BRPI0900997A2

BRPI0900997A2 - amortecedor de vibrações para camisa deslizante em poço

Info

Publication number: BRPI0900997A2
Application number: BRPI0900997-3A
Authority: BR
Inventors: Jeffrey Lembcke; Scott Williamson; Robert Coon
Original assignee: Weatherford Lamb
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-01-26
Also published as: US8522936B2; CA2661941A1; CA2661941C; US20090266659A1

Abstract

AMORTECEDOR DE VIBRAçõES PARA CAMISA DESLIZANTE EM POçO. A presente invenção refere-se a uma camisa deslizante para operações de fraturamento ou similares que tem um alojamento, uma camisa e um amortecedor de vibrações. A camisa é móvel dentro da passagem interna do alojamento em relação às portas de fluxo. O amortecedor de vibrações, que pode ter um corpo cilíndrico, posições parcialmente na passagem interna da camisa e tem uma extremidade distal que se estende além da camisa. Uma aba na extremidade da camisa é engatável com o ombro interno. Quando uma esfera é solta no assento de esfera da camisa e o fluido bombeado força a camisa até uma posição aberta, o amortecedor de vibrações absorve o movimento da camisa. Para amortecer o movimento, o amortecedor de vibrações quebra uma ou mais conexões de pino de cisalhamento com a camisa, interpõe sua aba entre a extremidade distal da camisa e o ombro interno, e fratura pelo menos uma porção de sua extremidade distal a partir do impacto da camisa.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "AMORTE-CEDOR DE VIBRAÇÕES PARA CAMISA DESLIZANTE EM POÇO".

Fundamentos da Invenção

A presente invenção refere-se a uma operação de fraturamentousa uma serie de obturadores e camisas deslizantes para isolar de maneiraseqüencial diferentes zonas de uma formação do fundo do poço. Após. osobturadores e camisas deslizantes serem conduzidos no funde, do, poço,uma esfera ou tampão é bombeado no fundo do poço para impedir a trajetó-ria de fluxo através da extremidade inferior da montagem.. A seguir, os ope-radores ajustam os obturadores para criar múltiplas zonas isoladas abaixodo poço. Então, os operadores aplicam sucessivamente^ um tratamento defraturamento em cada uma das zonas isoladas ao abrir de maneira seletivaas camisas deslizantes e permitir que o fluido de tratamento interaja pom aszonas adjacentes da formação.

Para abrir cada camisa deslizante, os operadores soltam umaesfera especificamente dimensionada dentro da tubagem e assentam amesma em um assento de esfera correspondente na camisa deslizante de-signada. Uma vez assentada, a esfera impede a zona inferior tratada hápouco, e o acúmulo de pressão na esfera assentada força a camisa desli-zante a abrir-se, de modo que o fluido de fraturamento possa interagir com azona adjacente da formação. Os operadores repetem este processo até atubagem tratar todas as zonas ao soltar de maneira sucessiva as esferasmaiores contra os assentos maiores nas camisas deslizantes. Uma vez queo tratamento de fraturamento é concluído, o fluxo na tubagem pode fazertodas as esferas flutuarem na superfície ou os operadores podem laminar asesferas e assentos de esfera das camisas deslizantes.

Quando soltas, as esferas deslocam-se tipicamente em uma altataxa de velocidade devido às altas taxas de bombeamento usadas e devidoao momento da coluna de fluido acima das esferas. Quando a esfera atingeo assento de esfera na camisa deslizante, o momento pode danificar a cami-sa, à medida que o mesmo move-se até a posição aberta. Para suavizar odano potencial, os operadores alteram tipicamente a taxa de bombeamentopara diminuir a velocidade da esfera antes que a mesma atinja o assento deesfera: entretanto; a alteração da taxa de bombeamento reduz adicionalmen-te e complica a operação, e nem sempre é bem sucedida. Como um resulta-do, a camisa deslizante pode ser danificada.

