BRPI0905800A2

BRPI0905800A2 - método e aparelho para testar materiais infláveis

Info

Publication number: BRPI0905800A2
Application number: BRPI0905800-1A
Authority: BR
Inventors: Kim Nutley; Brian Nutley
Original assignee: Swelltec Ltd
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2011-03-29
Also published as: US8396667B2; EP2182166A3; GB0819749D0; US20130151154A1; GB2464823A; CA2683430A1; GB2464823B; US20100138158A1; GB0918889D0; EP2182166A2

Abstract

MéTODO E APARELHO PARA TESTAR MATERIAIS INFLáVEIS. A presente invenção refere-se a um método e um aparelho parauso em teste das características de inchamento de componentes expansíveis usados em equipamento de exploração ou produção subterrâneo, tal como agentes de vedação expansíveis. Um método de medida de uma peça de teste, usando um aparelho de teste com uma câmara de fluido e um transdutor, é descrito. Os dados medidos podem ser comparados com os dados medidos de uma seção de amostra de uma ferramenta, para determinar uma relação entre as características de inchamento. As relações deter- minadas podem ser depois usadas para calcular ou prever as características de inchamento de componentes expansíveis, por exemplo, projetados de agentes de vedação particulares, em amostras de fluidos específicos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO EAPARELHO PARA TESTAR MATERIAIS INFLÁVEIS".

A presente invenção se refere a um método e a um aparelhopara teste de materiais expansíveis, em particular, a um método e a um apa-relho para testar as características de inchamento de materiais e equipa-mentos usados em equipamento para furo de sondagem subterrâneo para aexploração e as indústrias de produção de petróleo e gás.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os materiais expansíveis têm sido usados em uma gama de e-quipamentos para exploração e produção de petróleo e gás. De forma maisnotável, materiais expansíveis foram usados em agentes de vedação de fu-ros de poços, para criar um selo em um espaço anular, entre uma tubulaçãoe uma parede circundante de um furo encamisado ou um poço de furo a céuaberto. Um agente de vedação de inchamento típico inclui uma manta dematerial elastomérico de inchamento, formado em torno de um corpo tubular.O elastômero de inchamento é selecionado para aumentar em volume porexposição a pelo menos um fluido detonador, que pode ser fluido de hidro-carboneto ou um fluido aquoso ou salmoura. O agente de vedação é coloca-do em um local de furo de sondagem subterrâneo no seu estado não incha-do, não-expandido, no qual é exposto a um fluido de furo de poço e provo-cado a inchar. O projeto, as dimensões e as característica de inchamentosão selecionados de modo que a manta de inchamento crie um selo de flui-do no anel tubular, isolando, desse modo, uma seção do furo de poço daoutra. Os agentes de vedação de inchamento têm várias vantagens em rela-ção aos agentes de vedação convencionais, incluindo a atuação passiva, asimplicidade de construção e a robustez em aplicações de isolamento delongo prazo. Os exemplos de agentes de vedação de inchamento e de mate-riais adequados são descritos na patente GB 2411918.

As características de inchamento do agente de vedação são crí-ticas para o desempenho adequado dele. As características de inchamentoimportantes incluem a taxa de inchamento, o tempo necessário para que asuperfície externa da manta atinja e entre em contato com a superfície ex-terna (que pode ser referido como geralmente "tempo de contato"), e o tem-po que leva para atingir o ponto de pressão interna máxima exercida peloagente de vedação na superfície circundante (que pode ser referido geral-mente como "tempo de envolvimento"). As características de inchamentosão dependentes de vários fatores, incluindo os materiais usados, as dimen-sões e o projeto da ferramenta, as condições do furo de poço (incluindotemperatura e pressão), e o fluido ou os fluidos aos quais a ferramenta éexposta.

É conhecido na técnica como conduzir testes em agentes devedação de inchamento, por colocação de uma amostra representativa doagente de vedação em um fluido. Uma seção de agente de vedação deamostra típico é mostrada na Figura 1, genericamente ilustrada em 10. Umacapa de inchamento 12 é formada em um tubo ou mandril 14, de acordo comtécnicas de fabricação convencionais, e tem um diâmetro externo conhecidoe, desse modo, uma espessura de capa conhecida. A seção do agente devedação 10 é formada por corte de um pequeno comprimento, por exemplo,de 8 a 15 cm, pelas manta 12 e tubo 14. A seção do agente de vedação deamostra 10 é colocada em um banho de fluido (não mostrado), que contémum hidrocarboneto ou um fluido aquoso ou salmoura, usado para o teste. Obanho de fluido é localizado dentro de uma estufa, que pode ser aquecida àstemperaturas típicas do furo de poço. Por exemplo, a estufa pode ser ope-rante para aquecer o fluido e a seção do agente de vedação 10 a uma tem-peratura em torno de 80 a 150°C. A seção do agente de vedação 10 é dei-xada no banho de fluido pela duração do teste (que pode ser de vários dias).A intervalos regulares durante o teste, a estufa é aberta, a seção do agentede vedação é removida e o diâmetro externo é medido manualmente por usode um medidor de calibre. Os dados de medida para essas seções de agen-te de vedação 10 são considerados, geralmente, pela indústria como sendorepresentativos dos tempos de inchamento de uma ferramenta completa demesmas dimensões radiais e configuração, em um meio ambiente de furo depoço.

A Figura 2 é uma representação gráfica da variação de espessu-ra, expressa como um percentual da espessura original, versus o tempo deexposição de uma seção de agente de vedação 10, com um diâmetro exter-no inicial de aproximadamente 146 mm (5,75 polegadas), em um tubo debase tendo um diâmetro externo de aproximadamente 114 mm (4,5 polega-das). A seção do agente de vedação 10 desse exemplo tinha uma capa deinchamento 12, formada de borracha de etileno - propileno - dieno (EPDM)da classe M, e foi exposta a Clairsol® (um fluido de hidrocarboneto) a 90°C.Os dados mostram que o tempo levado para que a seção de amostra incheao seu volume máximo (com um aumento percentual de espessura em tornode 80%) é em torno de 600 horas ou 25 dias.

Um agente de vedação vai ser disposto em, e vedando, um furode poço de diâmetro interno conhecido. Por exemplo, o agente de vedação10 para os dados de teste da Figura 2, é elaborado para selagem com umfuro de diâmetro interno na faixa de cerca de 152,4 a 172,7 mm (6 a 6,8 po-legadas). As medidas de interesse particular são o tempo decorrido para queuma capa de inchamento aumente em diâmetro externo, para entrar em con-tato com uma superfície circundante de um furo de poço de um diâmetrointerno particular (o "tempo de contato"), e o tempo levado para que a capade inchamento exerça a sua pressão interna máxima contra uma superfíciede selagem de um diâmetro interno particular (o "tempo de envolvimento").No exemplo da Figura 2, o agente de vedação tem um tempo de contato de60 horas com um furo de poço de cerca de 155,6 mm (6,125 polegadas).

A execução desses teste em seções de agentes de vedação re-quer uma estufa e uma câmara de fluido adequada, que carece de portabili-dade e toma um espaço valioso em uma instalação de exploração ou insta-lação. A condução dos testes é intensa em mão de obra e pode ser arrisca-da, devido à natureza dos fluidos usados e às temperaturas elevadas. Omanuseio físico das seções de amostra pode ser difícil ou inseguro, quandoas seções do agente de vedação tenham sido expostas a um fluido, particu-larmente a altas temperaturas. A medida do diâmetro externo é propensa aerro, particularmente porque o material expansível é macio e pode ser de-formado pelos calibradores. Muito pessoal pode ser necessário para medir odiâmetro externo a diferentes tempos de medida, e cada pessoa pode fazeruma medida por uma técnica ligeiramente diferente, introduzindo mais incer-teza nos dados de medida. Os longos tempos de inchamento das seções deagente de vedação de amostra são inconvenientes para uma rápida medidadas características de inchamento. Os longos tempos de teste também au-mentam a probabilidade de uso de muito pessoal para medir o diâmetro ex-terno, e, portanto, aumenta a probabilidade de medidas inconsistentes. Oslongos tempos de teste limitam a repetibilidade dos testes e reduzem a prati-cidade dos testes sendo conduzidos para múltiplas amostras de fluido. Es-ses fatores se combinam para reduzir a qualidade dos dados de medida dis-poníveis.

Com a seção de agente de vedação de amostra 10 da técnicaanterior, as extremidades do elemento de inchamento 12 são expostas aofluido de teste, o que aumenta a razão de área superficial para volume emcada extremidade da seção 10, relativa à razão de área superficial para vo-lume no seu ponto intermediário axial. Isso significa que a taxa de inchamen-to do elemento de inchamento, na extremidade da seção de amostra 10, éprovável de ser maior do que a taxa de inchamento no seu ponto intermediá-rio axial, provocando inchamento desuniforme, que pode ter um efeito ad-verso na precisão das medidas do diâmetro externo.

A indústria tende a fazer suposições sobre as características deinchamento de materiais expansíveis em diferentes fluidos. Por exemplo, umaumento de modelo de volume simplificado de elastômeros de inchamentoconsidera que a taxa de inchamento de um material expansível depende,basicamente, da viscosidade do fluido ao qual é exposto. Consequentemen-te, uma seção de agente de vedação de amostra 10 pode ser testada em umfluido de baixa viscosidade (por exemplo, 1 cP), com medidas de variaçãopercentual em espessura ao longo do tempo sendo feitas. As medidas tam-bém podem ser feitas para uma seção de agente de vedação de amostraidêntico em uma maior viscosidade de fluido (por exemplo, 100 cP ou 100mPa). Para prever as características de inchamento de uma seção de agen-te de vedação, em uma determinada amostra de fluido de furo de poço comuma diferente viscosidade, os dados de medida vão ser interpolados ou ex-trapolados, em vez da repetição dos testes na amostra de fluido de furo depoço.

Adicionalmente, em alguns modelos simplificados, o tempo deenvolvimento, para um diâmetro interno particular, é considerado como sen-do um multiplicador constante do tempo de contato. Esse modelo simplifica-do é imperfeito, porque não considera os diferentes pontos finais de incha-mento de um material expansível, em diferentes amostras de fluido. Por e-xemplo, uma seção de amostra de agente de vedação, exposta a um fluidode hidrocarboneto com viscosidade de 1 cP, pode ter um grau máximo deinchamento de, por exemplo, 75% da espessura original da capa, enquantoque o ponto final de inchamento de uma amostra de ferramenta idêntica, emum diferente fluido de hidrocarboneto, pode ter uma viscosidade de 1 cP,pode ser um ponto final de inchamento de 80% da espessura original da ca-pa. A Figura 3 é uma representação gráfica de um perfil de inchamento deduas seções de amostra idênticas, em diferentes fluido à base de hidrocar-boneto com a mesma viscosidade (1,5 cP). A representação mostra que ascaracterísticas de inchamento da amostra no Fluido 1 (que era o queroseneespecial Clairsol 350MHF®) são diferentes das características de inchamen-to da amostra no Fluido 2 (que era um gasóleo), a despeito dos fluidos deteste terem a mesma viscosidade de fluido. Diferentes pontos finais de in-chamento têm um efeito no tempo de contato e no tempo de envolvimento, oque não é considerado para um modelo que se baseia apenas nos efeitos daviscosidade. Isso ilustra que seria vantajoso considerar os tipos de fluido,quando da determinação das características de inchamento.

Está entre os alvo e os objetos da invenção proporcionar méto-dos, aparelho de teste e peças de teste, que superem ou atenuem as defici-ências dos procedimentos e do aparelho de teste convencionais.

Outros alvos e objetos da invenção vão ficar evidentes da des-crição apresentada a seguir.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, proporciona-se um método de teste de um componente de inchamento para equipamentode exploração ou produção de hidrocarboneto em furo de sondagem subter-râneo, o método compreendendo as etapas de:

proporcionar uma peça de teste compreendendo um materialexpansível em uma câmara de fluido de um aparelho de teste;

expor a peça de teste a um fluido detonador; emedir, usando um transdutor do aparelho de teste, uma caracte-rística de inchamento da peça de teste, para proporcionar um conjunto dedados de medida de peça de teste.

