BRPI0900797A2

BRPI0900797A2 - elemento anular para aparelho inflÁvel, conjunto e mÉtodo

Info

Publication number: BRPI0900797A2
Application number: BRPI0900797-0A
Authority: BR
Inventors: Kim Nutley; Brian Nutley
Original assignee: Swelltec Ltd
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-01-19
Also published as: US20120103634A1; GB2459457A; CA2662056A1; GB0807310D0; CA2662056C; US8074723B2; US20090260801A1; GB2459457B; EP2508706A1; EP2112324A1; US8627894B2

Abstract

ELEMENTO ANULAR PARA APARELHO INFLÁVEL, CONJUNTO E MÉTODO. A presente invenção refere-se a um elemento anular para um aparelho de furo de poço incluindo um material inflável selecionado para aumentar em volume mediante exposição a pelo menos um fluido de acionamento. O elemento anular é configurado de modo a cooperar com um elemento inflável disposto em um corpo do aparelho e pode, por exemplo, funcionar como um anel calibrador ou um elemento de retenção. O elemento anular é preso ao aparelho através de uma disposição de acoplamento que acopla o corpo a uma seção de coluna de poço adjacente. Em uma modalidade, o elemento anular é rosqueado dentro da coluna de poço. Em outra, é disposto sobre uma formação ereta tal como uma manga de acoplamento, por exemplo, por fixação. Um conjunto e um método de montagem também são descritos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELEMENTOANULAR PARA APARELHO INFLÀVEL, CONJUNTO E MÉTODO".

A presente invenção refere-se a um elemento anular para umaparelho para uso em poço ou em linhas de tubulação, em particular no campo de exploração e produção de óleo e gás. A invenção também refere-se a um conjunto incorporando um elemento anular e um método de forma-ção de tal conjunto.

No campo da exploração e produção de óleo e gás, é comum sefornecer elementos anulares em ferramentas longitudinais, corpos, elemen- tos tubulares ou mandris. Tipicamente, os elementos anulares são dimensi-onados para serem deslizados no elemento tubular ou mandril e movidoslongitudinalmente para dentro da posição desejada em que são presos aocorpo. Uma função típica de um elemento anular é impedir ou restringir omovimento axial de um componente adjacente no corpo.

Uma aplicação particular na qual os elementos anulares são ne-

cessários é na construção de vedadores passíveis de inchaço. Um vedadorinflável inclui uma manta de material elastomérico inflável formado em tornode um corpo tubular. O elastômero inflável pode ser selecionado para ex-pandir pelo aumento em volume mediante exposição a pelo menos um fluido de acionamento, que pode ser um fluido de hidrocarbono ou um fluido aquo-so. As dimensões do desenho e as características de inchaço são selecio-nadas de forma que a manta inflável expanda para criar uma vedação defluido no anel, isolando, assim, uma seção do poço de outra. Os vedadorespassíveis de inchaço apresentam várias vantagens sobre os vedadores con- vencionais, incluindo acionamento passivo, simplicidade de construção erobustez nas aplicações de isolamento de longo termo. Exemplos de veda-dores passíveis de inchaço são descritos em GB 2411918.

Será freqüentemente desejável se fornecer um elemento anularem cada lado da manta inflável. O elemento anular é preso ao corpo princi- pai da ferramenta, e permanece reto a partir do corpo. O elemento anularrestringe ou impede o movimento axial da manta inflável no corpo. Tambémfornece proteção de compensação para a manta inflável e/ou partes adja-centes da coluna de ferramenta durante a entrada. O elemento anular tam-bém fornece uma superfície de apoio anular para a manta inflável que auxiliana redução ou prevenção da extrusão do elastômero devido à pressão defluido ou retração/forças descendentes no elemento tubular. Isso aperfeiçoa a integridade da vedação fornecida pelo vedador.

Vários métodos têm sido utilizados para fixar os elementos deretenção e anéis de calibragem ao corpo. Por exemplo, um elemento de re-tenção pode ser fixado por solda. Em outra técnica, parafusos são forneci-dos nos furos rosqueados no elemento de retenção, e são aparafusados ra-dialmente no corpo, como descrito no pedido de patente internacional co-pendente N°. PCT/GB2007/004445 (publicado como WO2008/062178).

WO 2006/115417 descreve um sistema alternativo que inclui umfixador de anel fornecido com protuberâncias em uma superfície interna quecorrespondem aos recessos em um corpo. O fixador de anel é deformadoplasticamente pelo encolhimento radial de uma manga externa de forma queas protuberâncias engatem os recessos.

Apesar de o sistema de WO 2006/115417 fornecer um meio con-veniente de localização de um cilindro em um tubo-base, o conjunto é limita-do em termos de resistência a forças axiais. Por exemplo, durante a descida, a manga externa pode encontrar um obstáculo que imprime um impulso ouforça trativa que é grande o suficiente para superar o contato de fricção entreo tubo-base e o fixador. Isso pode resultar em deslocamento axial da mangano corpo. Se a manga externa também precisar funcionar como um anel ca-librador e/ou precisar fornecer compensação para o tubo-base durante a en- trada, o problema é exacerbado. Dificuldades similares podem ocorrer du-rante o uso do aparelho. Por exemplo, se a manga externa for parte de umconjunto vedador ou âncora que acopla um elemento tubular à superfícieinterna de um revestimento externo ou um furo aberto, um peso descenden-te ou força de retração no elemento tubular é oposto pela manga externaque pode ser suficiente para superar a força de fricção entre o tubo-base e ofixador. Adicionalmente, o fixador anular de WO 2006/115417 é apenas ade-quado para o acoplamento a um corpo que é fornecido com recessos emsua superfície externa.

É um objetivo de um aspecto da invenção fornecer um elementoanular, que possa ser um anel de calibragem ou um elemento de retenção,para um aparelho de poço que supere as deficiências dos elementos anula- res da técnica anterior. É um objetivo adicional da invenção fornecer um e-lemento anular alternativo aos propostos na técnica anterior.

É um objetivo de um aspecto da invenção fornecer um conjuntode um corpo e um elemento anular que possuam uma maior resistência àsforças axiais e/ou uma maior integridade estrutural, quando comparados com os conjuntos da técnica anterior.