Sumário da Invenção

Um aparelho de camisa deslizante para operações de fratura-mento ou similar, tem um alojamento, uma camisa e um amortecedor de vi-brações. A camisa fica em movimento na passagem interna do alojamentoem relação às portas de fluxo. O amortecedor de vibrações, que pode ter umcorpo cilíndrico, posiciona-se parcialmente na passagem interna da camisa etem uma extremidade distai que se estende além da camisa. Quando umaesfera é solta sobre o assento de esfera da camisa e o fluido bombeado for-ça a camisa até uma posição aberta, o amortecedor_de_vibrações_amojleceo movimento da camisa. Para amortecer o movimento e a energia daxami-sa, o amortecedor de vibrações pode desfazer uma ou mais conexões depino de cisalhamento com a camisa, interpor suas abas entre a extremidadedistai da camisa e um ombro interno no alojamento e pode fraturar pelo me-nos uma porção de sua extremidade distai a partir do impacto da camisa emmovimento.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 ilustra um aparelho de camisa deslizante em um esta-do fechado que tem um amortecedor de vibrações de acordo com certosensinamentos da presente descrição.

A figura 2 ilustra o aparelho de camisa durante a abertura apósuma esfera ter sido solta e o amortecedor de vibrações entrar em contatocom o substituto inferior.

A figura 3 ilustra uma vista em perspectiva de um amortecedorde vibrações.

As figuras 4 a 5 ilustram o aparelho de camisa após o impactoter sido amortecido pelo amortecedor de vibrações.

A figura 6 ilustra o aparelho de camisa após a esfera ter sidofluída de volta para a superfície, e o assento de esfera e o amortecedor devibrações terem sido laminados

A figura 7 ilustra o aparelho de camisa que tem um amortecedorde vibrações em uma posição alternativa.

As figuras 8A a 8B ilustram o aparelho de camisa que tem umamortecedor de vibrações alternativo com uma pluralidade de enrugações.

As figuras 9A a 9B ilustram o aparelho de camisa que tem umamortecedor de vibrações alternativo afixado à parte inferior da camisa emmovimento.Descrição Detalhada

Na figura 1, um aparelho de camisa deslizante 10 que pode serusado em operações de fraturamento e similares inclui um alojamento 20com substitutos superiores e inferiores 22 e 24. Uma camisa 30 em movi-mento dentro do alojamento 20 abre ou fecha o fluxo de fluido através dasportas de fluxo do alojamento 26 baseadas na posição da camisa 30. Umtipo exemplificativo do aparelho de camisa deslizante inclui a família OptiS-leeve™ de camisas deslizantes disponíveis junto a Weatherford InternationalLtd., embora outros tipos de camisa deslizante também possam ser usados.

Quando inicialmente conduzida no fundo do poço, a camisa 30posiciona-se no alojamento 20 em um estado fechado no qual um suporte 34suporta a camisa 30 em direção ao substituto superior 22. As vedações ex-ternas 36 na camisa 30 engatam-se na parede interna do alojamento 20,tanto acima quanto abaixo das portas de fluxo 26 para vedar as portas 26.Também, os grampos de travamento (locking dogs) 38 encaixam-se em umaranhura anular dentro do alojamento 20. Além disso, as portas de fluxo 26podem ser cobertas por uma capa protetora 27 para impedir que resíduosentrem no aparelho de camisa deslizante 10. Tal capa 27 pode ser compostapor um material destrutível e pode adotar a forma das capas descritas nopedido de patente copendente U.S número de série 11/683.848, que é in-corporado no presente documento a título de referência.

Para abrir o aparelho de camisa 10 para uma operação de fratu-ramento, os operadores soltam uma esfera 12 no fundo do poço e bombei-am a esfera 12 até que a mesma alcance um assento de esfera 32 dispostona camisa 30, conforme mostrado na figura 2. Uma vez que assentada, oacúmulo de pressão força a camisa 30 no alojamento 20 liberando, destemodo, os grampos 38 da ranhura anular do alojamento e que movem a ca-misa 30 para baixo. À medida que desliza, a camisa 30 descobre as portasde fluxo 26.