A peça de teste pode ser uma pequena peça de teste portátil,que seja de fácil manuseio e que pode ser testada em um pequeno aparelhode teste portátil. As características de inchamento medidas podem ser, porexemplo, a espessura (ou outra dimensão) da peça de teste, ou uma pres-são exercida pela peça de teste durante o inchamento.

O método pode compreender a etapa adicional de transmitir oconjunto de dados de medida a um meio de processamento de dados. Omeio de processamento de dados pode ser um computador pessoal ou podeser, alternativamente, um módulo de processamento de dados dedicado.

O método pode compreender gerar um relatório da característicade inchamento. De preferência, o conjunto de dados de medida compreendeséries em tempo de uma característica de inchamento, e o método compre-ende gerar um relatório do conjunto de dados de medida com uma caracte-rística ou parâmetro de inchamento variável com o tempo.

O fluido pode compreender um fluido de hidrocarboneto. Alterna-tivamente, ou além do mais, o fluido pode compreender um fluido aquoso ousalmoura. O fluido pode ser uma amostra de um fluido ao qual o equipamen-to de furo de sondagem subterrâneo vai ser exposto em um furo de poço.

Desse modo, quando do teste de um material expansível, para uso em umequipamento de furo de sondagem subterrâneo para uma instalação de furode poço particular, uma amostra de fluido de furo de poço, usada nessa ins-talação, pode ser usada no método para medir uma característica de incha-mento da amostra nesse fluido. O fluido pode ser uma lama de perfuração,um fluido de completamente ou um fluido de produção. Outros fluidos estãodentro do âmbito da invenção.

O método pode compreender a etapa de expor a amostra a umsegundo fluido, ou a uma segunda mistura de fluidos. Desse modo, a amos-tra pode ser exposta a primeiro fluido por um período de tempo, com as ca-racterísticas de inchamento medidas durante esse período. A amostra podeser exposta a um segundo fluido, diferente do primeiro, por um segundo pe-ríodo de tempo, para medir a característica de inchamento da amostra,quanto exposta ao segundo fluido.

O método pode compreender a etapa adicional de circulação defluido na câmara. Desse modo, de acordo com uma concretização, a amos-tra pode ser exposta a um primeiro fluido, por um período de tempo, seguin-te ao qual o primeiro fluido pode ser circulado para fora de uma câmara esubstituído por um segundo fluido. Após um outro período, o primeiro fluidopode ser circulado na câmara para substituir o segundo fluido. Alternativa-mente, um terceiro fluido pode substituir o segundo fluido. De acordo comessa concretização, o método pode simular a exposição da amostra a dife-rentes fluidos, como pode ocorrer durante a disposição do equipamento defuro de sondagem subterrâneo, ou durante o período de tempo operacionaldo equipamento de furo de sondagem subterrâneo. Por exemplo, o métodopode ser usado para monitorar o efeito da circulação de um fluido de com-pletamente, tal como uma salmoura, depois do equipamento, antes de serexposto a fluido de hidrocarboneto, tal como um fluido de perfuração ou hi-drocarbonetos produzidos. O método propicia a medição de uma caracterís-tica de inchamento a ser medida por exposição a diferentes tipos de fluido.

O método pode compreender a etapa de aquecimento e/ou res-friamento da câmara do aparelho. O método pode simular, portanto, as con-dições do furo de poço, e, em particular, pode expor a amostra a um meioambiente similar àquele encontrado em uma instalação de furo de poço desondam subterrâneo. Em particular, o método pode compreender a etapa deaumentar a temperatura da peça de teste. Desse modo, o método pode si-mular um aumento de temperatura, experimentado pelo equipamento de furode sondagem subterrâneo, durante operação. O método pode compreendera etapa de introduzir uma variação de temperatura aguda à câmara. Issopode simular a injeção de um fluido passado pelo aparelho de inchamento, ofluido estando a uma temperatura diferente das condições ambientais nofuro de poço. Essas condições podem ocorrer, por exemplo, durante umaoperação de limpeza de furo de poço.

A variação do perfil de temperatura da câmara pode compreen-der a etapa de circular um fluido na câmara a uma temperatura diferente. Ométodo pode incluir a etapa de aquecimento ou resfriamento da amostra oufluido por um aquecedor de efeito Joule ou um dispositivo Peltier.

O método pode compreender a etapa adicional de determinaruma relação entre uma característica de inchamento da peça de teste e umacaracterística de inchamento de uma ferramenta de furo de sondagem sub-terrâneo. A relação pode ser, em particular, um escalonamento de domíniode tempo entre as respectivas séries em tempo. O método pode tambémcompreender calcular os dados de inchamento para um componente de in-chamento de equipamento de exploração ou produção de hidrocarboneto, apartir dos dados de medida da peça de teste, usando uma relação determi-nada entre uma característica de inchamento da peça de teste e uma carac-terística de inchamento do componente de inchamento.

O método pode compreender proporcionar dados de configura-ção de componente de inchamento, e armazenar os dados de configuraçãode componente de inchamento em uma base de dados com a relação de-terminada. Os dados de configuração de componente de inchamento sãodados sobre o componente e podem , por exemplo, incluir pelo menos umde: dimensões do componente de inchamento; forma do componente de in-chamento; materiais usados no componente de inchamento; e técnicas deconstrução usadas para formar o componente de inchamento. Portanto, umarelação determinada pode ser atribuída ou identificada com um componentede inchamento particular.

O método pode incluir a dedução de uma razão de uma dimen-são do componente de inchamento para uma dimensão da peça de teste, apartir dos dados de configuração do componente de inchamento. Por exem-plo, uma razão da espessura de um componente de inchamento para a es-pessura do material expansível na peça de teste pode ser deduzida a partirdos dados de configuração do componente de inchamento.

O método pode compreender as etapas de:

a. proporcionar um conjunto de dados de medida adicional,compreendendo dados de medida correspondentes a uma característica deinchamento de componente de inchamento adicional; e

b. comparar o primeiro e o conjunto de dados de medida adicio-nal, para determinar uma relação adicional entre uma característica de in-chamento de peça de teste e a característica de inchamento de componentede inchamento adicional.

Portanto, para um único teste de uma peça de teste, as relaçõespodem ser determinadas com os componentes de inchamento de diferentesconfigurações e armazenadas em uma base de dados.

O método como reivindicado pode compreender repetir as eta-pas a. e b., para pelo menos um outro componente de inchamento, e arma-zenar a pluralidade de relações determinadas em uma base de dados, comos dados de configuração do componente de inchamento.

Por exemplo, no contexto de agentes de vedação de inchamen-to, as relações com aos perfis de inchamento de agentes de vedação, dediferentes tamanhos, podem ser calculadas. Isso pode ser repetido com asrelações armazenadas na base de dados.

O método também pode compreender a dedução de uma outrarelação, entre os dados de configuração do componente de inchamento e apluralidade de relações determinadas. Por exemplo, uma outra relação entrea razão da espessura de um componente de inchamento para a espessurado material expansível na peça de teste, o multiplicador de escalonamentodo domínio de tempo pode ser determinado. Isso propicia a previsão dascaracterísticas de inchamento de uma configuração de ferramenta, mesmoquando uma configuração de ferramenta específica não foi testada.

De acordo com um segundo aspecto da invenção, proporciona-se um aparelho para testar uma característica de inchamento de um materialusado em um componente de inchamento de equipamento de exploração ouprodução de hidrocarboneto de furo de sondagem subterrâneo, o aparelhocompreendendo: uma câmara de fluido configurada para receber um fluido euma peça de teste compreendendo um material expansível; e um transdutorpara medir uma característica de inchamento da peça de teste.

O aparelho pode compreender uma linha de saída para transmi-tir os dados de medida do transdutor, que pode ser operante para medir umadimensão da peça de teste, tal como uma espessura. O transdutor pode serum transdutor de não-contato, que rastreia o movimento de um alvo acopla-do à peça de teste. Em uma concretização, o transdutor é um transdutor decorrente parasita e é disposto para medir uma corrente parasita no alvo. Oalvo pode ser configurado para movimentar-se em correspondência com umaumento em volume do material expansível da peça de teste. Alternativa-mente, o transdutor pode ser um transdutor de contato.

Uma placa móvel pode ser proporcionada, que pode ser propor-cionada e configurada para movimente em uma única direção (que é, de pre-ferência, vertical). A placa móvel se movimenta em correspondência a umaumento em volume do material expansível da peça de teste. Em que otransdutor é um transdutor de contato, o elemento móvel é disposto paraentrar em contato com a cabeça do transdutor. O elemento móvel pode con-ferir uma força ou pressão no transdutor.

O aparelho pode incluir um sistema de controle de temperatura,que pode ter um elemento de aquecimento operante para aquecer fluido nacâmara de fluido, e pode compreender um circuito em anel de realimentaçãode temperatura. O aparelho pode compreender uma entrada e/ou uma saídapara a câmara, e pode ser configurado para a circulação de fluido na câmarade fluido, pelas entrada e saída.

O aparelho pode ser parte de um sistema de componentes por-táteis, que podem compreender um ou mais de uma unidade de registro dedados, uma unidade de suprimento de energia e/ou uma interface para umcomputador portátil.De acordo com um terceiro aspecto da invenção, proporciona-seum método de análise de dados, obtidos de um teste de um componente deinchamento de equipamento de exploração ou produção de hidrocarbonetode furo de sondagem subterrâneo, o método compreendendo as etapas de:

proporcionar um primeiro conjunto de dados de medida, com-preendendo os dados de medida correspondentes a uma característica deinchamento da peça de teste;

proporcionar um segundo conjunto de dados de medida, com-preendendo os dados de medida correspondentes a uma característica deinchamento do componente de inchamento; e

comparar os primeiro e segundo conjuntos de dados de medidapara determinar uma relação entre uma característica de inchamento da pe-ça de teste e uma característica de inchamento do componente de incha-mento.

O primeiro conjunto de dados de medida pode compreender osdados correspondentes a uma espessura da peça de teste, e o segundoconjunto de dados de medida pode compreender os dados correspondentesa uma dimensão do componente de inchamento. O segundo conjunto dedados de medida pode ser, por exemplo, os dados correspondentes a umdiâmetro externo do componente de inchamento (que pode ser um agentede vedação de furo de poço de inchamento).

O segundo conjunto de dados de medida pode ser medido deuma amostra de componente de inchamento, tal como uma amostra de se-ção de agente de vedação ou um modelo de ferramenta, ou pode ser de umteste de ferramenta em escala total.

De preferência, os conjuntos de dados são séries em tempo, quepodem ser comparadas para dedução de um multiplicador de escalonamen-to de domínio de tempo para os valores de tempo de um das séries em tem-po. Desse modo, a relação entre as respectivas características de inchamen-to pode ser um fator de escalonamento de tempo. Desse modo, quando ocomponente de inchamento é um agente de vedação, a peça de teste podecompreender uma peça fina de material expansível, que incha mais rápidodo que um agente de vedação de tamanho integral. O multiplicador de do-mínio de tempo pode ser aplicado aos valores de tempo para a peça de tes-te, para proporcionar um perfil de inchamento, que é comparável àquele doagente de vedação.

Em uma concretização, uma pluralidade de relações determina-das é obtida para diferentes componentes de inchamento ou projetos de fer-ramenta, e as relações determinadas podem ter uma correlação com os pa-râmetros ou aspectos dos componentes de inchamento. Por exemplo, umarelação pode ser determinada entre o multiplicador de escalonamento dedomínio de tempo e a razão de espessura do material expansível da peça deteste e a espessura de uma capa de um agente de vedação inchamento.Isso propicia a previsão ou cálculo de uma relação para um projeto de fer-ramenta a partir dos dados medidos, que pode ser, por sua vez, usada paraprever as características de inchamento de uma ferramenta, mesmo quandoo próprio projeto da ferramenta não foi testado. Uma base de dados podeser feita a partir das relações determinadas.