É um objetivo adicional da invenção fornecer um elemento deretenção que possa ser utilizado com o equipamento padrão, tal como se-ções e acoplamentos tubulares API.

Objetivos adicionais da invenção se tornarão aparentes a partir da descrição a seguir.Sumário da Invenção

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecidoum conjunto de coluna de poço compreendendo uma seção de coluna depoço; um corpo; um elemento inflavel disposto no corpo, o elemento inflavel compreendendo um material selecionado de forma a se expandir medianteexposição a pelo menos um fluido de acionamento; uma disposição de aco-plamento que acopla o corpo e a seção de coluna de poço; e um elementoanular em cooperação com o elemento inflavel e preso ao conjunto atravésda disposição de acoplamento.

De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecido

um elemento anular para um conjunto de fundo de poço, o elemento anularconfigurado para cooperar com um elemento inflavel disposto em um corpode um aparelho, o elemento inflavel compreendendo um material seleciona-do para expandir mediante exposição de pelo menos um fluido de aciona- mento; em que o elemento anular é adicionalmente configurado para serpreso ao aparelho através de uma disposição de acoplamento que acopla ocorpo e uma seção de coluna de poço em uso.De acordo com um terceiro aspecto da invenção, é fornecido umaparelho configurado para formar parte de uma coluna de poço, o aparelhocompreendendo: um corpo possuindo um elemento inflável disposto nomesmo, o elemento inflável compreendendo um material selecionado paraexpandir mediante exposição a pelo menos um fluido de acionamento, ocorpo sendo configurado para ser acoplado a uma seção de coluna de poçopor uma disposição de acoplamento; e um elemento anular configurado paracooperar com o elemento inflável em uso, e configurado adicionalmente afim de ser preso à coluna de poço através da disposição de acoplamento.

De acordo com um quarto aspecto da invenção, um corpo e umelemento anular são fornecidos como um kit de partes, o kit de partes sendoconfigurado para ser montado e formar o aparelho do terceiro aspecto dainvenção. O kit de partes podendo compreender adicionalmente o elementoinflável, que é configurado para ser disposto no corpo.

Os primeiro a quarto aspectos da invenção apresentam váriascaracterísticas preferidas e opcionais em comum como se segue.

O elemento anular pode cooperar com o elemento inflável pararealizar um ou mais dentre: a inibição de um movimento axial do elementoinflável no corpo; a inibição da extrusão do elemento inflável ou uma partedo elemento inflável no corpo; o fornecimento de proteção de compensaçãopara o elemento inflável e/ou coluna de poço; o fornecimento da centraliza-ção do corpo e/ou elemento inflável no poço. O elemento anular pode com-preender uma superfície de apoio anular para o elemento inflável, que podeser localizada em uma primeira extremidade do elemento anular.

Pelo fornecimento de um elemento anular que coopera com oelemento inflável e que é preso por uma disposição de acoplamento, a pre-sente invenção fornece maior resistência às forças axiais e/ou maior integri-dade estrutural, quando comparada com os conjuntos da técnica anterior.

Em uma modalidade, a disposição de acoplamento compreendeuma conexão rosqueada, que pode ser configurada para acoplar o corpo auma conexão rosqueada correspondente em uma seção de coluna de poço.A conexão rosqueada pode compreender uma primeira seção rosqueada nocorpo e uma segunda seção rosqueada em uma seção de coluna de poço. Aprimeira seção rosqueada pode ser configurada para ser rosqueada com asegunda seção rosqueada. O elemento anular pode, portanto, formar umaparte da disposição de acoplamento, e pode funcionar para acoplar o corpoa uma seção de coluna de poço adjacente. Nessa configuração, o elementoanular é rosqueado no conjunto de coluna de poço durante o uso, e formauma parte integral do conjunto de coluna de poço.

Alternativamente, ou adicionalmente, a conexão rosqueada podecompreender adicionalmente um elemento de acoplamento possuindo pri- meira e segunda extremidades que enrascam com as primeira e segundaseções rosqueadas. O elemento de acoplamento pode, por exemplo, seruma manga de acoplamento. O elemento de acoplamento pode compreen-der uma seção de rosca de primeira caixa para receber uma seção de roscade pino do corpo, e pode compreender uma seção de rosca de segunda cai- xa para receber uma seção de rosca de pino de uma seção de coluna depoço. O elemento de acoplamento pode compreender alternativamente pelomenos uma seção de rosca de pino. O elemento de acoplamento pode serum acoplamento cruzado.

A disposição de acoplamento pode compreender uma formação reta a partir do conjunto. Por exemplo, a disposição de acoplamento podecompreender um elemento de acoplamento possuindo uma seção rosquea-da que é configurada como sendo rosqueada a uma coluna de poço, em queo elemento de acoplamento possui um diâmetro externo maior do que o dacoluna de poço.

O elemento anular pode compreender um ou mais elementos

parcialmente cilíndricos, e pode compreender uma configuração aberta euma configuração fechada. Em sua configuração fechada, o elemento anularpode ser disposto a fim de ser peso à disposição de acoplamento. O ele-mento anular pode ser configurado a fim de ser peso em ou sobre uma dis-posição de acoplamento.

De acordo com uma modalidade da invenção, o elemento anularcompreende um perfil interno formatado para acomodar uma formação retaa partir do conjunto. A formação pode ser uma junta de ferramenta ou umaparte da mesma.

O elemento anular pode ser configurado para realizar a conexãorosquéada ao corpo e/ou coluna de poço. O corpo e o elemento anular po-dem compreender perfis rosqueados correspondentes, que podem ser se-ções rosqueadas tipo cunha. Os perfis rosqueados podem ser roscas qua-dradas ou roscas de dente de serra. Preferivelmente, os perfis rosqueadossão roscas em dente de serra.

O perfil rosqueado pode ser fornecido com um ombro que seapoia em uma extremidade de uma seção rosquéada de pino no acoplamen-to. O perfil rosqueado também pode ser fornecido com uma seção rebaixa-da, que pode ser um recesso anular, disposto entre a rosca e o ombro. Oombro pode ser disposto de forma que quando a extremidade de uma seçãorosquéada de pino se apoia no ombro, o acoplamento entre os perfis ros-queados tem torque excessivo. Nesse contexto, o torque excessivo significatendo um torque nominal que excede a graduação de torque físico utilizadapara um perfil rosqueado similar em uma aplicação de acoplamento de tubo.