Para suavizar o dano potencial no aparelho de camisa 10, à me-dida que a camisa 30 move-se para baixo, um amortecedor de vibrações 40conecta-se à extremidade inferior da camisa 30. Conforme mostrado na figu-ra 1, este amortecedor de vibrações 40 é inicialmente conectado em umaposição estendida através dos pinos de cisalhamento ou outras conexõestemporárias 42 dentro da camisa 30. À medida que a camisa 30 move-separa baixo durante a abertura, conforme mostrado na figura 2, a aba distaido amortecedor 45 engata-se em um ombro 25 no substituto inferior do alo-jamento 24 interrompendo, deste modo, a energia descendente da camisaem movimento 30.

A figura 3 mostra o amortecedor de vibrações 40 no detalhe iso-lado. Conforme mostrado, o amortecedor de vibrações 40 é uma inserçãoque tem um corpo cilíndrico com uma aba distai 45 disposta em torno de suaextremidade. De preferência, a passagem interna 41 do amortecedor 40 nãoé menor que o assento de esfera correspondente da camisa (32; figura 1),de modo que outras esferas com diâmetros menores possam passar atravésdo amortecedor 40 para reduzir os assentos de esfera na tubagem. Tam-bém, conforme mostrado na figura 3, o amortecedor de vibrações 40 possuiorifícios 43 dentro dos quais os pinos de cisalhamento (42; Fig. 1) podemencaixar-se, e um anel de vedação em O 44 disposto em torno do amorte-cedor de vibrações 40 pode engatar-se na passagem interna da camisa. Ocorpo do amortecedor de vibrações 40 pode ter uma construção sólida, con-forme mostrado, porém, em outras alternativas o corpo pode ter fendas, ra-nhuras, orifícios ou similares. Por exemplo, a porção distai do amortecedor40 pode incluir uma pluralidade de fendas 47, conforme mostrado, para faci-litar o quebra ou fratura desta porção, conforme discutido abaixo.

Referindo-se à figura 4, a força contínua contra a camisa 30 a-través da pressão de fluido na esfera assentada 12 eventualmente quebraos pinos de cisalhamento 42, interrompendo adicionalmente a energia des-cendente da camisa em movimento 30. Uma vez liberada, a camisa 30 mo-ve-se adicionalmente para baixo dentro do alojamento 20 até a extremidadedistai da camisa 30 alcançar o ombro adjacente 25 e os grampos da camisa38 alcançarem as ranhuras anulares inferiores do alojamento 20. A pressãono amortecedor de vibrações 40 e o impacto da camisa 30 contra a aba dis-tai do amortecedor 40 quebram esta aba 45 ou porção de fraturas da extre-midade do amortecedor em pedaços, conforme mostrado na figura 4.

Para interromper a energia descendente, a área de pistão 44(isto é, o espaço anular entre o amortecedor 40 e o alojamento 20) pode serpreenchido com um material de carga espesso ou viscoso, tal como umagraxa pesada, espuma, ou similar. Esta carga não somente impede o movi-mento descendente da camisa 30 e amortece sua energia, como a força dacamisa 30 contra este material de carga empurra o material para fora destaárea 44. Quando pressionado, a força do material de carga pode implodir aporção inferior do amortecedor de vibrações 40 no processo. Eventualmente,conforme mostrado na figura 5, as peças quebradas do amortecedor podemassentar no substituto inferior 24 se o aparelho de camisa 10 for disposto demaneira horizontal ou, de outro modo, puderem cair no fundo do poço.

Neste ponto, a pressão de fluido destrói a capa destrutível (27;figura 4) que uma vez cobriram as portas de fluxo 26. Agora, a operação defraturamento pode proceder devido ao fato de a esfera assentada 12 desviaro fluido através das portas de fluxo agora abertas 26 (figura 5), de modo queo fluido possa interagir com a formação adjacente (não-mostrada). Após asoperações de fraturamento serem concluídas e, conforme mostrado na figu-ra 6, a esfera 12 pode ser flutuada até a superfície ou laminada. Igualmente,o assento 32 e o restante do amortecedor de vibrações 40 são laminadospara abrirem a passagem através do aparelho de camisa 10 e da tubagem.