De acordo com um quarto aspecto da invenção, proporciona-seum método de cálculo de dados de inchamento para um componente de in-chamento de equipamento de exploração ou produção de hidrocarboneto defuro de sondagem subterrâneo, o método compreendendo as etapas de:

proporcionar um conjunto de dados de medida de peça de teste,obtido por disposição de uma peça de teste, compreendendo um materialexpansível em uma câmara de fluido de um aparelho de teste, exposição dapeça de teste a um fluido, e medição de uma característica de inchamentoda peça de teste; e

calcular os dados de inchamento para o componente de incha-mento a partir do conjunto de dados de medida da peça de teste, usandouma relação entre uma característica de inchamento da peça de teste e umacaracterística de inchamento do componente de inchamento.

O método pode compreender a obtenção do conjunto de dadosde medida da peça de teste por condução de um teste na peça de teste, ouas etapas de obtenção dos dados podem ser conduzidas separadamente(em outro local), com os dados usados posteriormente no método desse as-pecto da invenção.

Uma operação de furo de poço pode ser simulada, por exemplo,por alteração de um ou mais da composição do fluido, volume do fluido,temperatura do fluido, ou temperatura da peça de teste durante o teste. Ofluido pode ser selecionado para corresponder a um fluido ao qual o compo-nente de inchamento vai ser exposto durante uma operação de furo de son-dagem subterrâneo, e pode ser uma amostra efetiva do fluido do furo de po-ço, ao qual o componente de inchamento vai ser exposto durante a opera-ção do furo de poço.

A adequabilidade do componente de inchamento para uma ope-ração de secador de ar de membrana pode ser determinada, com base nosdados de inchamento calculados. O método pode ser repetido para calcularos dados de inchamento para uma pluralidade de componentes de incha-mento, usando as relações entre uma característica de inchamento da peçade teste e as respectivas características do componente de inchamento.

Quando o componente de inchamento é uma parte do agente devedação do furo de poço, um ou mais dos parâmetros apresentados a seguirpodem ser calculados para determinar o desempenho e/ou a adequabilidadedo agente de vedação para uma operação particular: um tempo no qual oagente de vedação vai entrar em contato com uma parede do furo de poçode dimensões conhecidas; um tempo no qual o agente de vedação vai exer-cer a sua pressão máxima contra uma parede do furo de poço; ou uma clas-sificação de diferencial de pressão para o agente de vedação em um furo depoço de dimensões conhecidas.

De acordo com um quinto aspecto da invenção, proporciona-seum método de formação de uma peça de teste para um componente de in-chamento, para um equipamento de exploração ou produção de furo de son-dagem subterrâneo, o método compreendendo:

proporcionar um substrato substancialmente plano de um mate-rial de não inchamento; e

ligar uma camada de material expansível, selecionado para au-mentar em volume por exposição a pelo menos um fluido detonador nosubstrato.

De preferência, a peça de teste é substancialmente plana. Osubstrato pode ser metal e, particularmente, é aço. O substrato pode ser umdisco de material metálico, tendo um recesso formado em uma face do dis-co. O material expansível pode ser moldado no recesso do disco.

O material expansível pode ser ligado ao substrato na base dorecesso e pode ser também ligado nas paredes laterais do recesso.

O disco pode ter uma espessura na faixa de 1 a 5 mm. O reces-so pode ter uma profundidade na faixa de 0,5 a 4 mm. O recesso tem, depreferência, uma profundidade de aproximadamente 2 mm. O material ex-pansível pode ter uma espessura correspondente à profundidade do reces-so. A espessura é selecionada para proporcionar portabilidade, juntamentecom uma taxa de inchamento rápida, equilibrada com um tempo de incha-mento global razoavelmente longo, para permitir que dados suficientes se-jam colhidos.

De acordo com um sexto aspecto da invenção, proporciona-seuma peça de teste para uso em um método de teste de uma característicade inchamento de um componente de inchamento, para equipamento deexploração ou produção de furo de sondagem subterrâneo, a peça de testecompreendendo um substrato plano, tendo um recesso, e um material ex-pansível selecionado para aumentar em volume por exposição a pelo menosum fluido detonador moldado no recesso.

De acordo com um sétimo aspecto da invenção, proporciona-seuma seção de agente de vedação para testar uma característica de incha-mento de um agente de vedação de furo de poço de inchamento, em ummeio ambiente controlado, a seção do agente de vedação compreendendo:uma parte corpo substancialmente cilíndrica tendo uma superfície externa;pelo menos um recesso anular definido no corpo; e um material expansíveldisposto no recesso anular, o material expansível selecionado para aumen-tar em volume por exposição a pelo menos um fluido detonador; em que odiâmetro externo da superfície externa corresponde ao diâmetro externo deum anel de extremidade no agente de vedação do furo de poço, e o diâmetroexterno definido por uma base do recesso corresponde ao diâmetro externode um tubo de base do agente de vedação do furo de poço, de modo que omaterial expansível defina um corpo de inchamento, que corresponde àsdimensões radiais de uma capa de inchamento do agente de vedação dofuro de poço.

De preferência, o material expansível é ligado à parte corpo nasuperfície, definindo a base do recesso anular. O material expansível podeser alternativamente, ou além do mais, ligado à parte corpo nas paredes Ia-terais estendendo-se radialmente, que definem o recesso anular.

O recesso anular pode ser formado na parte corpo por um pro-cesso de trabalho à máquina. Alternativamente, ou além do mais, o recessoanular pode ser definido, pelo menos parcialmente por um anel na posiçãovertical de um elemento de base cilíndrico ou mandril da parte corpo. O anelpode ser deslizado no elemento de base cilíndrico, ou ser, alternativamente,rosqueado no elemento de base cilíndrico.

O material expansível pode encher substancialmente o recessoanular, de modo que a superfície externa do corpo de inchamento fica renteà superfície cilíndrica externa da parte corpo.

O modelo de agente de vedação pode compreender uma plurali-dade de recessos anulares. Os recessos anulares podem ser formados adiferentes profundidades.

O material expansível pode ser selecionado para aumentar emvolume por exposição a um fluido detonador de hidrocarboneto, um fluidodetonador aquoso, ou pode ser um material expansível híbrido que aumentaem volume por exposição a qualquer fluido detonador de hidrocarboneto ouaquoso. O material expansível pode compreender uma borracha de monô-mero de etileno - propileno - dieno (EPDM).

As concretizações dos diferentes aspectos da invenção podemcompreender aspectos opcionais ou preferidos de qualquer outro aspectopreferido da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSPara auxiliar um entendimento mais completo da invenção, con-cretizações exemplificativas vão ser descritas a seguir, com referência aosseguintes desenhos:

a Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma seção de amostrade um agente de vedação inchável;

a Figura 2 é uma representação gráfica de perfil de inchamentode uma seção de amostra de uma capa inchável;

a Figura 3 é uma representação gráfica de perfil de inchamentode duas seções de amostra idênticas, em diferentes fluidos de hidrocarbone-tos com a mesma viscosidade;

as Figuras 4A e 4B são, respectivamente, vistas em perspectivae seccional de uma peça de teste, de acordo com uma concretização da in-venção;

a Figura 5 é uma vista seccional de um molde usado para formara peça de teste da Figura 4, de acordo com uma concretização da invenção;

a Figura 6 é uma vista seccional de um aparelho de teste, deacordo com uma concretização da invenção;

a Figura 7 é uma vista seccional de um aparelho de teste, deacordo com uma concretização alternativa da invenção;

a Figura 8 é uma representação gráfica da variação de espessu-ra versus tempo para uma peça de teste de uma concretização da invenção;

a Figura 9 é uma vista seccional de uma parte de um aparelhode teste, de acordo com uma outra concretização alternativa da invenção;

a Figura 10 é uma representação gráfica de pressão versustempo, medida usando o aparelho da Figura 9;

a Figura 11 é um diagrama de blocos mostrando esquematica-mente as etapas de um método de coleta de dados de teste, de acordo comuma concretização da invenção;

a Figura 12 é um diagrama de blocos mostrando esquematica-mente as etapas de um método de prever uma característica de inchamentode uma ferramenta, de acordo com uma concretização da invenção;

a Figura 13 é uma representação gráfica de perfis de inchamen-to com diferentes configurações;

a Figura 14 é uma representação gráfica de dados de medida daferramenta e de dados de medida da peça de teste reescalonada;

a Figura 15 é uma representação gráfica de multiplicadores deescalonamento, determinados pela método da Figura 11, contra a razão daespessura do componente da ferramenta para a espessura da peça de teste;

a Figura 16 é uma representação gráfica comparando um perfilde inchamento previsto de uma ferramenta com um perfil de inchamentomedido;

as Figuras 17A e 17B são, respectivamente, vistas em perspec-tiva e seccional de uma seção de amostra de agente de vedação, de acordocom uma concretização da invenção;

a Figura 18 mostra componentes de um sistema portátil, de a-cordo com uma concretização da invenção; e

a Figura 19 é uma vista seccional do aparelho de teste, de acor-do com uma concretização alternativa da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS

Com referência às Figuras 4A e 4B, mostra-se uma peça de tes-te, ilustrada genericamente em 30, na forma de um corpo de prova plano. Apeça de teste 30 facilita os métodos aperfeiçoados de teste de característi-cas de inchamento, e pode ser usada com o aparelho de acordo com asconcretizações da invenção. A peça de teste 30 compreende um substrato32, que age como um transveículo e suporte para um material expansível34. O substrato 32 é na forma de um disco plano, tendo uma espessura deaproximadamente 3,05 mm (0,12 polegada). O disco é formado de um metaladequado, tal como aço carbono. Um recesso circular 36 é formado em umaface 38 do disco, a uma profundidade de aproximadamente 2,16 mm (0,085pol). O recesso 36 é cheio com um material expansível 34, que pode serqualquer material usado em componentes de inchamento de equipamentode campos de petróleo, que são projetados para aumentar em volume porexposição a um fluido detonador. Nesse exemplo, o material expansível éborracha de etileno - propileno - dieno (EPDM) da classe M, usada para for-mar a capa de inchamento em um agente de vedação de furo de sondagemsubterrâneo. A borracha EPDM aumenta em volume por exposição a umfluido de hidrocarboneto, tal como o óleo produzido. Outros materiais, quesão conhecidos por inchar em fluidos de hidrocarbonetos ou aquosos, ousalmouras, são conhecidos na técnica e estão dentro do âmbito da invenção.

O substrato 32 é trabalhado à máquina, e a peça de teste 30 écompletada em um processo de moldagem. A Figura 5 mostra esquemati-camente uma seção por um molde, ilustrado genericamente em 40, usadopara formar a peça de teste 30. O substrato 32 é colocado dentro de umacâmara 42 no molde 40. Um agente aglutinante é aplicado à superfície infe-rior e às paredes laterais do recesso 36, e o material expansível não curadoé injetado no recesso 36. O molde 40 é montado e pressão vai ser aplicadaà superfície superior do material expansível 34, para garantir aglutinação aosubstrato e formação da peça de teste 30 na forma desejada. Dependendodas propriedades do material expansível usado, calor pode ser aplicado paracurar o material expansível. A peça dè teste resultante 30 pode ser acabada,por exemplo, por trabalho à máquina, para proporcionar uma superfície su-perior 37 do material expansível, que fica rente à face 38 do substrato 32. Apeça de teste 32 é ligada ao substrato na sua superfície inferior e nas suaspartes laterais, com uma superfície não ligada 37. Isso é comparável com oelemento de inchamento de um agente de vedação de furo de poço, que vaiser tipicamente ligado a um tubo de base na sua superfície inferior e calibraranéis ou extremidades de anéis nas superfícies estendendo-se radialmentenas extremidades opostas.