Preferivelmente, o perfil rosqueado é conectado com um torquenominal que em excesso de um torque nominal de um acoplamento entre oelemento anular e a seção de coluna de poço. Mais preferivelmente, o perfilrosqueado é conectado em um torque nominal que excede um torque nomi-nal de um acoplamento entre uma primeira de seção de coluna de poço euma segunda seção de coluna de poço.

O perfil rosqueado pode ser disposto para fornecer uma vedaçãoentre as seções rosqueadas respectivas. Em uma modalidade, uma vedaçãopode ser fornecida entre o ombro e uma extremidade de uma seção rosqué-ada de pino. A vedação pode ser fornecida por uma vedação de metal parametal entre o ombro e uma extremidade de seção rosquéada de pino. Alter-nativamente, ou adicionalmente, um anel de vedação pode ser disposto en-tre as seções rosqueadas respectivas. O anel de vedação pode, por exem-plo, se um anel de vedação metálico ou pode ser um anel compreendendoTeflon (RTM).De acordo com um quinto aspecto da invenção, é fornecido ummétodo de formação de um vedador inflável em uma coluna de poço, o mé-todo compreendendo as etapas de:

fornecer um elemento inflável em um corpo, o elemento inflável compreendendo um material selecionado para expandir mediante a exposi-ção a pelo menos um fluido de acionamento;

fornecer uma disposição de acoplamento para o acoplamento docorpo a uma seção de coluna de poço;

prender um elemento anular à coluna de poço através da dispo-sição de acoplamento de forma que o elemento anular coopere com o ele-mento inflável.

O método pode incluir a etapa de fixação do elemento anular aocorpo por uma primeira conexão rosqueada no elemento anular. O métodopode incluir a etapa adicional de acoplamento do elemento anular a uma coluna de poço utilizando uma segunda conexão rosqueada.

Alternativamente, o método pode incluir a etapa de fixação doelemento anular ao corpo pela disposição do elemento anular sobe umaformação reta a partir do corpo.

De acordo com um sexto aspecto da invenção, é fornecido ummétodo de formação de uma coluna de poço, o método compreendendo asetapas de:

fornecer um elemento inflável em um corpo, o elemento inflávelcompreendendo um material selecionado para expandir mediante exposiçãode pelo menos um fluido de acionamento; acoplar o corpo a uma seção de coluna de poço com uma dispo-

sição de acoplamento;

fixar um elemento anular ao corpo por uma primeira conexãorosqueada no elemento anular; e

acoplar o elemento anular a uma coluna de poço utilizando umasegunda conexão rosqueada.

As modalidades dos quinto e sexto aspectos da invenção podemcompreender as características opcionais e preferidas dos primeiro a quartoaspectos da invenção. Em particular, o elemento anular pode cooperar como elemento inflável, e pode realizar um ou mais dentre: inibir o movimentoaxial o elemento inflável no corpo; inibir a extrusão do elemento inflável ouuma parte do elemento inflável no corpo; fornecer proteção de compensação para o elemento inflável e/ou a coluna de poço; fornecer a centralização docorpo e/ou o elemento inflável no poço.

De acordo com um sétimo aspecto da invenção, é fornecido umaparelho configurado para formar parte de uma coluna de poço, o aparelhocompreendendo: um corpo compreendendo uma seção rosqueada; um ele- mento inflável disposto no corpo e compreendendo um material selecionadopara expandir mediante exposição de pelo menos um fluido de acionamento;e um elemento anular compreendendo um primeiro acoplamento rosqueadoconfigurado para ser acoplado à seção rosqueada do corpo, e um segundoacoplamento rosqueado configurado a fim de ser acoplado a uma seção de coluna de poço.

De acordo com um oitavo aspecto da invenção, é fornecido umconjunto de coluna de poço compreendendo uma seção de coluna de poço;um corpo compreendendo uma seção rosqueada; um elemento inflável dis-posto no corpo, o elemento inflável compreendendo um material selecionado para expandir mediante exposição a pelo menos um fluido de acionamento;e um elemento anular em cooperação com o elemento inflável e possuindouma primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta, em que oelemento anular é acoplado à seção rosqueada do corpo em sua primeiraextremidade, e é acoplada à seção de coluna de poço em sua segunda ex- tremidade.

A seção de coluna de poço pode ser um segundo corpo com umsegundo elemento inflável disposto no mesmo. O elemento anular pode, por-tanto, ser acoplado a, e formar uma parte da coluna de poço montada.

De acordo com um nono aspecto da invenção, é fornecido um elemento anular configurado para cooperar com um elemento inflável em umcorpo de um aparelho, o elemento inflável compreendendo um material sele-cionado para expandir mediante exposição a pelo menos um fluido de acio-namento; em que o elemento anular compreende um primeiro acoplamentoconfigurado para ser acoplado a uma seção rosqueada no corpo do apare-lho, e um segundo acoplamento configurado a fim de ser acoplado a umaseção de coluna de poço em uso.

De acordo com um décimo aspecto da invenção é fornecido umsubconjunto de coluna de poço configurado para formar parte de uma colunade poço, o subconjunto compreendendo uma primeira extremidade e umasegunda extremidade oposta, a primeira extremidade compreendendo umacoplamento configurado a fim de ser conectado ao corpo de um aparelhoinflável, e uma segunda extremidade compreendendo um segundo acopla-mento configurado a fim de ser conectado a uma seção de coluna de poço,em que o subconjunto é configurado para cooperar com um elemento inflá-vel do aparelho inflável em uso.

De acordo com um décimo primeiro aspecto da invenção é for-necido um elemento anular para uma coluna de poço, o elemento anularcompreendendo um corpo configurado a ser fixado a uma formação eretaem uma coluna de poço, em que o elemento anular é configurado para coo-perar com um elemento inflável do aparelho inflável em uso.