Uma vez laminado, o aparelho de camisa 10 pode operar como uma camisadeslizante padrão capaz de ser aberta e fechada através de ferramentasconvencionais.Conforme esclarecido acima, o amortecedor de vibrações 40proporciona uma zona de enrugamento na extremidade inferior da camisa 30que amortece a energia de impacto evita o dano no aparelho de camisa 10.O engate da aba distai 45 do amortecedor 40 com o ombro 25, a quebra dospinos de cisalhamento 42, a interposição da aba 45 entre a camisa 30 e oombro 25, e a fratura ou quebra da porção do amortecedor 40, bem comoqualquer atrito que possa existir entre a camisa 30 e o amortecedor 40 e ouso do material de carga na área 44 pode ajudar a amortecer a energia dacamisa 30 à medida que esta move-se até a posição aberta. De maneiravantajosa, o amortecedor de vibrações 40 não requer que a taxa de bombe-amento seja diminuída antes que a esfera 12 alcance o assento 32, de modoque o aparelho 10 com o amortecedor de vibrações 40 possa economizartempo de soldagem valioso ao tornar a operação de fraturamento mais rápi-da e mais eficiente. Além disso, o amortecedor 40 ajuda a suavizar o danopotencial no aparelho de camisa 10 mesmo de taxas de bombeamento ex-cessivamente altas forem inadvertidamente usadas.

Na posição fechada da figura 1, o amortecedor de vibrações 40estende-se inicialmente a partir da extremidade distai da camisa 30 e posi-ciona-se a uma distância d do ombro 25 do alojamento. Nesta disposição, oamortecedor de vibrações 40 move-se com a camisa 30 durante a abertura eengata-se de maneira subsequente no ombro 25. Como uma disposição al-ternativa mostrada na figura 7, o amortecedor de vibrações 40 pode ter suaaba distai 45 já inicialmente engatada com o ombro 25 quando a camisa 30encontra-se na posição fechada. Novamente, a área 44 pode ser preenchidacom um material de carga, tal como graxa pesada, espuma, ou similar. Du-rante a abertura, o acúmulo de pressão esfera assentada 12 força a camisa30. Eventualmente, os pinos de cisalhamento 42 quebram-se e a camisa 30se move dentro do alojamento 20. Finalmente, a extremidade distai da cami-sa 30 colide e rompe a aba distai 45 do amortecedor, de modo que o amor-tecedor 40 amorteça a energia do movimento da camisa 30, da mesma ma-neira anteriormente descrita.

Conforme anteriormente discutido na figura 3, o amortecedor devibrações 40 pode ter um corpo cilíndrico com a aba distai 45 disposta emtorno de sua extremidade. Em geral, o amortecedor de vibrações 40 pode terqualquer outro formato adequado. Como uma alternativa mostrada nas figu-ras 8A a 8B, o corpo cilindricamente conformado do amortecedor de vibra-ções 40 pode ser retrátil e pode ter uma pluralidade de ondulações 48 aolongo de uma porção de seu comprimento no impacto do amortecedor. No-vamente, a área 44 ao redor destas ondulações 48 pode ser preenchida comum material de carga, tal como graxa pesada, ou similar. De preferência, asenrugações 48 são configuradas para contraírem para dentro da passageminterna do amortecedor, conforme mostrado na figura 8B, de modo que nãointerfiram no movimento da camisa 30 no espaço entre o amortecedor devibrações 40 e o alojamento 20 da camisa.

