126 funcionam para permitir uma va- zão de fluidos através do orifício e no corpo principal, enquanto mantêm a trajetória de vazão e limitam ou evitam a expansão do manto dilatável na direção longitudinal. Adicionalmente, o elemento de inserção funciona como um filtro destinado às partículas sólidas no fluido que flui através da abertu- ra.

Em uma modalidade alternativa, o elemento de inserção 126 é enrolado a partir de uma linha ou fio trançado, ou um material fibroso.

A Figura 9 mostra uma modalidade alternativa, geralmente re- presentada por 130, semelhante à modalidade da Figura 8 e com compo- nentes similares identificados por referências numéricas similares. Esta mo- dalidade difere em relação à forma dos elementos de inserção 136 e 138 proporcionados às aberturas 124.

O elemento de inserção 136 encontra-se sob a forma de um ci- lindro dimensionado para deslizar sobre o corpo principal 112, e dotado de um primeiro e um segundo membro de flange 137a e 137b que se estendem para fora a partir do corpo principal. Os furos são proporcionados no elemen- to de inserção 136 para permitir a vazão de fluidos ao corpo principal. Os membros de flange 137a e 137b funcionam para proporcionar uma superfí- cie limítrofe às porções adjacentes do manto dilatável para limitar ou evitar a expansão do manto dilatável ao longo da abertura 124. O elemento de inser- ção 138 consiste em um par de porções de flange que se estende para fora a partir do corpo principal, e expõe o corpo principal à abertura 124.

Nesta modalidade, um ou ambos os elementos de inserção 136 e 138 podem compreender um material endurecido resistente à erosão, tal como um carbeto de tungstênio. O mesmo funciona com a finalidade de re- sistir à erosão causada por partículas sólidas contidas no fluido, que teriam a tendência de erodir o manto dilatável e/ou as aberturas no corpo principal 112. Avaliar-se-á que o aparelho pode compreender apenas um tipo dos e- Iementos de inserção 136 e 138.

A Figura 10 mostra uma modalidade alternativa adicional da in- venção, geralmente representada por 140. Nesta modalidade, os orifícios 144 e o manto dilatável 146 são ranhuras longitudinais, nos elementos de inserção 146 são formadas a partir de blocos de material de metal sinteriza- do. Os blocos de material de metal sinterizado são sobrepostos pelas se- ções de tela 148 antes da filtragem dos sólidos a partir do fluido que vaza através dos orifícios 144 e no corpo principal. Em uso, o manto dilatável se expande para fora e parcialmente sobre a seção de tela, porém, sem revestir o orifício com a finalidade de evitar a vazão de fluidos. Em modalidades al- ternativas, os orifícios 144 são fendas helicoidais ou circunferenciais ou furos no manto dilatável.

Uma modalidade alternativa adicional é mostrada nas Figuras 11

A e 11 B. Nesta modalidade, mostrada geralmente por 150, uma tela subs- tancialmente tubular 152 é embutida em um manto dilatável 153. As abertu- ras 158 são proporcionadas no manto 153 para permitir uma vazão de flui- dos ao corpo principal 159. A tela 152 compreende membros de suporte lon- gitudinais 154 que funcionam para proporcionar sustentação ao material de tela relativamente flexível 156. Na Figura 13A, o material de tela é dobrado, curvado ou enrugado de tal modo que a dimensão radial seja menor que a dimensão radial máxima que pode ser definida pela tela 152. A tela tem uma área superficial fixa, porém, fica embutida no manto dilatável de tal modo que possa se expandir radialmente na expansão do material dilatável até uma posição mostrada na Figura 13B, sem estirar o material de tela ou afe- tar o grau do filtro.

As variações das modalidades descritas anteriormente encon- tram-se no escopo da invenção. Por exemplo, poderia se utilizar qualquer uma das configurações do elemento de inserção descrito em combinação com o mesmo aparelho no escopo da invenção. As combinações de caracte- rísticas diferentes das expressamente reivindicadas encontram-se no escopo da invenção.

Em modalidades alternativas adicionais da invenção, os orifícios, ou os orifícios selecionados no manto dilatável, são dotadas de membros de controle de vazão, tais como válvulas ou válvulas de retenção que servem para restringir a vazão de fluidos através das mesmas.

A presente invenção, em vários aspectos, proporciona um apa- relho e método de fundo de poço aperfeiçoado e alternativo que ofereça um desempenho aperfeiçoado e/ou parâmetros operacionais mais amplos do que o aparelho da técnica anterior.