A formação ereta no poço pode ser parte de uma junta de ferra-menta ou disposição de acoplamento entre um corpo e uma seção de colunade poço. O corpo pode ser configurado para suportar um elemento inflávelem uso. O elemento anular pode compreender um perfil coincidente, e podecompreender uma seção de orifício reduzida para o acoplamento com o per-fil de uma junta de ferramenta.

As modalidades dos sétimo a décimo primeiro aspectos da in-venção podem compreender características opcionais e preferidas dos pri-meiro a quarto aspectos da invenção. Em particular, o elemento anular podecooperar com o elemento inflável, e pode realizar um ou mais dentre: inibir omovimento axial do elemento inflável; inibir a extrusão do elemento inflávelou uma parte do elemento inflável no corpo; fornecer a proteção de compen-sação para o elemento inflável e/ou a coluna de poço; fornecer a centraliza-ção do corpo e/ou elemento inflável no furo do poço.Os termos "superior", "inferior", "acima", "abaixo", "para cima" e"para baixo" são utilizados aqui para indicar as posições relativas no furo dopoço. A invenção também possui aplicações em poços que são desviadosou horizontais, e quando esses termos são aplicados a tais poços os mes-mos podem indicar posições para a esquerda, direita ou outras posições nocontexto da orientação do poço.Breve Descrição dos Desenhos

Será descrito agora, por meio de exemplo apenas, várias moda-lidades da invenção com referência aos desenhos a seguir, nos quais:

A figura 1 é um corte longitudinal através de um conjunto com-preendendo elementos anulares de acordo com uma modalidade da inven-ção;

A figura 2 é um corte longitudinal através de um elemento anularda modalidade da figura 1;

A figura 3 é um corte longitudinal através de outro elemento anu-lar da modalidade da figura 1;

A figura 4 é uma vista ampliada de um detalhe da rosca utilizadanas modalidades das figuras 1 e 2;

A figura 5 é um corte longitudinal através de um conjunto com-preendendo elementos anulares de acordo com uma modalidade alternativada invenção;

As figuras 6a e 6b são vistas em perspectiva de um elemento deretenção de acordo com uma modalidade alternativa da invenção, ilustradanas configurações aberta e fechada, respectivamente;

A figura 7 é uma vista em perspectiva do elemento anular dasfiguras 6a e 6b antes da fixação a uma disposição de acoplamento;

A figura 8 é uma vista em perspectiva de um anel coincidenteutilizado com o elemento de retenção das figuras 6a e 6b, e;

A figura 9 é uma vista em perspectiva de um elemento antidesli-zamento utilizado de acordo com a modalidade das figuras 6a e 6b.Descrição Detalhada

Com referência, em primeiro lugar, à figura 1, é ilustrado umconjunto, geralmente apresentado por 10, que forma um vedador de furo depoço. O conjunto 10 compreende uma disposição de vedador 11 formadoem um corpo 14 e um par de elementos anulares 20 e 21. O corpo 14 ésubstancialmente cilíndrico, e define um furo vazado interno 16. Nessa mo-dalidade, o corpo 14 é uma seção de revestimento possuindo conectores 18e 19 em extremidades opostas. Os conectores são roscas de pino de reves-timento de dente de serra API padrões, que são preferidos devido à alta re-sistência, à tensão e à grande faixa de torque que pode ser aplicada ao aco-plamento. Também fornecem uma vedação de fluido entre a superfície ODda rosca do pino e a superfície ID da rosca de caixa. Em algumas aplicaçõesnão é necessário se realizar uma vedação na forma de rosca dos conectorescoincidentes 32 e 33, e outros tipos de rosca podem ser utilizados.

O conjunto do vedador de furo de poço 10 inclui um elementoinflável 22 disposto no corpo 14, que consiste em uma manta interna 13 euma manta externa 15. A manta interna 13 compreende uma camada 17 queé relativamente fina e possui um diâmetro externo pequeno (OD) em compa-ração com a espessura (e OD) do elemento inflável 12. A manta internacompreende as partes de extremidade anulares 39a, 39b que são formadascom a espessura total (e OD) do elemento inflável 12. A manta externa 15cerca a camada 17 da manta interna e possui um OD correspondente ao daspartes de extremidade anulares 39a, 39b. A manta interna 13 é unida aocorpo 14 por um agente de união adequado.

O desenho, as características de dimensão e inchaço do veda-dor são selecionadas de forma que a manta inflável expanda para criar umavedação de fluido em um anel definido pelo conjunto e um revestimento ex-terno ou furo não-envolvido. As mantles interna e externa são, nesse exem-plo, formadas a partir de elastômeros de monômero de dieno de propilenoetileno (EPDM) os quais incham mediante exposição a fluidos de hidrocar-bono. O elastômero da manta interna é selecionado de forma a ser relativa-mente duro e relativamente altamente reticulado, em comparação com o e-lastômero da manta externa. Isso facilita a união do elemento inflável aocorpo metálico 14. Adicionalmente, a manta interna possui uma baixa taxade inchaço em comparação com a manta externa, que também reduz a ten-dência de os anéis anulares 39a, 39b a extrudarem sobre os elementos anu-lares 20, 21 em uso.

Com referência à figura 2, é ilustrado um corte longitudinal deum elemento anular, geralmente ilustrado por 20. O elemento anular 20compreende um corpo substancialmente cilíndrico 22 definindo um furo va-zado 24. Uma primeira extremidade 26 do corpo 22 é fornecida com um co-nector na forma de uma seção de caixa rosqueada API 28. Uma segundaextremidade oposta 30 é fornecida com um segundo conector 32, descritoem maiores detalhes abaixo. Localizada na direção da segunda extremidade30, e se estendendo além da extensão longitudinal do conector 32 encontra-se uma seção 34 de diâmetro externo (OD) ampliado, que é sobreposto apartir do corpo principal 22. Uma parte chanfrada (ou frustocônica) 36 é loca-lizada entre o corpo principal 22 e a seção sobreposto 34.

Com referência agora à figura 3, é ilustrado um elemento anularde acordo com uma modalidade alternativa da invenção, geralmente apre-sentada por 21. O elemento anular 21 é similar ao elemento anular 20 dafigura 2. O elemento anular 31 compreende um corpo principal 23, e defineum orifício 25. Uma primeira extremidade 31 do elemento anular 21 é forne-cida com o conector 33. Uma segunda extremidade oposta 27 do elementoanular 21 compreende um conector 29 na forma de uma seção rosqueadade pino API.