A peça de teste 30 é conveniente para conduzir testes de carac-terísticas de inchamento de uma maneira eficiente e repetível. A peça deteste 30 tem várias vantagens em relação às seções do agente de vedação10 da técnica anterior (e como mostrado na Figura 1). Notavelmente, a peçade teste 30 é de fácil fabricação. É compacta e usa uma pequena quantida-de de material expansível. Isso facilita a produção e o armazenamento deum grande número de peças de teste 30, opcionalmente com diferentes ma-teriais expansíveis 34. A peça de teste é portátil e facilita o uso em um apa-relho de teste de inchamento compacto. O substrato proporciona suporte aomaterial expansível e propicia a produção consistente de amostras. Conside-ra-se que para cada batelada de material expansível, entregue a um fabri-cante de equipamento para campo de petróleo, várias peças de teste podemser criadas, para testar as características de inchamento, antes da disposi-ção de equipamento fabricaçãodo, ou armazenadas para uso em teste apósa disposição.

A Figura 6 mostra um aparelho de teste de acordo com umaconcretização da invenção. O aparelho, mostrado genericamente em 50, éconfigurado para testar uma característica de inchamento de um materialexpansível usado em equipamento de campo de petróleo. O aparelho temaplicação particular para testar peças de teste 30 descritas com referênciaàs Figuras 4A e 4B, mas vai ser evidente para aqueles versados na técnicaque o aparelho de teste 50 também pode ser usado com diferentes peças deteste.

O aparelho 50 compreende um corpo substancialmente cilíndricocom eixo longitudinal A, e é mostrado na Figura 5 em seção longitudinal. Ocorpo compreende uma seção de base 52 e uma seção de tampa 56, quedefinem conjuntamente uma câmara interna 54. A seção de base 52 e a se-ção de tampa 56 são formadas de um metal adequado, tal como aço inoxi-dável. A seção de tampa 56 se encaixa em uma parede anular 58, que selevanta da seção de base 52, para definir a câmara interna 54. O aparelho50 é substancialmente simétrico em torno de um eixo longitudinal A, comfixadores 64, distribuídos circunferencialmente em torno do aparelho, parafixar a seção de tampa 56 na seção de base 52 e fechar a câmara 54. Osfixadores 64 são pinos de aperto, que se estendem pelos furos coalinhadosna seção de tampa e no furo anular 58, com as partes rosqueadas coope-rando com os parafusos borboleta 66. Outros meios de aperto podem serusados nas concretizações alternativas da invenção. Uma parte central 60da seção de tampa 56 se estende para o diâmetro interno definido pela pa-rede anular 58. Um anel em O 62 é proporcionado entre a superfície superiorda parede anular 58 e a superfície inferior da seção de tampa 56, para criarum selo de fluido com a parte interna da câmara.

O aparelho 50 compreende um transdutor 70, estendendo-se poruma abertura central na seção de tampa 56, a partir do lado externo do apa-relho para a câmara interna 54. Nesta concretização, o transdutor 70 é umtransdutor de corrente parasita, tal como a série de sensores do Grupo Mi-cro-Epsilon DT3010-A. Um anel em O 78 é proporcionado entre o corpo dotransdutor 74 e a seção de tampa 56, para proporcionar um selo de fluidocom a câmara 54.

O aparelho 50 é configurado para receber uma peça de teste 30,como descrito com referência às Figuras 4A e 4B, em um conjunto de mon-tagem, mostrado genericamente em 79. A peça de teste 30 é localizada emuma superfície da seção de base 52, abaixo de uma placa-alvo 80, formada,nesse caso, de alumínio. A placa-alvo 80 é montada na seção de base 52por pilares hexagonais 82, que propiciam movimento vertical da placa (nadireção do eixo A), mas são enchavetados com a placa, para impedir a rota-ção relativa. O transdutor 70 é localizado a uma distância de aproximada-mente 5-10 mm da placa-alvo 80, embora a posição do transdutor possaser ajustada, por exemplo, por um ajustador micrométrico (não mostrado),para considerar os parâmetros operacionais desejados do transdutor de cor-rente parasita particular usado.

O transdutor 70 rastreia o movimento vertical da placa-alvo pormeio de variações proporcionais na corrente parasita, entre a cabeça dosensor do transdutor 72 e a placa-alvo 80, na medida em que a posição daplaca-alvo 80 se movimenta ascendentemente na direção do eixo A. Otransdutor 70 transmite isso como dados de medida pela linha 76.

O aparelho compreende uma entrada 84 e uma saída 86 para acâmara de fluido 54. A entrada propicia a transferência de fluido para a câ-mara 54. A entrada 84 e a saída 86 são dotadas com conectores para cone-xão com um sistema de transferência de fluido adequado, tal como umamangueira de fluido. Uma entrada e uma saída de fluido propiciam a circula-ção contínua de fluido. Isso permite que um fluido seja trocado ou circuladopara fora do aparelho, durante o processo de fabricação, como vai ser des-crito abaixo. Em uma concretização alternativa, a saída de fluido pode serselada durante uso, e a entrada de fluido pode ficar em comunicação com oreservatório, para garantir que há um suprimento adequado de fluido para acâmara de fluido. Em outras concretizações, a câmara de fluido pode serenchida com fluido, antes de início do teste, com o suprimento de fluido des-conectado e a câmara de fluido obstruída.

O aparelho 50 é também dotado com um sistema de regulaçãotérmica 90. Nesta concretização, o sistema de regulação térmica 90 com-preende um aquecedor de efeito Joule 92, disposto na seção de base 52 eacoplado a um controlador de temperatura 94. O aquecedor 92 permite queo aparelho 52 seja operado a temperaturas elevadas, para simular as condi-ções em um meio ambiente de furo de sondagem subterrâneo. Em outrasconcretizações, o sistema 90 pode incluir elementos de aquecimento e/ouresfriamento alternativos, tais como dispositivos Peltier. Opcionalmente, umsensor de temperatura, tal como um termopar, pode ser proporcionado nacâmara 54, para medir a temperatura interna do aparelho. A temperaturamedida pode ser realimentada a um controlador de temperatura. Blindagemisolante também pode ser proporcionada na parte externa do aparelho paraaperfeiçoar a retenção de calor.

Em uso, a câmara 54 é enchida com um fluido e a peça de teste30 é exposta ao fluido. Qualquer aumento em volume do material expansívelna amostra de teste 30, devido à exposição a fluido, faz com que a placa-alvo 80 seja deslocada verticalmente. Esse deslocamento é medido pelotransdutor 70, com a saída do sinal de medida do aparelho pela linha 76. Oaparelho propicia, portanto, uma medida automatizada, regular do inchamen-to do material expansível na amostra de teste. A característica de inchamen-to é medida in situ, enquanto que a amostra de teste é exposta ao fluido, eevita a necessidade de interrupção do teste. O aparelho é capaz de medirum aumento em espessura da amostra de teste automaticamente, semqualquer intervenção manual por um usuário. Isso aumenta a consistênciada medida. O transdutor é também capaz de medir o aumento em espessuracom um alto grau de precisão, reduzindo os erros causados pela medida docalibrador. O transdutor e o sistema de medida podem ser configurados paramedida contínua do transdutor, ou medida a intervalos de amostragem regu-lares. Isso aumenta a qualidade dos dados de medida.

A Figura 7 é uma vista seccional por um conjunto de montagem100 de um aparelho de acordo com uma concretização preferida da inven-ção. O aparelho no qual o conjunto de montagem 100 é localizado é similaràquele, e vai ser entendido da, disposição 50 mostrada na Figura 6. O trans-dutor 70, a câmara de fluido 54 e a seção de tampa (não mostrada) sãosubstancialmente idênticas àquelas da concretização da Figura 6. No entan-to, o conjunto de montagem 100 aumenta a exposição a fluido da peça deteste 30.

Mostra-se na Figura 7 uma parte da seção de base 152, que ésimilar à seção de base 52 do aparelho 50. A seção de base 152 difere pelofato de que é dotada com um recesso 156 na sua superfície superior 154. Orecesso 156 é dimensionado para receber uma camada porosa 158, que éformada de um material dé trama metálica. Um ressalto anular 159 é propor-cionado em torno do perímetro do recesso 156 e suporta a camada porosa158 acima do fundo do recesso. A camada porosa 158 proporciona um su-porte para a peça de teste 30. A trama da camada porosa proporciona umarede de poros, que permite que o fluido passe pela camada 158 e em tornodo recesso 156.

Da mesma forma que com a concretização da Figura 6, a placa-alvo 180 é montada em pilares hexagonais 82, que permitem o movimentovertical das placas de suporte, mas impedem a rotação relativa. A placa-alvo180 é dotada com um recesso similar 162 na sua superfície inferior 160. Orecesso 162 é dimensionado para receber uma camada porosa 164, que ésuportada da base do recesso 162 por um ressalto anular 166. A disposiçãopropicia comunicação fluida da câmara de fluido 54 para o recesso 162, pelacamada porosa 164. A superfície superior da camada de inchamento 34 é,portanto, exposta a fluido na camada de suporte 64 e no recesso 162, e osrecessos e as camadas porosas proporcionam uma rota de circulação com-pleta em torno da peça de teste, aperfeiçoando o acesso de fluido ao mate-rial expansível 34.

Em uma concretização da invenção, o aparelho das Figuras 6 e7 é usado como apresentado a seguir. A peça de teste 30 é localizada nacâmara de fluido 54, e o fluido é transferido para a câmara pela entrada 84.

A peça de teste 30 e o material expansível 34, em comunicação fluida com ofluido na câmara, e dependendo da natureza do material expansível e dotipo de fluido, essa exposição pode detonar uma variação em volume do ma-terial expansível 34. Um aumento em volume vai ser manifestado como umavariação em espessura e, desse modo, a superfície superior do material ex-pansível 34 vai conferir uma força na placa-alvo, que vai ser, por sua vez,medida pelo transdutor de corrente parasita 70. As variações em espessurasão, portanto, detectadas pelo transdutor, e o sinal de medida pode sertransmitido como séries em tempo pela linha 76. Os dados de séries emtempo são registrados em um meio de armazenamento de dados, em comu-nicação com o aparelho, que forma parte de um computador pessoal. Alter-nativamente, ou além do mais, os dados podem ser transmitidos diretamentepara um visor, a um usuário. O aparelho e o método propiciam, portanto, queuma série de medidas da espessura do material expansível com o temposeja coletada.

Um conjunto de dados de medida típico é representando grafi-camente na Figura 8, com a variação em espessura sendo representadacomo um percentual da espessura inicial (isto é, ΔΤ/Τ, em que T é a espes-sura inicial e ΔΤ é a variação cumulativa em espessura). A representaçãográfica mostra um aumento inicial da espessura do material, durante a hora0 até a 5a hora, a uma taxa relativamente rápida, com uma redução gradualda taxa de variação durante a 5a até a 15a hora e um nivelamento aproxima-damente na 16a hora.

O aparelho de teste descrito acima é configurado para a medidade dados de espessura por uso de um transdutor de corrente parasita denão-contato 70, para medir o deslocamento vertical de uma placa-alvo. Emuma concretização alternativa, o aparelho de teste é configurado para medi-da de uma pressão exercida por uma placa de suporte em um transdutor. AFigura 9 é uma vista em seção transversal de um aparelho 150 de acordocom essa concretização alternativa da invenção. O aparelho de teste 150 ésimilar ao aparelho de teste 50, com as partes iguais indicadas por númerosde referência iguais. No entanto, o aparelho difere na natureza do transdutor,que é, no aparelho 150, um transdutor de pressão 170, que é localizado auma distância fixa h acima da placa-alvo 180, quando a peça de teste 30está na sua condição desinchada. Um exemplo de um transdutor adequadoé o transdutor de baixa pressão DMP 343 da Impress Sensors & Systems. Adistância h é selecionada para corresponder a uma distância de separaçãoentre a superfície externa de um componente expansível de uma ferramenta,antes de inchamento, e a superfície com a qual ele sela (isto é, a distânciade inchamento antes de contato). No caso de um agente de vedação expan-sível, esse é a profundidade radial do espaço anular entre uma ferramentaexpansível e uma parede circundante.