Nas figuras 9A a 9B, um amortecedor de vibrações alternativo50 é afixado na extremidade distai da camisa em movimento 30. Aqui, umapluralidade de grampos, pinos de cisalhamento ou outros fechos temporários52 fixa o amortecedor de vibrações 50 na extremidade da camisa 30. Con-forme mostrado na figura 9A com a camisa 30 na posição fechada, o amor-tecedor de vibrações 50 é posicionado longe do ombro interno 25. Durante aabertura, o amortecedor de vibrações 50 move-se com a camisa 30 até queo mesmo alcance o ombro 25. Neste ponto, e conforme mostrado na figura9B, o amortecedor 50 absorve o impacto e protege a camisa 30 à medidaque o mesmo sofre impacto com o ombro 25. Para absorver o impacto, osfechos 52 podem quebrar e o amortecedor 50 pode fraturar, deformar, ouambos.

De acordo com os diversos ensinamentos, os amortecedores devibrações descritos no presente documento podem ser compostos pelomesmo material usado para o assento de esfera, tal como um material deferro fundido, porém, qualquer outro material adequado capaz de amortecero impacto e ser posteriormente fresado pode ser usado. Conseqüentemente,os amortecedores de vibrações descritos podem ser feitos de um materialcapaz de se fraturar e/ou deformar durante o impacto e podem ser feitos deferro fundido, alumínio, compósitos, plástico, vidro, cerâmica, etc. Em geral,os amortecedores de vibrações descritos têm um formato cilíndrico, porém,outros formatos também são possíveis. Além disso, os amortecedores devibrações descritos podem ter construção sólida ou podem ter fendas, ra-nhuras, orifícios ou similares para aprimorarem sua capacidade de fraturarou deformar. Conforme notado acima, os pinos de cisalhamento são usadosentre o amortecedor e a camisa. Além de, ou como uma alternativa, o amor-tecedor de vibrações pode ser inicialmente mantido na posição estendidaatravés de mero atrito, elastômeros de vedação em O, grampos móveis ououtra forma de conexão temporária que pode manter inicialmente o amorte-cedor, porém, que pode ser posteriormente quebrada.

A descrição precedente das modalidades preferidas e de outrasmodalidades não tem intenção de limitar ou restringir o escopo ou aplicabili-dade dos conceitos inventivos concebidos pelos requerentes. Em troca dadescrição dos conceitos inventivos contidos no presente documento, os re-querentes desejam os direitos de patente proporcionados pelas reivindica-ções em anexo. Portanto, pretende-se que as reivindicações em anexo in-cluam todas as modificações e alterações em toda a extensão que se encon-tra dentro do escopo das seguintes reivindicações ou equivalentes à mesma.

Claims

1. Aparelho de camisa deslizante, que compreende:um alojamento que tem uma primeira passagem interna, umombro interno e pelo menos uma porta de fluxo;uma camisa móvel dentro da primeira passagem interna em re-lação a pelo menos uma porta de fluxo a partir de uma primeira posição atéuma segunda posição, sendo que a camisa tem uma extremidade distai; eum corpo posicionado adjacente à extremidade distai da camisa,o corpo engatável com o ombro interno e que absorve o movimento da ca-misa a partir da primeira posição até a segunda posição.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que o corpocompreende uma inserção cilíndrica que tem primeira e segunda extremida-des, a primeira extremidade posicionada em uma segunda passagem internada camisa e a segunda extremidade posicionada além da extremidade distaida camisa.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, em que a segundaextremidade da inserção cilíndrica fica posicionada a uma distância do om-bro interno quando a camisa se encontra na primeira posição.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, onde a segundaextremidade compreende uma aba que se estende para dentro de um espa-ço entre a inserção cilíndrica e a primeira passagem interna.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, que compreendeadicionalmente pelo menos um pino de cisalhamento rompível que conecta ocorpo à camisa.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, que compreendeadicionalmente um material disposto em um espaço anular entre o corpo e oalojamento e que impede o movimento da camisa a partir da primeira posi-ção até a segunda posição.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, em que o materialimplode o corpo através da força do movimento da camisa a partir da primei-ra posição até a segunda posição.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que uma por-ção interposta do corpo interpõe-se entre a extremidade distai da camisa e oombro interno do alojamento.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que porçãointerposta é passível de fratura a partir do corpo.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que o corpocompreende um material laminável.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que pelo me-nos uma porção do corpo é deformável.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que a camisacompreende um assento de esfera disposto em uma segunda passageminterna da camisa.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, em que a camisana primeira posição cobre pelo menos uma porta de fluxo e onde a camisana segunda posição expõe pelo menos uma porta de fluxo.