Os conectores 32, 33 compreendem recessos rosqueados quecorrespondem aos conectores 18, 19 no corpo 14. Nesse caso, os conecto-res 32, 33 são seções de rosca de caixa de revestimento de dente de serramodificadas configuradas para receber a rosca de pino do conector 18.

A figura 4 ilustra detalhes da terminação dos conectores 32 e 33.Uma seção de baixo relevo anular 41 é fornecida adjacente à extremidadeda rosca de caixa. Um ombro interno 40 se une à seção de relevo 41, e élongitudinalmente separado da rosca 38 por uma distância d. O ombro defineuma superfície de apoio para as extremidades 42 do corpo 14. Quando ocorpo 14 e os elementos 20, 21 são rosqueados juntos, o ombro 40 se apoiacom a extremidade 42 do corpo, inibindo o enroscamento longitudinal adi-cional dos elementos anulares 20, 21 em suas formas de rosca correspon-dentes.

A distância d é selecionada de acordo com as profundidadespadrão às quais as roscas são tipicamente criadas em aplicações de aco-plamento de tubo. Um acoplamento de tubo terá uma faixa de torque depen-dendo do tipo de conexão de rosca utilizado, das características de tubo, eda aplicação. No caso de uma rosca de dente de serra API, uma faixa detorque preferida corresponde a uma profundidade de acoplamento à qual opino é rosqueado na seção de caixa. A profundidade de acoplamento é tipi-camente visivelmente marcada na seção de pino, de forma que o acopla-mento possa ser criado sem medir o torque aplicado. Na presente modalida-de, a distância d é selecionada para combinar ou exceder ligeiramente essaprofundidade de acoplamento, de forma que a seção de pino penetre a pelomenos sua profundidade normal (e torque normal) até que a extremidade 42se apoie no ombro 40. O torque adicional pode ser aplicado aos componen-tes correspondentes, para realizar a vedação de metal com metal entre oombro 40 e a extremidade 42. Adicionalmente, o torque excessivo aplicadoao acoplamento (que ainda se encontra dentro da faixa de torque grandegarantida da rosca escolhida) garante que o valor de torque no acoplamentoseja maior do que o valor de torque para o acoplamento entre as seções detubo adjacentes. Isso significa que o conjunto não se desenrosque na dispo-sição de vedador, fornecendo uma garantia adicional para a integridade davedação criada pelo vedador em sua condição inflada.

Essa disposição também fornece uma distância fixa entre as ex-tremidades respectivas 30, 31 dos elementos anulares 20, 21 no conjunto10. Isso fornece a vantagem de quando da montagem de um vedador inflá-vel, os elementos anulares possam ser impedidos de comprimir ou, de outraforma, deformar a manta inflável. Tal compressão pode aumentar o OD damanta inflável antes da entrada do aparelho e aumentar o risco de travamen-to durante a entrada e/ou extrusão durante o uso do furo.

O conjunto 10 compreende um orifício contínuo definido pelosfuros vazados 16, 24, 25 dos respectivos componentes. A extremidade 26 doconjunto 10 compreende uma rosca de caixa API para conexão a uma roscade pino correspondente de uma seção adjacente em uma coluna de poço. Aextremidade 27 compreende um conector de rosca de pino API 29 para co-nexão a uma seção de rosca de caixa correspondente em uma seção adja-cente na coluna de poço. A coluna de poço resultante é, portanto, fornecidocom um vedador de poço formado integralmente para a criação de uma ve-dação no poço. Os elementos anulares 20 e 21 funcionam como anéis decalibragem e elementos de retenção para o vedador durante a entrada. Aproteção de compensação é fornecida ao elemento inflável e partes adjacen-tes da coluna de poço. Adicionalmente, o perfil de diâmetro externo sobre-posto dos elementos anulares 20, 21 define superfícies de apoio 44, 45 nasextremidades 30, 31 dos respectivos elementos anulares. Essas superfícies44 e 45 fornecem barreiras de extrusão anulares para o elemento inflável emuso.

Os elementos anulares também resistem ao movimento axial damanta inflável no corpo. A resistência às forças axiais é aperfeiçoada comrelação às propostas da técnica anterior em virtude de serem garantidas a-través de elementos de acoplamento do aparelho.

Adicionalmente, pelo fornecimento de um elemento anular naforma de subconjunto que forma parte da coluna de poço, o elemento anularé integral com a coluna de poço, e é formado à mesma tensão e resistênciaà compressão como a coluna de tubo propriamente dita. Dessa forma, oconjunto é capaz de suportar as cargas sofridas durante as operações decompletação de poço. As cargas axiais são direcionadas através do corpode tubo, ao invés de através do elemento de vedador inflável. A disposiçãopossui um pequeno número de partes usinadas, reduzindo a tendência paraas partes que se soltam do aparelho, tal como pode ser o caso com parafu-sos rosqueados em um anel de extremidade.

Os elementos anulares podem ser formados como subcruzadoscom uma variedade de disposições de rosca que são adequadas para umainstalação específica ou coluna de poço. Isso permite que o corpo 14 e oelemento inflável sejam padronizados, com acoplamentos padronizados cor-respondentes fornecidos em uma extremidade do elemento anular. Isso ofe-rece as opções de construção flexíveis, e promove o estoque de inventáriodo equipamento de vedador inflável. Adicionalmente, nenhum conjunto dadisposição de vedador final 12 é necessário. A disposição de vedador é sim-plesmente montada em qualquer coluna de poço pela seleção de elementosanulares cruzados 20, 21 adequados para a conexão com as seções de co-luna de poço. O corpo é rosqueado nos elementos anulares e corpos de tu-bo adjacentes na coluna de poço.

Possuir menos partes de componente permite o controle maiseficiente da garantia de qualidade, reduz o custo de fabricação. A disposiçãotambém é mais fácil de transportar, com um peso de componente reduzido earmazenamento compacto.