Como um exemplo, um agente de vedação expansível, tendouma espessura de camisa inicial cerca de 15,9 mm (0,6275 pol), pode serconfigurado para correr em um tubo de base ou mandril, com um diâmetroexterno de cerca de 114,3 mm (4,5 pol), em um furo de poço tendo um diâ-metro interno de cerca de 155,6 mm (6,125 pol). O espaço anular entre omandril e o furo de poço tem, portanto, uma distância radial de cerca de 20,6mm (0,8125 pol), e a variação necessária em espessura da camisa expansí-vel para contato com o furo de poço é cerca de 4,8 mm (0,1875 pol), ou emtorno de 30% da espessura original da camisa expansível. Para a configura-ção de teste da Figura 9, a distância de separação da placa de suporte e dotransdutor de pressão é calculada em proporção. Se a espessura inicial domaterial expansível 34 for cerca de 2,0 mm (0,080 pol), a distância h é cercade 0,6 mm (0,024 pol), para uma variação de espessura equivalente de 30%.A distância h é configurável no aparelho de teste.

Em uso, a peça de teste 30 é exposta a um fluido transferidopara a câmara. O fluido dispara um aumento em volume do material expan-sível 34 e um deslocamento vertical da placa-alvo. Quando a placa de supor-te tiver sido deslocada pela distância h, é colocada em contato com o trans-dutor e exerce pressão no transdutor. A pressão é medida e transmitida pelalinha 76. Os dados podem ser transmitidos como séries em tempo de dadosde pressão medidos. O inchamento continuado do material expansível vaitender a aumentar a pressão no transdutor, até que inchamento adicionalseja impedido por uma contrapressão do transdutor. O ponto no qual a a-mostra de teste exerce uma pressão máxima no transdutor (que correspon-de ao tempo de despacho) pode ser determinado dos dados de medida.

A Figura 10 é uma representação típica de dados de pressãoversus tempo, usando o aparelho de teste da Figura 9. Entre um tempo de t=Oet = ti,a pressão medida pelo transdutor de pressão é zero, porque aplaca de suporte não foi posta em contato com o transdutor 170. No tempoti, a placa 180 se movimentou para a distância h, e placa contata o transdu-tor. Na medida em que o material expansível da peça de teste continua ainchar, o transdutor mede um aumento em pressão entre os tempos ti e t2. Ataxa de aumento de pressão se reduz, até t2, a uma pressão máxima, Pmáx,tiver sido atingida; X2 representa, portanto, o tempo de despacho descrito a-cima. Na prática, pode-se preferir calcular um "tempo de despacho garanti-do", que é maior do que Í2. Um tempo de despacho garantido pode ser cal-culado por multiplicação de t2 por um fator (por exemplo, 1,5), ou adição deum tempo adicional mínimo a t2.

Os conjuntos de dados de medida coletados pelos testes de in-chamento descritos acima podem ser usados para prever uma característicade inchamento de um componente expansível de equipamento subterrâneo.Por exemplo, os dados da peça de teste podem ser comparados com os da-dos de medida do inchamento de um agente de vedação ou seção de agen-te de vedação, para obter uma relação entre as taxas de inchamento da pe-ça de teste e o agente de vedação. A relação pode ser então usada paraprever as características de inchamento, tais como o tempo de contato e apressão máxima) do agente de vedação. Os dados de um novo teste emuma peça de teste, por exemplo, usando uma amostra de fluido recuperadade um furo de poço, podem ser introduzidos na relação obtida, para calcularas características de inchamento previstas do agente de vedação.A Figura 11 é um diagrama de bloco, que mostra esquematica-mente um método 200 para coletar dados de teste para uso em análise decaracterísticas de inchamento. Na etapa 210, um conjunto de dados de me-dida de peça de teste é coletado de uma peça de teste exposta a um fluidode referência, usando os métodos e aparelho descritos acima. Na etapa 220,um conjunto de dados de medida de ferramenta é coletado por exposição deuma ferramenta, por exemplo, uma seção de uma ferramenta, ao mesmofluido de referência usado na etapa 210. Deve-se notar que na etapa 220, oconjunto de dados de medida de ferramenta não precisa ser a medida dedados da própria ferramenta completa, mas pode ser uma medida das ca-racterísticas de inchamento de uma seção de amostra, considerada generi-camente como correspondendo às características de inchamento da ferra-menta, por exemplo, a seção do agente de vedação de amostra descritacom referência à Figura 1. Nesta concretização, a ferramenta é um agentede vedação expansível, e o conjunto de dados de medida de ferramenta écoletado por medida de uma seção de agente de vedação, como descritacom referência à Figura 1.

Os respectivos conjuntos de dados de medida são armazenadosem uma base de dados 230, como séries em tempo de dados de medida.

Como descrito acima, os dados de medida podem ser dados de espessuraou dados de pressão, ou uma combinação dos dois. Na etapa 240, os con-juntos de dados de medida são comparados, usando quaisquer de váriastécnicas estatísticas convencionais. A comparação pode ser feita usandosoftware em um computador pessoal ou em um módulo de processamentodedicado. Na etapa 250, uma relação entre o perfil de inchamento da peçade teste no fluido de referência e o perfil de inchamento da ferramenta nofluido de referência é determinada da comparação de dados. A relação de-terminada é armazenada em uma base de dados, para uso posterior emprever as características de inchamento de uma ferramenta.

Um exemplo de uma relação entre um conjunto de dados de pe-ça de teste e os conjuntos de dados de ferramenta é por um multiplicador deescalonamento de domínio de tempo numérico S. Esse multiplicador podeser aplicado a um valor de tempo dos dados de inchamento da peça de tes-te, de modo que os perfis de inchamento são comparados entre si. Essa o-peração é equivalente a reescalonar o eixo de tempo para uma representa-ção da variação percentual de espessura contra os dados de valor de tempo.

Os multiplicadores de escalonamento no domínio de tempo podem ser cal-culados por quaisquer de várias técnicas de processamento numérico ouestatístico. Um método simples envolve a otimização do multiplicador de es-calonamento para minimizar a diferença das séries em tempo escalonadas enão. Quaisquer de várias diferentes técnicas de otimização podem ser usa-das. Um método simples inclui as etapas de: estabelecer um valor de partidaa um multiplicador de escalonamento de domínio de tempo, aplicá-lo a valo-res de tempo dos dados da peça de teste para cada ponto de dados; repre-sentar de novo os dados de variação de espessura para a peça de testecontra o eixo de tempo reescalonado; calcular uma diferença entre os res-pectivos perfis de inchamento dos dados da peça de teste e os dados daferramenta reescalonados; e perturbar o multiplicador de escalonamento dedomínio de tempo. O novo multiplicador de escalonamento de domínio detempo é aplicado aos valores de tempo dos dados da peça de teste paracada ponto de dados, e os dados de variação de espessura para a peça deteste são representado de novo contra o eixo de tempo reescalonado. Umadiferença entre os respectivos perfis de inchamento dos dados da peça deteste reescalonados e dos dados da ferramenta é calculada e comparadacom a diferença calculada previamente. O processo pode ser repetido atéque a diferença entre as respectivas representações gráficas seja minimizada.

A Figura 12 é um diagrama de blocos que mostra esquematica-mente um método 300, que usa uma relação determinada do método 200,para prever as características de inchamento de um componente expansívelou ferramenta expansível. Na etapa 310, uma amostra de fluido é seleciona-da e proporcionada no aparelho de teste 50. Esta pode ser uma amostra defluido efetiva do meio ambiente do furo de poço, no qual uma ferramenta éprevista ser disposta. Alternativamente, pode ser um fluido representativo dofluido no meio ambiente do furo de poço, por exemplo, um fluido sintetizadopara aproximar-se das condições do fluido esperadas no furo de poço. Podeser também uma combinação de fluidos, e pode ser vários volumes separa-dos de diferentes fluidos aos quais a peça de teste vai ser exposta, durantediferentes partes do teste, como vai ser descrito em mais detalhes abaixo.

A peça de teste é submetida ao teste na etapa 320, como descri-to com referência às Figuras 6, 7 e/ou 9 acima, e os dados de medida dapeça de teste são transmitidos como séries em tempo e registrados em umaparelho de armazenamento de dados 330. Opcionalmente, uma exibiçãorepresentativa da característica de inchamento do conjunto de dados de me-dida pode ser gerada e exibida a um enxofre. Por exemplo, o perfil de in-chamento da peça de teste pode ser exibido a um usuário em tempo real pormeio de um visor gráfico (não mostrado).

O conjunto de dados da peça de teste é então usado na etapa340, para calcular o perfil de inchamento previsto de uma ou mais ferramen-tas. Esta é conduzida por aplicação aos dados da peça de teste medidos darelação entre um perfil de inchamento da peça de teste e um perfil de in-chamento da ferramenta, determinada usando o método de 200. Este podeser, por exemplo, o multiplicador de escalonamento de domínio de tempo S,como descrito acima. Os conjuntos de dados sintéticos da ferramenta 350,360 são gerados para cada projeto de ferramenta para o qual uma relação(ou multiplicador S) foi determinada. Cada conjunto de dados sintéticos daferramenta representa o comportamento de inchamento previsto da respecti-va ferramenta no fluido de amostra. Os perfis de inchamento podem sertransmitidos como séries em tempo de dados de inchamento a um aparelhode armazenamento de dados 330 e/ou podem ser exibidos (etapa 370) a umusuário por meio de um visor gráfico. As informações podem ser usadas pa-ra gerar (na etapa 380) um relatório no comportamento de inchamento dosprojetos de ferramentas específicas no fluido de amostra. Por exemplo, orelatório pode incluir um tempo de contato previsto para um agente de veda-ção expansível e/ou um tempo de despacho previsto. Em certas concretiza-ções da invenção, o relatório também proporciona uma pressão de despa-cho prevista, que pode ser usada em conjunto com as informações na áreasuperficial do agente de vedação e do coeficiente de atrito esperado com aparede circundante, para obter as informações representativas da capacida-de de pressão do agente de vedação.

Opcionalmente, o método pode incluir as etapas adicionais deselecionar ou recomendar um projeto de ferramenta particular, de acordocom a entrada de parâmetros de inchamento desejados no sistema, na eta-pa 390. Por exemplo, um operador pode introduzir um diâmetro externo ini-cial máximo de um agente de vedação, e pode especificar um tempo de con-tato mínimo. Alternativamente, um usuário pode especificar um tamanho detubo de base fixa, e/ou pode requerer que a ferramenta deva ter um tempode despacho não superior a um valor particular. O sistema é capaz de pro-porcionar dados de perfil de inchamento sintético para vários projetos deferramentas específicos em um fluido de amostra, e depois auxiliar um usuá-rio com a seleção do projeto de ferramenta para a aplicação específica.

A Figura 13 mostra os perfis de inchamento previstos de váriosdiferentes projetos de ferramenta, calculados usando o método 300. A re-presentação A mostra esquematicamente os perfis de inchamento previstospara três agentes de vedação de furos de poço, tendo o mesmo diâmetroexterno inicial da camisa expansível, e tubos de base de diferentes tama-nhos. A figura mostra graficamente como o método pode ser usado para se-lecionar ou eliminar configurações de ferramenta particulares (que são, nes-te caso, de diâmetros de tubo de base), dependendo das limitações no tem-po de inchamento e/ou no diâmetro externo (OD) final do agente de vedação.