14. Aparelho de camisa deslizante, que compreende:um alojamento que tem uma primeira passagem interna, umombro interno e pelo menos uma porta de fluxo;uma camisa móvel dentro da primeira passagem interna em re-lação à pelo menos uma porta de fluxo a partir de uma primeira posição atéuma segunda posição, sendo que a camisa tem uma segunda passageminterna e uma primeira extremidade distai; euma inserção de pelo menos parcialmente posicionada na se-gunda passagem interna da camisa adjacente à primeira extremidade distai,sendo que inserção tem uma segunda extremidade distai que se estendealém da primeira extremidade distai e é engatável com o ombro interno,sendo que a inserção amortece o movimento da camisa a partir da primeiraposição até a segunda posição.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, em que a inser-ção compreende uma aba disposta em torno de sua segunda extremidadedistai e que se estende para dentro de um espaço entre a inserção e a pri-meira passagem interna.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, em que a aba éinterposta entre a primeira extremidade distai da camisa e o ombro internodo alojamento.

17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, em que umaporção da segunda extremidade distai é passível de fratura a partir da inserção.

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, em que a se-gunda extremidade distai da inserção fica posicionada a uma distância doombro interno quando a camisa encontra-se na primeira posição.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, que compreen-de adicionalmente pelo menos um pino de cisalhamento rompível que co-necta a inserção à camisa.

20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, que compreen-de adicionalmente um material disposto em um espaço anular entre a inser-ção e o alojamento e que impede o movimento da camisa a partir da primeira posição até a segunda posição.

21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 20, em que o mate-rial implode a inserção através da força do movimento da camisa a partir daprimeira posição até a segunda posição.

22. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, em que a inserção compreende um material laminável.

23. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, em que a inser-ção compreende uma pluralidade de enrugações que torna pelo menos umaporção da inserção deformável.

24. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, em que a cami-sa compreende um assento de esfera disposto na segunda passagem inter-na.

25. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, em que a cami-sa na primeira posição cobre pelo menos uma porta de fluxo, e sendo que acamisa na segunda posição expõe pelo menos uma porta de fluxo.

26. Aparelho de camisa deslizante, que compreende:um alojamento que tem uma primeira passagem interna, umombro interno e pelo menos uma porta de fluxo;uma camisa móvel dentro da primeira passagem interna em relação à pelo menos uma porta de fluxo a partir de uma primeira posição até uma segunda posição, sendo que a camisa tem uma extremidade distai; eum meio para amortecer o movimento da camisa a partir da primeira posição até a segunda posição.

27. Aparelho, de acordo com a reivindicação 26, em que o meio para amortecimento compreende um meio de engate contra o ombro interno.

28. Aparelho, de acordo com a reivindicação 27, em que o meio para amortecimento compreende um meio para desconectar de maneira rompível a camisa no engate contra o ombro interno.

29. Aparelho, de acordo com a reivindicação 26, em que o meio para amortecimento compreende um meio de fraturamento contra o ombro interno.

30. Aparelho, de acordo com a reivindicação 26, em que o meio para amortecimento compreende um meio para interposição entre o ombro interno e a extremidade distai da camisa.

31. Aparelho, de acordo com a reivindicação 26, em que o meio para amortecimento compreende um meio de deformação contra o ombro interno.

32. Aparelho, de acordo com a reivindicação 26, que compreende adicionalmente um meio para impedir o movimento.

33. Aparelho, de acordo com a reivindicação 26, em que o meio para impedimento compreende um meio para implodir o meio para amortecer o movimento da camisa a partir da primeira posição até a segunda posição.