Será apreciado que os elementos anulares podem assumir umaforma diferente. A figura 5 é uma vista em corte longitudinal de um conjunto50 de acordo com uma modalidade alternativa da invenção. O conjunto 50compreende uma disposição de vedador 11 compreendendo uma mantainflável 12 em um corpo 14 e um elemento anular 52. A disposição de veda-dor 11 é similar à disposição de vedador da figura 1, com partes similaressendo designadas por referencias numéricas similares. O elemento anula 52compreende um corpo cilíndrico definindo um furo vazado 54, que é umacontinuação do orifício definido pelo corpo 14.

O diâmetro externo do elemento anular 52 é dimensionado paracorresponder ao diâmetro externo do elemento inflável 12. A extremidade 56do elemento anular 52 compreende uma seção de caixa rosqueada de dentede serra modificada que corresponde à seção rosqueada de pino 18 no cor-po 14. O elemento anular 52 difere dos elementos anulares 20, 21 visto quea extremidade oposta 58 também é fornecida com uma seção de caixa ros-queada tipo dente de serra modificada. Dessa forma, o elemento anular 52fornece a disposição de acoplamento para o corpo 14 a uma seção de tuboadjacente, que, nesse caso, é uma disposição de vedador 11', formado nocorpo 14'.Como com a modalidade da figura 1, as extremidades do ele-mento anular 52 definem superfícies de apoio que fornecem barreiras deextrusão anulares para o elemento inflável em uso. O elemento anular 52também fornece proteção de compensação e retenção axial do elementoinflável no corpo 14.

A modalidade da figura 5 demonstra uma forma na qual a inven-ção pode fornecer um sistema modular de componentes ou kit de partes quepode ser utilizado para criar colunas de poço com múltiplas seções de veda-dor deslocadas longitudinalmente ao longo da coluna. A invenção se aplicabem aos sistemas moduladores, e em particular é compatível com o sistemamodular, incluindo componentes de centralização e antiextrusão descritos nopedido internacional copendente Nos. PCT/GB2007/004445 (publicado comoWO2008/062178) e PCT/GB2007/004453 (publicado comoWO2008/062186).

As modalidades descritas acima incluem elementos anularesque são formados com o mesmo diâmetro externo que a manta inflável. Emuma modalidade alternativa (não ilustrada) os elementos anulares possuemum OD maior do que o elemento inflável em sua condição não-inchada. Issofornece uma proteção de compensação aumentada para o elemento inflávele partes adjacentes da coluna de ferramenta, e também oferece uma melhorresistência antiextrusão para a manta inflável quando estiver na condiçãoexpandida.

Em uma modalidade adicional (não ilustrada) os elementos anu-lares 20 e/ou 21 possuem características tipicamente associadas com o apa-relho de centralização, e realizam uma função de centralização durante ouso. Em um exemplo, os elementos anulares 20 e/ou 21 são fornecidos comformações eretas, tal como lâminas longitudinais ou helicoidais que forne-cem proteção de compensação aumentada e permitem que o fluido ultra-passe os elementos anulares. Em um exemplo adicional, o elemento anularpossui estruturas de mola tipo arco resiliente para fornecer a centralização ecompensação enquanto permite a negociação de obstáculos no furo de poçoe ultrapassagem de fluido. As formações eretas e/ou estruturas de mola tipoarco podem ser formadas integralmente a partir de uma construção unitáriacom o elemento anular. Em uma modalidade alternativa adicional da inven-ção (não ilustrada) o elemento anular é fornecido com insertos em sua su-perfície externa, que podem ser insertos cerâmicos unidos ao elemento anu-lar. Em outra modalidade da invenção o elemento anular compreende umaparte de corpo estendida axialmente que fornece uma superfície de suportepara um elemento de ferramenta para ser localizado no elemento anular. Porexemplo, ferramentas centralizadoras, de fixação ou de redução de fricçãopodem ser dispostas na superfície externa do elemento anular, e podem serconfiguradas para girar no elemento anular.

Na modalidade descrita acima, os conectores rosqueados noselementos anulares 20 e 21 são roscas de dente de serra, apesar de serapreciado que nas modalidades alternativas as roscas podem ser outrasroscas API padrão, ou roscas Premium produzidas por diferentes fabricantesde rosca. Por exemplo, as roscas de série VAM (RTM) produzidas por Val-lourec & Mannesmann Oil & Gas podem ser utilizadas. Em uma variação dadisposição de rosca, uma seção de relevo fornecida no elemento anular a-comoda um elemento de vedação, que pode, por exemplo, ser um anel me-tálico ou de Teflon (RTM) que é comprimido entre os elementos da disposi-ção de acoplamento para fornecer uma vedação de fluido.

As figuras 6a e 6b ilustram uma modalidade alternativa da in-venção, na qual um elemento anular, geralmente ilustrada por 60, é umadisposição tipo fixador formada de dois componentes parcialmente cilíndri-cos 62, 64. Os dois componentes 62, 64 são articulados longitudinalmente esão ilustrados na figura 6a em uma configuração aberta. A figura 6b ilustrauma configuração fechada na qual os componentes parcialmente cilíndricos62, 64 são fechados e fixados juntos utilizando-se parafusos de travamento66.

Como ilustrado na figura 7, a modalidade das figuras 6a e 6b éconfigurada para fixação a uma disposição de acoplamento 68 que se erguea partir de uma coluna de poço 70. O elemento anular 60 compreende umperfil interno que fornece uma parte de orifício aumentada 72 corresponden-18

te a uma disposição de acoplamento ereta 68 em um tubo. A formação ereta68 nesse caso é um elemento de acoplamento que é fornecido com as se-ções de caixa rosqueadas em extremidades opostas para o recebimento deseções de pino correspondentes da seção de revestimento 74 e corpo devedador 14. Será apreciado que nas modalidades alternativas, os elementosanulares podem ser configurados para a colocação através de outros tiposde disposição de acoplamento ou junta de ferramenta que se ergue a partirdo corpo.

O elemento anular 60 é localizado através da junta 68, e em suaextremidade 76 fornece uma superfície de apoio 78 para um elemento veda-dor inflável (não ilustrado) disposto no corpo 14. A superfície de apoio 78 élocalizada contra uma extremidade do elemento vedador passível de enchi-mento e impede ou restringe o movimento axial no corpo e reduz a extrusãodo elemento inflável durante o uso. O elemento anular também funciona co-mo um anel calibrador e fornece proteção de compensação.