O método 200 pode ser repetido para obter vários diferentesmultiplicadores de escalonamento de domínio de tempo S para diferentesconfigurações de ferramenta. É então possível determinar uma relação entreos multiplicadores de escalonamento de domínio de tempo e os vários pa-râmetros da configuração da ferramenta. Por exemplo, uma relação pode serobtida, que descreve a dependência dos multiplicadores de escalonamentode domínio de tempo na razão da espessura da peça de teste para a espes-sura do elemento do agente de vedação de teste, representando-se grafica-mente os multiplicadores de escalonamento calculados contra as razões daespessura da camisa expansível do agente de vedação Tp para a espessurada peça de teste Tc. Usando-se as técnicas estatísticas usuais, é possíveldeterminar uma relação, por exemplo, uma relação quadrática na formaS = aR2 + bR - c (Equação 1)

na qual R é Tp / Tc, entre o multiplicador de escalonamento S e os parâme-tros de ferramenta.

A invenção proporciona, portanto, um método pelo qual as in-formações do perfil de inchamento para um tamanho de agente de vedaçãonovo proposto podem ser obtidas com base nas relações obtidas e nos da-dos de medida de uma peça de teste. Para o projeto de agente de vedaçãoproposto, o multiplicador de escalonamento de domínio de tempo pode serobtido da razão da espessura da peça de teste e da espessura do elementoexpansível no agente de vedação. Esta é depois aplicada nos dados do tes-te de inchamento medidos de uma peça de teste, para obter um perfil deinchamento previsto do projeto do agente de vedação.

As técnicas descritas acima podem ser aplicadas a uma medidade pressão exercida pelo elemento expansível, durante um aumento em vo-lume. De novo, os dados de pressão da série no tempo são coletados parauma amostra de teste, e comparados com séries em tempo de dados depressão coletados usando o teste convencional de uma seção do agente devedação, para obter uma relação entre os perfis de inchamento.

Um exemplo específico do método 200 da invenção é descritono presente relatório descritivo. Neste exemplo, uma peça de teste 30 foitestada usando o aparelho 50 para obter séries em tempo de dados de peçade teste, que corresponde às variações de espessura do material expansí-vel. A peça de teste 30 foi exposta a uma amostra fluida, selecionada paraaproximar o fluido encontrado no furo de poço, no qual se planeja colocarum agente de vedação. A temperatura do fluido foi mantida constante a 80°C.

Uma seção de amostra de agente de vedação de furo de poço,similar à seção 10 mostrada na Figura 1, foi colocada em um banho de fluidocontendo o mesmo fluido de referência, também mantido a uma temperaturade 80°C. A seção de amostra era uma seção de agente de vedação, tendoum tubo de base de cerca de 114,3 mm (4,5 pol), com uma camisa expansí-vel que tinha um diâmetro externo de cerca de 146,1 mm (5,5 pol). Medidasforam feitas manualmente por uso de um calibrador por um período de dias,para obter um conjunto de dados de medida de ferramenta. O conjunto dedados da peça de teste e o conjunto de dados da ferramenta foram compa-rados, e determinou-se que os dados proporcionaram uma boa comparação,quando os dados da peça de teste tinham sido aplicado a ele um multiplica-dor de escalonamento de domínio de tempo S de 35. Em outras palavras,para cada ponto de dados, um multiplicador de 35 foi aplicado ao valor detempo no qual a medida foi feita antes da representação gráfica na mesmaescala que para os dados da ferramenta. A Figura 14 representa uma varia-ção percentual de espessura contra o tempo para a ferramenta (linha trace-jada) e a variação percentual de espessura da peça de teste versus um tem-po escalonado, após o multiplicador de domínio de tempo de 35 ser aplica-do. A representação gráfica mostra uma comparação estreita entre as res-pectivas representações gráficas. O método 200 tem sido, portanto, usadopara determinar uma relação entre as características de inchamento de umapeça de teste 30 e as características de inchamento de uma seção de amos-tra de um agente de vedação.

O método 200 foi repetido em várias seções de amostra de ele-mentos de agente de vedação tendo diferentes dimensões. Em um segundoexemplo, os dados da peça de teste foram comparados com um conjunto dedados medido de uma seção de amostra de um elemento de agente de ve-dação tendo um tubo de base de cerca de 139,7 mm (5,5 pol) e uma camisaexpansível com um diâmetro externo inicial de cerca de 203,2 mm (8 pol).Uma comparação dos conjuntos de dados revelou que um multiplicador dedomínio de tempo de 120 levou a uma correspondência dos perfis de incha-mento.

Testes similares foram conduzidos em várias diferentes configu-rações de agente de vedação, com os resultados apresentados na Tabela 1.<table>table see original document page 34</column></row><table>Os números na primeira coluna indicam a configuração do agen-te de vedação em uma notação usada comumente na indústria. O diâmetroexterno (OD) do tubo de base e o diâmetro externo da camisa expansívelsão dados em centímetros (polegadas) em duas e três colunas, respectiva-mente. A quarta coluna especifica a espessura efetiva ao elemento de agen-te de vedação em centímetros (polegadas), como medida. Esta é a espessu-ra radial da camisa expansível Tp, que representa aproximadamente metadeda diferença entre as dimensões nas colunas dois e três, com as diferençasdevido às tolerâncias de engenharia. Em todos os casos, a espessura docorpo de prova Tc foi de 0,20 cm (0,08 pol) (coluna cinco). A razão da es-pessura radial da camisa expansível Tp e da espessura do corpo de prova Tcé dada na coluna seis, e o multiplicador de escalonamento deduzido, queproporciona uma concordância adequada entre o perfil de inchamento dapeça de teste e o perfil de inchamento de um elemento de agente de veda-ção, é apresentado na coluna sete.

Do cálculo dos multiplicadores de escalonamento de domínio detempo para diferentes razões do corpo de teste, para testar a espessura doelemento de agente de vedação, foi determinada uma relação entre os mul-tiplicadores de escalonamento de domínio de tempo e as razões. Os multi-plicadores de escalonamento calculados foram representados contra as ra-zões da espessura da camisa expansível do agente de vedação Tp para aespessura da peça de teste Tc, com os resultados mostrados na Figura 15.

Usando-se técnicas estatísticas usuais, uma relação entre o multiplicador deescalonamento e a razão de espessuras foi determinada como sendo:

S = 0.2765R2 + 4,5989R -18,94 (Equação 2)

em que S é o multiplicador de escalonamento e R é a razão Tp / Tc.

Um multiplicador de escalonamento apropriado para o domíniode tempo S pode ser então determinado dessa relação para um novo projetode agente de vedação proposto, com base na razão da espessura do corpode teste e da espessura do elemento expansível no agente de vedação,mesmo quando nenhum teste foi conduzido na configuração do agente devedação. Este é depois aplicado aos dados do teste de inchamento medidosde uma peça de teste, para obter um perfil de inchamento previsto do projetode agente de vedação.

A Figura 16 é uma representação gráfica de dados medidos deum teste de ferramenta e de dados sintéticos para o mesmo projeto de fer-ramenta calculado usando-se o método 300. Neste exemplo, a seção de a-gente de vedação de amostra testada tinha um OD do elemento pré-inchadode cerca de 146,2 mm (5,755 pol) e um OD de tubo de base de cerca de114,4 mm (4,5 pol). A peça de teste apresentou uma espessura de borrachade cerca de 2 mm (0,080 pol). Isso significa que a razão Tp / Tc é cerca de7,84, que quanto introduzida na Equação 2 propicia um multiplicador de do-mínio de tempo S de cerca de 34,14. Este é o multiplicador de domínio detempo que é aplicado aos dados de medida da peça de teste para retratar operfil de inchamento do agente de vedação. A representação mostra um altonível de concordância com o perfil de inchamento previsto, mostrado pelalinha tracejada D, e do perfil de inchamento medido efetivo, mostrado pelalinha E.

A presente invenção também propicia a simulação de diferentescondições do furo de poço. Por exemplo, durante diferentes períodos de umteste de inchamento, a temperatura da peça de teste e/ou do fluido pode servariada. A temperatura da peça de teste pode começar a uma temperaturasuperficial ambiental (por exemplo, 20°C) e ser aumentada gradualmentepara simular um aumento em temperatura experimentado por um agente devedação expansível, na medida em que colocado em um local furo abaixo ena medida em que é exposto a fluidos do furo de poço. A temperatura podeser variada rapidamente por períodos do teste, que pode simular, por exem-plo, a exposição de um agente de vedação a um diferente fluido refrigerante(tal como uma corrente de fluido injetada). Opcionalmente, um sensor detemperatura, tal como um termopar, é proporcionado na parte interna dacâmara de fluido, ou em contato térmico com a amostra de teste. O sinal dosensor de temperatura pode ser realimentado ao controlador de temperatu-ra. O sistema de regulação térmica 90 pode operar em um modo de controlede potência simples (similar a um termostato) ou em modo de variação con-tínua.

O aparelho de teste também permite que diferentes fluidos se-jam circulados passando pela peça em teste, durante o teste. Isso ofereceum outro mecanismo para variação da temperatura dentro do aparelho deteste. Por exemplo, um fluido a uma temperatura de 90°C pode ser substitu-ído com um fluido a uma temperatura de 15°C por um período de duas horasdo teste. Os dados de medida vão ser amostrados continuamente durante avariação em temperatura.

Um fluido de uma natureza diferente pode ser circulado no apa-relho de teste. Por exemplo, os estágios iniciais de um teste podem expor aamostra de teste a um fluido aquoso ou salmoura, com um estágio posteriordo teste de exposição da amostra de teste a um fluido de perfuração ou flui-do de limpeza de furo de poço. Os estágios subsequentes do teste podemexpor a amostra de teste a fluidos de hidrocarbonetos, tais como os que sãoencontrados tipicamente no sistema de produção. Várias variações são pos-síveis dentro do âmbito da invenção. A invenção propicia a simulação decondições de furo de poço prováveis de ser encontradas por um aparelhosubterrâneo típico. As condições podem ser pré-programadas no aparelho,para simular uma programação de circulação de fluido para um poço particu-lar. Ao longo do processo, os dados de medida são continuamente colhidos.Desse modo, o efeito nas características de inchamento podem ser previstaspara obter um perfil de inchamento para as condições de furo de poço queuma ferramenta vai experimentar. Um longo período de exposição a um flui-do de hidrocarboneto pode ser interposto com exposição a um fluido aquoso(que pode estar a uma temperatura mais baixa), para simular a injeção deum fluido no furo de poço da superfície. Durante esses programas de simu-lação, uma consideração devida deve ser dada à relação de domínio detempo entre o perfil de inchamento da peça de teste e o perfil de inchamentodo agente de vedação, por exemplo, por divisão do tempo típico para o qualo agente de vedação vai ser exposto a um fluido particular em uma operaçãode furo de poço pelo multiplicador de escalonamento de domínio de tempo,para obter um tempo para o qual a peça de teste deve ser exposta àquelefluido durante o teste.

As concretizações descritas acima da invenção se referem àscaracterísticas de inchamento de uma peça de teste com as característicasde inchamento de uma seção de agente de vedação de amostra 10, que érepresentativa do inchamento de um agente de vedação de furo de poçoexpansível. As Figuras 17A e 17B ilustram uma seção de amostra alternati-va, que pode ser usada com certas concretizações da invenção. A seção deamostra, geralmente ilustrada em 400, compreende um tubo de base cilín-drico 402, formado de um metal, tal como um aço. Trabalhado à máquina nasuperfície externa do tubo de base estão recessos anulares 404, 406. O re-cesso 404 é formado a uma primeira profundidade, e o recesso 406 é for-mado a uma segunda profundidade, mais do que a primeira profundidade.Localizado nos recessos está um material expansível, selecionado para au-mentar em volume por exposição ao fluido do furo de poço, que é, nessecaso, borracha EPDM. O material expansível cria corpos expansíveis 408 e410, que vão encher os recessos para proporcionar uma superfície externa412, que fica rente à superfície do tubo 402. Os corpos expansíveis são liga-dos ao tubo 402 nas suas superfícies inferiores e nas paredes laterais es-tendendo-se radialmente dos recessos.