Claims (21)

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho de fundo de poço (10), que compreende um corpo principal (12) dotado de um furo (14) que se comunica com uma tubulação de poço e ao menos um orifício (18) destinado à vazão de fluidos entre uma parte externa do corpo principal (12) e o furo (14); uma tela (32) que serve para filtrar os sólidos entre a parte externa do aparelho (10) e o furo (14); e um manto dilatável (20) disposto ao redor do corpo principal (12) e disposto de modo a se expandir mediante o contato com ao menos um fluido prede- terminado e, desse modo, mover a tela (32) para fora do corpo principal (12), caracterizado pelo fato de que o manto dilatável (20) compreende uma pri- meira região situada entre o corpo principal (12) e a tela (32), permitindo a passagem de fluidos entre a parte externa do aparelho (10) e o corpo princi- pal (12); e uma segunda região, circunferencialmente adjacente à primeira região, que evita substancialmente a passagem de fluido entre a parte exter- na do aparelho (10) e o corpo principal (12).

2. Aparelho (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda região é adaptada de modo que seja expandida mediante o contato com a parede do poço (52).

3. Aparelho (10) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracte- rizado pelo fato de que que a tela (32) tem uma área superficial de tela, e o manto dilatável (20) é disposto de modo a mover a tela (32) para fora do corpo principal (12) enquanto mantém a área superficial de tela.

4. Aparelho (10) de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a tela (32) é descontínua ao redor da circunferência do corpo principal (12).

5. Aparelho (10) de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a tela (12) consiste em múltiplas porções de material de tela que são discretas em uma condição expandida do aparelho (10).

6. Aparelho (10) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a múltiplas porções são discretas em uma condição não- expandida do aparelho (10).

7. Aparelho (10) de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a tela (32) compreende ao menos duas seções discretas de tela circunferencialmente espaçadas no aparelho (10).

8. Aparelho (10) de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o aparelho (10) compreende ao menos duas telas (32) ou seções de tela com diferentes graus de filtro.

9. Aparelho (10) de acordo com qualquer uma das reivindica- ções anteriores, caracterizado pelo fato de que é proporcionado um elemen- to de inserção (26) em um orifício (18) no manto dilatável (20).

10. Aparelho (10) de acordo com a reivindicação 9, caracteriza- do pelo fato de que o elemento de inserção (26) define um conduto (34) es- tendido radialmente pela abertura (24), e pelo fato de que o conduto (34) apresenta comprimento variável.

11. Aparelho (10) de acordo com qualquer uma das reivindica- ções anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um ou mais orientadores de fluxo (35), dispostos em uma superfície exterior do a- parelho (10).

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o orientador de fluxo (35) provê uma passagem de fluxo do exterior do aparelho (10) apara um ou mais aberturas (24) no manto dilatável (20).

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 11 ou 12 quando dependente da reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o orien- tador de fluxo (35) é associado ao elemento de inserção (26).

14. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que uma tela (32) é disposta no orientador de fluxo (35).

15. Método de completação de poço, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a - proporcionar um manto dilatável (20) sobre um orifício (18) em um corpo principal (12) de um aparelho (10), sendo que o manto dilatável (20) compreende uma primeira região situada entre o corpo principal (12) e a tela (32), permitindo a passagem de fluidos entre a parte externa do apare- lho (10) e o corpo principal (12); e uma segunda região, circunferencialmente adjacente à primeira região, que evita, substancialmente, a passagem de fluidos entre a parte externa do aparelho (10) e o corpo principal (12); b - localizar o aparelho (10) em um local no fundo do poço; e c - expandir o manto dilatável (20) expondo-o a um fluido prede- terminado para, desse modo, mover uma tela (32) para fora do corpo princi- pal (12).

16. Método de acordo com a reivindicação, 15 caracterizado pe- lo fato de que compreende a etapa adicional de expandir o manto dilatável (20) sem alterar a área superficial da tela (32).

17. Método de acordo com a reivindicação 15 ou 16, caracteri- zado pelo fato de que compreende a etapa adicional de expandir o manto dilatável (20) de tal modo que a tela (32) consista em uma pluralidade de seções discretas de tela após a expansão.

18. Método de produção de hidrocarbonetos, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a - proporcionar um aparelho (10) tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 14; e b - permitir que o fluido flua através do manto dilatável (20) entre uma parte externa do aparelho (10) e a ao menos um orifício (18) no corpo principal (12).

19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pe- Io fato de que compreende a etapa adicional de permitir que o fluido flua en- tre uma parte externa do aparelho (10) e a ao menos um orifício (18) através da primeira região do manto dilatável (20), situado entre o corpo principal (12) e a tela (32), enquanto evita substancialmente a passagem de fluidos entre a parte externa do aparelho (10) e o corpo principal (12) na segunda região do manto dilatável (20), circunferencialmente adjacente à primeira região.

20. Método de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracteri- zado pelo fato de que compreende a etapa adicional de receber fluidos pro- venientes da formação e em uma tubulação de poço à qual se acopla o apa- relho (10).

21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pe- Io fato de que compreende a etapa adicional de filtrar os sólidos do fluido provenientes da formação.