Em modalidades alternativas da invenção, o elemento anularpode ser configurado para acomodar e/ou fixar um cabo ou linha se esten-dendo através do elemento anular ao longo do exterior da coluna de poço.

A figura 8 ilustra um componente coincidente adicional 80 quepode ser acomodado pelo elemento anular 60. O componente coincidente 80compreende um recesso anular 82 que recebe a parte de diâmetro internoanular reduzida 77 do elemento anular 60 e uma virola 83, de forma que doiscomponentes possam ser chaveados longitudinalmente. O componente co-incidente 80 compreende um perfil coincidente 84 que é selecionado paracorresponder a um perfil coincidente fornecido em um elemento inflável, talcomo descrito no pedido de patente internacional copendente N°.PCT/GB2007/004445. Uma modalidade alternativa adicional (não ilustrada)fornece um elemento de calço, com uma formação (similar ao recesso 82 e àvirola 83) que permite que o mesmo seja chaveado longitudinalmente com oelemento anular. O elemento de calço fornece uma extensão do elementoanular 60, de forma que se apoie no elemento inflável e forneça as mesmasfunções da superfície de apoio 78.A figura 9 ilustra um componente antideslizamento 90 que podeser acomodado no elemento anular 60 entre a superfície ereta da disposiçãode acoplamento 68 e a seção de orifício aumentada 72 do elemento anularpara aumentar o contato de fricção e fornecer uma maior resistência axial doaparelho montado.

Apesar de nas modalidades descritas acima o elemento infláveldo vedador ser descrito como sendo unido ao corpo, está dentro do escopoda invenção fornecer elementos vedadores que sejam deslizados para ocorpo no local desejado e retidos axialmente pelos elementos anulares dainvenção. Em uma disposição, uma coluna de múltiplos elementos passíveisde inchaço é localizado em um corpo adjacente um ao outro, com os ele-mentos anulares da invenção cooperando com os elementos passíveis deinchaço em qualquer extremidade da coluna. Nessa disposição múltiploselementos passíveis de inchaço são utilizados para construir um vedadorcom um comprimento de vedação igual a vários comprimentos dos elemen-tos passíveis de inchaço utilizados. Dessa forma, a invenção fornece umaforma conveniente de configurar um vedador a partir de um sistema modularde componentes. Pode ser desejável em algumas aplicações se unir o ele-mento passível de inchaço a um corpo depois do deslizamento do mesmopara o local desejado.

A invenção é descrita no contexto de elementos passíveis deinchaço, que se expandem mediante exposição a fluidos de acionamento,mas também tem aplicação em elementos passíveis de inchaço que aumen-tam em volume em resposta a outros mecanismos de acionamento.

A presente invenção fornece um elemento anular para um apa-relho de furo de poço incluindo um material inflável selecionado para aumen-tar em volume mediante exposição a pelo menos um fluido de acionamento.O elemento anular é configurado para cooperar com um elemento infláveldisposto em um corpo do aparelho, e pode, por exemplo, funcionar como umanel calibrador ou um elemento de retenção. O elemento anular é preso aoaparelho através de uma disposição de acoplamento que acopla o corpo auma seção de coluna de poço adjacente. Em uma modalidade o elementoanular é rosqueado na coluna de poço. Em outra, é disposto sobre uma for-mação ereta tal como uma manga de acoplamento, por exemplo, por meiode fixação. Um conjunto e um método de montagem também são descritos.

A presente invenção, portanto, fornece um elemento anular para um aparelho de furo de poço que supera as deficiências dos elementos anu-lares da técnica anterior. Em outro aspecto, fornece um conjunto de um cor-po e um elemento anular que possui uma maior resistência às forças axiaise/ou maior integridade estrutural, quando comparado com os conjuntos datécnica anterior.

A invenção pode ser utilizada com o equipamento padrão, tal

como seções tubulares API e acoplamentos e pode estar na forma de umsubconjunto que é integral com a coluna de poço, o elemento de anel sendointegral com a coluna de poço. A invenção em uma de suas modalidadespermite que a seção do vedador seja padronizada, com acoplamentos pa- dronizados correspondentes fornecidos em uma extremidade do elementoanular. Isso oferece opções de construção flexíveis e promove o estoque deinventário do equipamento vedador inflável. Possuir menos partes de com-ponente permite um controle de garantia de qualidade mais eficiente, reduzo custo de fabricação. A disposição também é mais fácil de se transportar, com o peso de componente reduzido e um armazenamento compacto.

As variações das modalidades descritas acima estão dentro doescopo da invenção, e a invenção se estende a combinações de caracterís-ticas outras além das expressamente reivindicadas.

Claims

1. Conjunto de coluna de poço compreendendo uma seção decoluna de poço; um corpo; um elemento inflável disposto no corpo, o ele-mento inflável compreendendo um material selecionado de forma a expandirmediante exposição a pelo menos um fluido de acionamento; uma disposi-ção de acoplamento que acopla o corpo e a seção de coluna de poço; e umelemento anular em cooperação com o elemento inflável e preso ao conjuntoatravés da disposição de acoplamento.

2. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, em que o elementoanular coopera com o elemento inflável para realizar um ou mais dentre: ini-bir o movimento axial do elemento inflável no copo; inibir a extrusão do ele-mento inflável ou uma parte do elemento inflável no corpo; fornecer proteçãode compensação para o elemento inflável e/ou coluna de poço; fornecer cen-tralização do corpo e/ou elemento inflável no furo de poço.

3. Conjunto de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o e-lemento anular compreende uma superfície de apoio anular.

4. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações an-teriores, em que a disposição de acoplamento compreende uma conexãorosqueada, configurada para acoplar o corpo a uma conexão rosqueada cor-respondente na seção de coluna de poço.

5. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações an-teriores, em que o elemento anular é um subconjunto disposto entre o corpoe a seção de coluna de poço.

6. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações an-teriores, em que o elemento anular é configurado para conexão rosqueadacom o corpo, e o corpo e o elemento anular compreendem perfis rosqueadoscorrespondentes.