A seção de amostra 400 tem certas vantagens em relação à se-ção de amostra 10 da técnica anterior. Primeiramente, os corpos expansí-veis têm um comportamento de inchamento que lembra mais estreitamenteo inchamento de um elemento expansível de um agente de vedação de furode poço. Por ligação das superfícies inferior e laterais dos corpos expansí-veis no tubo de base, os corpos expansíveis lembram a forma de um agentede vedação expansível, que é ligado tipicamente, na sua superfície inferior, aum tubo de base, e a anéis de calibre ou anéis de extremidade, que ficamverticalmente do tubo de base para encostar nas superfícies estendendo-seradialmente, que definem as extremidades do elemento expansível. Emcomparação com a seção de amostra 10, as extremidades do elemento ex-pansível 12 são expostas ao fluido do furo de poço, o que aumenta a razãoda área superficial para o volume nas extremidades opostas da seção deamostra 10 e cria um inchamento desuniforme, que não é característico deuma configuração de agente de vedação de furo de poço típica. A seção deamostra 400 lembra, desse modo, mais estreitamente a estrutura de um a-gente de vedação de furo de poço típico. A formação dos corpos expansíveisnos recessos anulares também proporciona vantagens no processo de fabri-cação. O material expansível, que constitui os corpos expansíveis, podemser aplicados, moldados, comprimidos e ligados aos recessos, e a superfícieexterna dos corpos podem ser facilmente trabalhadas à máquina para fica-rem rentes com o diâmetro externo do tubo 402.

Os recessos 404 e 406 são formados a diferentes profundida-des, para formar os corpos expansíveis correspondentes 408, 410 com dife-rentes espessuras. Isso facilita o teste simultâneo dos corpos expansíveis,que correspondem aos agentes de vedação de diferentes dimensões. Embo-ra dois recessos sejam formados na seção de amostra 400, um único reces-so pode ser proporcionado em uma concretização alternativa, e outras con-cretizações podem compreender três ou mais recessos. Diferentes recessospodem ser formados com diferentes profundidades e/ou formas, e os corposexpansíveis com diferentes materiais expansíveis podem ser proporcionadosem diferentes recessos na mesma seção de amostra. Vai-se também consi-derar que a seção de amostra pode ser formada em um mandril sólido, emlugar do tubo de base 402. O mandril ou tubo de base pode ser dotado comformações, para facilitar o manuseio da seção de amostra.

A invenção também considera que um conjunto de dados demedida pode ser obtido de um ensaio em escala total de equipamento sub-terrâneo. Por exemplo, um agente de vedação de escala total pode ser dis-posto em um furo de teste, com medidas regulares de diâmetro externo fei-tas para proporcionar dados de medida confiáveis.

Uma concretização preferida da invenção é configurada comoum sistema de aparelho portátil, como mostrado na Figura 18. O sistema500 compreende um aparelho 50, uma unidade auxiliar 510 e um computa-dor portátil 520, e um invólucro 530. A unidade auxiliar 510 contém um su-primento de energia para o aparelho 50, e uma interface para introduzir da-dos e transmiti-los do aparelho 50 e do computador 520. O suprimento deenergia é neste exemplo um adaptador de rede, embora em outras concreti-zações possa compreender um pacote de bateria, para aumentar a portabili-dade. Um registrador de dados e um microcontrolador são também incluídosna unidade auxiliar. O invólucro 530 é configurado para alojar o aparelho 50e a unidade auxiliar 510, e compreende os receptáculos 532, 534, para pe-ças de teste 30 e recipientes de amostras fluidas 536. O computador portátilé capaz de analisar e exibir dados da unidade auxiliar, e também pode serusado para configurar a operação do sistema. No entanto, o sistema podeser deixado funcionar sem ser conectado ao computador portátil 520.

A invenção propicia nesse aspecto o aparelho a ser colocado emum local, tal como um local ou laboratório em terra firme, para condução dosmétodos da invenção. O aparelho pode ser usado para testar o perfil de in-chamento de uma peça de teste em uma amostra de fluido, extraída de umfuro de poço no local de perfuração. Pode ser usado para demonstrar o de-sempenho de uma ferramenta expansível particular em um local de cliente.

A Figura 19 mostra um aparelho de teste, de acordo com umaoutra concretização alternativa da invenção, que pode ser usado como umaalternativa ou além do aparelho de teste das Figuras 6, 7 ou 9. O aparelho,mostrado genericamente em 500, é configurado para testar a característicade inchamento de um material expansível usado em equipamento de campode petróleo. O aparelho 500 é similar ao, e vai ser entendido do, aparelho 50da Figura 6, embora seja diferente em vários aspectos estruturais e funcio-nais, como vai ser descrito abaixo.

O aparelho 500 compreende um corpo substancialmente cilíndri-co, que compreende uma seção de base 502 e uma seção de tampa 506,que definem conjuntamente a câmara interna 504. A seção de base 502 e aseção de tampa 506 são formadas de um metal adequado, tal como alumí-nio ou uma liga de alumínio. O corpo é moldado e dimensionado para seracomodado em um recesso 508 em um aquecedor de bloco de alumínio510. A seção de tampa 506 é fixada na seção de base 502, para fechar acâmara 504. Uma abertura central 512 na seção de tampa 506 acomoda umtransdutor de corrente parasita 514, que se estende pela seção de tampapara a câmara de fluido 504. O transdutor de corrente parasita é, por exem-plo, um sensor da série DT3010-A do grupo Micro-Epsilon.

O aparelho 500 compreende uma disposição de montagem 516para uma peça de teste 530. A peça de teste 530 é similar à peça de teste30 e vai ser entendida das Figuras 4A e 4B e da descrição correspondente.No entanto, a peça de teste 530 difere pelo fato de que o substrato 532, queage como um veículo e suporte para o material expansível 534, é formadode alumínio. Um recesso 536, formado na face do disco, é enchido com ummaterial expansível 534. Nesta concretização, o material expansível 534 nãoé moldado no recesso 536. De preferência, o material expansível é uma pe-ça de material perfurado, trabalhado à máquina ou cortado de um corpomaior de material expansível. O material expansível 534 é ligado ao substra-to 532 na sua superfície inferior e nos seus lados, deixando uma superfícieexposta.

Nas concretizações anteriores, a disposição de montagem 516incluiu uma placa, que era movimentada pelo inchamento da peça de teste,com a posição da placa (ou pressão de contato no caso da concretização daFigura 9) medida pelo transdutor. No entanto, nesta concretização, a peçade teste 530 é montada em uma orientação invertida, com o substrato 532na parte mais superior, e o material expansível 534 na parte mais inferior. Apeça de teste 530 é suportada em um elemento de suporte 518, que, nestecaso, inclui uma pluralidade de pontos de agulha 520. Os pontos de agulha520 proporcionam vários pontos de contato para a peça de teste, enquantoainda proporcionando circulação de fluido e suficiente exposição da peça deteste 532 ao fluido na câmara 504.

Em uso, o fluido presente na câmara contata o material expansí-vel 534 e provoca um aumento em volume. Este aumento em volume confe-re uma força ascendente na peça de teste 532, movimentando o substratono sentido do transdutor 514. O transdutor mede o deslocamento do substra-to 532 e os dados de medida são registrados.

A omissão de uma placa separada do projeto simplifica o apare-lho, reduzindo os seus custo e peso e aperfeiçoando sua portabilidade. Adisposição de montagem 516 é preferida ao uso de uma trama ou suporteporoso para a peça de teste em algumas circunstâncias. Por exemplo, elas-tômeros expansíveis em água, tais como aqueles incluindo polímeros supe-rabsorventes (SAPs), podem exsudar um resíduo, que tem tendência de blo-quear os poros em um suporte poroso ou em forma de trama, reduzindo oacesso de fluido e reduzindo a qualidade dos dados. A disposição de mon-tagem 516 oferece a vantagem de que qualquer substância, que exsude domaterial expansível 534, vai passar para o fluido na câmara 504.

Na descrição acima, a invenção é descrita no contexto de testede agentes de vedação expansíveis. No entanto, aqueles versados na técni-ca devem considerar que os princípios da invenção podem ser usadosquando componentes expansíveis são empregados em meios ambientessubterrâneos. Por exemplo, componentes expansíveis são usados em umavariedade de selos, âncoras e centralizadores. O uso de componentes ex-pansíveis também foi proposto em mecanismos de atuação, válvulas e ele-mentos de represamento de fluxo subterrâneos. Com uso dos princípios dainvenção, uma relação pode ser determinada entre o inchamento de umapeça de teste e o inchamento de um componente expansível tendo uma con-figuração particular. Isto pode ser usado para prever o perfil de inchamentoda ferramenta em fluidos específicos, e pode ser estendido para prever aconfiguração de inchamento de componentes tendo diferentes dimensõese/ou configurações.

Os princípios e técnicas da invenção também podem ser usadosem aplicações para testar os componentes e aparelho de campo de petró-leo, que são usados abaixo do solo, e que não são projetados especialmentepara inchar. Por exemplo, materiais elastoméricos, que são usados abaixodo solo em uma ampla gama de aparelhos, tais como selos de anéis em O ecomponentes de bombas subterrâneas, podem ser usados para evitar oulimitar o inchamento devido à exposição de fluido, quando um aumento emvolume é nocivo ao desempenho do aparelho. A invenção, nos seus váriosaspectos, pode ser, portanto, aplicada para testar e/ou prever as caracterís-ticas de inchamento de componentes e materiais para propiciar o projetoe/ou especificação de aparelho em campo de petróleo, para atenuar o in-chamento indesejado.

Nas concretizações descritas acima, o aparelho 50 compreendeum transdutor de corrente parasita. Pode ser vantajoso usar transdutores decorrente parasita com fluidos a altas temperaturas ou altas variações emtemperatura. Outros tipos de transdutores podem ser usados em concretiza-ções alternativas. Por exemplo, os transdutores de não-contato, tais como ostransdutores ópticos, à laser e capacitivos, podem ser usados. Em outro e-xemplo, um transdutor linear de contato, capaz de medir o deslocamento deum pistão em relação a um corpo, é usado. Um transdutor linear adequado70 é um transdutor linear de contato vendido pela Positek Limited, com onúmero de referência de produto P103. O transdutor fica em contato comuma placa de suporte, que se movimenta ascendentemente na direção doeixo A quando do inchamento do material expansível, e transmite as medi-das de deslocamento como dados de medida.

Os métodos descritos acima consideram que as relações entreas características de inchamento de uma peça de teste e as característicasde inchamento de uma ferramenta, em um determinado fluido, dependem dageometria relativa da ferramenta e não são dependentes do fluido. No entan-to, para um projeto de ferramenta particular, o teste pode ser repetido emvários diferentes fluidos ou no mesmo fluido a diferentes temperaturas deativação. Em cada caso, os dados de medida da peça de teste e os dadosde medida da ferramenta são coletados dos testes conduzidos no mesmoformato (isto é, os mesmos fluidos de referência e temperaturas de teste).

Se quaisquer variações do perfil de inchamento das peças deteste são evidentes, podem ser registradas na base de dados, por exemplo,como séries em tempo separadas. Quando da previsão das característicasde inchamento em um fluido de furo de poço particular, os dados dos testesconduzidos com um fluido adequado (isto é, um com composição similar)podem ser usados. Por exemplo, um multiplicador de escalonamento dedomínio de tempo pode ser selecionado de um teste conduzido usando acomparação mais estreita do tipo de fluido registrado na base de dados.