7. Conjunto de acordo com a reivindicação 6, em que os perfisrosqueados compreendem roscas de dente de serra.

8. Conjunto de acordo com a reivindicação 6 ou 7, em que osperfis rosqueados incluem uma seção rosqueada de caixa fornecida com umombro que se apoia em uma extremidade de uma seção rosqueada de pino.

9. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações de6 a 8, em que os perfis rosqueados são fornecidos com um recesso anular,disposto entre a rosca e o ombro.

10. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações de 6 a 9, em que o elemento anular é rosqueado ao corpo em uma primeira ex-tremidade através de perfis rosqueados correspondentes, e é rosqueado àseção de coluna de poço em uma segunda extremidade, e em que o aco-plamento do elemento anular ao corpo possui um torque nominal que exce-de um torque nominal do acoplamento entre o elemento anular e a seção de coluna de poço.

11. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações de6 a 10, em que o acoplamento do elemento anular ao corpo possui um tor-que nominal que excede um torque nominal de um acoplamento entre umaprimeira seção de coluna de poço e uma segunda seção de coluna de poço.

12. Conjunto de acordo com uma das reivindicações de 6 a 11, em que uma vedação é fornecida entre o elemento anular e o corpo.

13. Conjunto de acordo com a reivindicação 12, quando depen-dente da reivindicação 9, em que a vedação é fornecida entre o ombro euma extremidade de uma seção rosqueada de pino.

14. Conjunto de acordo com a reivindicação 13, em que a veda-ção compreende uma vedação de metal com metal entre o ombro e umaextremidade de uma seção rosqueada de pino.

15. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações de12 a 14, em que um anel de vedação é disposto entre as respectivas seções rosqueadas.

16. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesanteriores, em que a disposição de acoplamento compreende uma primeiraseção de rosca de caixa para receber uma seção de rosca de pino do corpo,e uma segunda seção de rosca de caixa para receber uma seção de rosca de pino da seção de coluna de poço.

17. Conjunto de acordo com qualquer reivindicação anterior, emque a disposição de acoplamento compreende uma formação reta a partir doconjunto.

18. Conjunto de acordo com a reivindicação 17, em que o ele-mento anular compreende um perfil interno formatado para acomodar a for-mação ereta a partir do conjunto.

19. Conjunto de acordo com a reivindicação 17 ou 18, em que aformação é uma junta de seção de coluna de poço ou uma parte da mesma.

20. Conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesanteriores, em que o elemento anular é configurado para ser preso a umadisposição de acoplamento.

21. Elemento anular para um conjunto de furo de poço, o ele-mento anular configurado para cooperar com um elemento inflável dispostoem um corpo de um aparelho, em que o elemento inflável compreende ummaterial selecionado de forma a expandir mediante exposição a pelo menosum fluido de acionamento; em que o elemento anular é adicionalmente con- figurado para ser fixado ao aparelho através de uma disposição de acopla-mento que acopla o corpo e uma seção de coluna de poço durante o uso.

22. Aparelho configurado para formar parte de uma coluna depoço, o aparelho compreendendo: um corpo possuindo um elemento infláveldisposto no mesmo, o elemento inflável compreendendo um material sele- cionado para expandir mediante a exposição a pelo menos um fluido de a-cionamento, o corpo sendo configurado para ser acoplado a uma seção decoluna de poço por uma disposição de acoplamento; e um elemento anularconfigurado para cooperar com o elemento inflável durante o uso, e configu-rado adicionalmente para ser preso à coluna de poço através da disposição de acoplamento.

23. Kit de partes configurado para ser montado para formar oaparelho como definido na reivindicação 22.

24. Método de formação de um vedador inflável em uma colunade poço, o método compreendendo as etapas de: fornecer um elemento inflável em um corpo, o elemento inflávelcompreendendo um material selecionado a fim de expandir mediante expo-sição a pelo menos um fluido de acionamento;fornecer uma disposição de acoplamento para acoplar o corpo auma seção de coluna de poço;prender um elemento anular à coluna de poço através da dispo-sição de acoplamento de forma que o elemento anular coopere com o ele-mento inflável.

25. Método de acordo com a reivindicação 24, incluindo a etapaadicional de fixação do elemento anular ao corpo por uma primeira conexãorosqueada.

26. Método de acordo com a reivindicação 25, incluindo a etapade acoplamento do elemento anular ao corpo com um torque nominal queexcede um torque nominal de um acoplamento entre uma primeira seção decoluna de poço e uma segunda seção de coluna de poço.

27. Método de acordo com a reivindicação 25 ou 26, incluindo aetapa adicional de acoplamento do elemento anular a uma coluna de poçoutilizando uma segunda conexão rosqueada.

28. Método de acordo com as reivindicações 25 e 27, incluindo aetapa de acoplamento do elemento anular ao corpo com um torque nominalque excede um torque nominal do acoplamento entre o elemento anular e aseção de coluna de poço.

29. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de24 a 28, incluindo a etapa adicional de fornecimento de uma vedação entre oelemento anular e o corpo.

30. Método de acordo com a reivindicação 24, incluindo a etapaadicional de fixação do elemento anular ao corpo pela disposição do elemen-to anular através de uma formação ereta a partir do corpo.

31. Método de acordo com a reivindicação 30, incluindo a etapaadicional de fixação do elemento anular sobre a formação.

32. Subconjunto de coluna de poço configurado para formar par-te de uma coluna de poço, o subconjunto compreendendo uma primeira ex-tremidade e uma segunda extremidade oposta, a primeira extremidade com-preendendo um acoplamento configurado para ser conectado ao corpo deum aparelho inflável, e uma segunda extremidade compreendendo um se-gundo acoplamento configurado para ser conectado a uma seção de colunade poço, em que o subconjunto é configurado para cooperar com um ele-mento inflável do aparelho inflável durante o uso.

33. Elemento anular para uma coluna de poço compreendendoum aparelho inflável, o elemento anular compreendendo um corpo configu-rado para ser fixado a uma formação ereta em uma coluna de poço, em queo elemento anular é configurado para cooperar com um elemento inflável doaparelho inflável durante o uso.