As variações no perfil de inchamento de peças em teste nomesmo fluido, a diferentes temperaturas, também podem ser evidentes, par-ticularmente no caso de elastômeros de inchamento em água e elastômeros"híbridos", que incham em fluidos aquosos e de hidrocarbonetos. Um au-mento em temperatura pode aumentar a razão volumétrica de inchamentomáxima e pode também aumentar a taxa de inchamento, reduzindo o tempode contato e/ou o tempo de despacho. Nestas circunstâncias, o método po-de incluir a execução de múltiplos testes de inchamento, a diferentes condi-ções de temperatura, e deduzir uma relação entre as características deinchamento de uma peça de teste e as características de inchamento de umcomponente expansível, que é dependente da temperatura. Um métodosimples é calcular os multiplicadores de escalonamento de domínio de tem-po da maneira descrita acima, para representar os resultados contra a tem-peratura, para deduzir uma relação entre a temperatura e o multiplicador.Para determinadas condições do furo de poço com uma temperatura conhe-cida, um multiplicador de escalonamento de tempo adequado pode ser sele-cionado para prever o desempenho de um componente de inchamento, combase em uma medida dos dados da peça de teste.

Em outro método exemplificativo simples, o volume de incha-mento máximo pode ser determinado de testes a múltiplas diferentes tempe-raturas, com os resultados representados contra a temperatura, para propi-ciar a dedução de uma relação entre a temperatura e o volume de incha-mento máximo. Isto propicia a determinação de multiplicadores de escalo-namento de volume de inchamento, que pode ser aplicada aos dados devolume de inchamento para normalizar os dados para diferentes condiçõesde temperatura. Para determinadas condições do furo de poço, com umatemperatura conhecida, os dados de volume reescalonados ou normalizadospodem ser usados em conjunto com o multiplicador de escalonamento dedomínio de tempo, na maneira descrita acima, para prever o desempenho deum componente de inchamento, com base nos dados de medida da peça deteste.A invenção proporciona um método e um aparelho para uso noteste das características de inchamento de componentes variáveis usadosem equipamento de exploração ou produção subterrâneo, tais como agentesde vedação expansíveis. Um método de medir uma peça de teste, usandoum aparelho de teste com uma câmara de fluido e um transdutor, é descrito.

Os dados medidos podem ser comparados com os dados medidos de umaseção de amostra de uma ferramenta, para determinar uma relação entre ascaracterísticas de inchamento. As relações determinadas podem ser depoisusadas para calcular ou prever as características de inchamento de compo-nentes expansíveis, por exemplo, projetos de agentes de vedação particula-res, em amostras de fluidos específicos.

As variações para as concretizações descritas acima da inven-ção estão dentro do âmbito da invenção, e a invenção se estende às combi-nações de aspectos diferentes daqueles reivindicados expressamente nopresente relatório descritivo.

Claims

1. Método de testar um componente expansível equipamento deexploração ou produção de hidrocarbonetos subterrâneo, o método compre-endendo as etapas de:- proporcionar um aparelho de teste compreendendo um materialexpansível em uma câmara de fluido de um aparelho de teste;- expor a peça de teste a um fluido detonador;- medir, usando um transdutor do aparelho de teste, uma carac-terística de inchamento da peça de teste, para proporcionar um conjunto dedados de medida da peça de teste; e- determinar uma relação entre a característica de inchamentoda peça de teste e uma característica de inchamento do componente expan-sível.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, compreendendo aetapa adicional de registrar o conjunto de dados de medida em um dispositi-vo de armazenamento de dados.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o con-junto de dados de medida compreende uma série no tempo de uma caracte-rística de inchamento.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações ante-riores, compreendendo gerar um relatório da característica de inchamento.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações ante-riores, compreendendo gerar uma exibição representativa da característicade inchamento do conjunto de dados de medida e exibi-la a um usuário.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações ante-riores, em que o conjunto de dados de medida compreende a medida deuma dimensão da peça de teste.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações ante-riores, em que o transdutor é um transdutor de não-contato, que rastreia omovimento de um alvo acoplado à peça de teste.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, em que o transdutoré um transdutor de corrente parasita.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1a 6, em que o conjunto de dados de medida compreende uma medida depressão.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações an-teriores, em que o fluido é uma amostra de um fluido ao qual o equipamentosubterrâneo vai ser exposto em uma operação de furo de poço.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações an-teriores, compreendendo expor a peça de teste a um segundo fluido.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações an-teriores, compreendendo circular fluido pela câmara.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações an-teriores, compreendendo variar a temperatura da câmara do aparelho.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, compreendendoaumentar a temperatura da peça de teste.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações an-teriores, compreendendo determinar uma relação entre uma relação entreuma característica de inchamento da peça de teste e uma característica deinchamento do componente expansível.

16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações an-teriores, compreendendo calcular os dados de inchamento para um compo-nente expansível de equipamento de exploração ou produção de hidrocar-bonetos, a partir dos dados de medida da peça de teste, usando uma rela-ção entre uma característica de inchamento da peça de teste e uma caracte-rística de inchamento do componente expansível.

17. Aparelho para testar uma característica de inchamento deum material usado em um equipamento subterrâneo de exploração ou pro-dução de hidrocarbonetos, o aparelho compreendendo: uma câmara de flui-do configurada para receber um fluido e uma peça de teste compreendendoum material expansível; e um transdutor para medir uma característica deinchamento da peça de teste.

18. Aparelho de acordo com a reivindicação 17, compreendendouma linha de saída para transmitir dados de medida do transdutor.

19. Aparelho de acordo com a reivindicação 17 ou 18, em que otransdutor é operável para medir uma dimensão da peça de teste.

20. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 17a 19, em que o transdutor é um transdutor de não-contato, que rastreia omovimento de um alvo acoplado à peça de teste.

21. Aparelho de acordo com a reivindicação 20, em que o alvo éconfigurado para movimentar-se em correspondência com um aumento emvolume do material expansível da peça de teste.

22. Aparelho de acordo com a reivindicação 20 ou 21, em que otransdutor é um transdutor de corrente parasita e é disposto para medir umacorrente parasita no alvo.

23. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações de 17 a 19, em que o transdutor é um transdutor de contato.

24. Aparelho de acordo com a reivindicação 23, em que o trans-dutor é configurado para medir uma pressão ou força, exercida pelo incha-mento da peça de teste.

25. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações de 17 a 24, compreendendo um mecanismo para ajustar a posição do transdutor.

26. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações de 17 a 25, configurado para medir uma série em tempo da característica deinchamento da peça de teste.

27. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações de 17 a 26, compreendendo ainda um sistema de controle de temperatura.

28. Aparelho de acordo com a reivindicação 27, em que a tem-peratura do sistema de controle de temperatura compreende um elementode aquecimento operável para aquecer fluido na câmara de fluido.

29. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações de 17 a 28, configurado para a circulação de fluido na câmara de fluido por umaentrada e uma saída da câmara de fluido.

30. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações de 17 a 29, compreendendo ainda uma unidade de registro de dados.

31. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações de-17 a 30, compreendendo ainda uma unidade de suprimento de energia.

32. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações de-17 a 31, compreendendo uma interface para um computador portátil.

33. Aparelho portátil, compreendendo o aparelho de acordo comqualquer uma das reivindicações de 17 a 32.

34. Método de análise de dados obtidos de um teste de umcomponente expansível de equipamento de exploração ou produção de hi-drocarbonetos subterrâneo, o método compreendendo as etapas de:proporcionar um primeiro conjunto de dados de medida compre-endendo dados de medida correspondentes a uma característica de incha-mento da peça de teste;proporcionar um segundo conjunto de dados de medida com-preendendo dados de medida correspondentes a uma característica de in-chamento do componente expansível; ecomparar os primeiro e segundo conjuntos de dados de medidapara determinar uma relação entre uma característica de inchamento da pe-ça de teste e uma característica de inchamento do componente expansível.

35. Método de acordo com a reivindicação 34, em que o primeiroconjunto de dados de medida compreende dados correspondentes a umadimensão da peça de teste.

36. Método de acordo com a reivindicação 35, em que o primeiroconjunto de dados de medida compreende dados correspondentes a umaespessura da peça de teste.

37. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-34 a 36, em que o segundo conjunto de dados de medida compreende da-dos correspondentes a uma dimensão do componente expansível.

38. Método de acordo com a reivindicação 37, em que o segun-do conjunto de dados de medida compreende dados correspondentes a umdiâmetro externo do componente expansível.

39. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-34 a 38, em que o segundo conjunto de dados de medida compreende da-dos medidos de uma amostra de componente expansível.

40. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 34 a 39, em que pelo menos um dos primeiro e segundo conjuntos de dadosde medida compreende dados correspondentes a uma pressão ou força,exercida por inchamento da peça de teste ou do componente expansível,respectivamente.

41. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 34 a 40, em que o primeiro conjunto de dados de medida compreende umaprimeira série em tempo.

42. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 34 a 41, em que o segundo conjunto de dados de medida compreende umasegunda série em tempo.

43. Método de acordo com as reivindicações 41 e 42, compre-endendo comparar as primeira e segunda séries em tempo.

44. Método de acordo com a reivindicação 43, compreendendodeduzir um multiplicador de escalonamento de domínio de tempo para osvalores de tempo de uma da primeira ou segunda série em tempo.

45. Método de acordo com a reivindicação 44, compreendendo:ajustar um valor de um multiplicador de escalonamento de domínio de tem-po; e aplicar o multiplicador de escalonamento de domínio de tempo aos va-lores de tempo de uma da primeira ou segunda série em tempo, para geraruma série em tempo escalonada.

46. Método de acordo com a reivindicação 45, compreendendo,ainda otimizar o multiplicador de escalonamento de domínio de tempo, paraminimizar uma diferença entre a série em tempo escalonada e a outra sérieem tempo não escalonada.

47. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 34 a 46, compreendendo proporcionar dados de configuração de componen-te expansível, e armazenar os dados de configuração de componente ex-pansível em uma base de dados com a relação determinada.

48. Método de acordo com a reivindicação 47, em que os dadosde configuração de componente expansível compreendem pelo menos umde: dimensões do componente expansível; forma do componente expansí-vel; materiais usados no componente expansível; e técnicas de construçãousadas para formar o componente expansível.

49. Método de acordo com a reivindicação 47 ou 48, compreen-dendo deduzir uma razão de uma dimensão do componente expansível parauma dimensão da peça de teste dos dados de configuração do componenteexpansível.

50. Método de acordo com a reivindicação 49, compreendendodeduzir uma razão da espessura de um componente expansível para a es-pessura do material expansível na peça de teste, a partir dos dados de con-figuração do componente expansível.

51. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-34 a 50, compreendendo as etapas de:a. proporcionar um conjunto de dados de medida adicional,compreendendo dados de medida correspondentes a uma característica deinchamento do componente expansível adicional; eb. comparar os primeiro e segundo conjuntos de dados de medi-da adicionais, para determinar uma relação adicional entre uma característi-ca de inchamento da peça de teste e a característica de inchamento docomponente expansível adicional.

52. Método de acordo com a reivindicação 51, compreendendorepetir as etapas a. e b. para pelo menos um outro componente expansível,e armazenar a pluralidade de relações determinadas em uma base de dadoscom os dados de configuração do componente expansível.

53. Método de acordo com a reivindicação 52, compreendendodeduzir uma outra relação entre os dados de configuração do componenteexpansível e a pluralidade de relações determinadas.

54. Método de acordo com a reivindicação 53, quando depen-dente de qualquer uma das reivindicações de 44 a 46, compreendendo de-duzir uma outra relação entre a razão da espessura de um componente ex-pansível para a espessura do material expansível na peça de teste, e o mul-tiplicador de escalonamento de domínio de tempo.

55. Método de calcular dados de inchamento para um compo-nente expansível de equipamento de exploração ou produção de hidrocar-bonetos subterrâneo, o método compreendendo as etapas de:proporcionar um conjunto de dados de medida da peça de teste,obtido por disposição de uma peça de teste, compreendendo um materialexpansível em uma câmara de fluido de um aparelho de teste, exposição dapeça de teste a um fluido, e medida de uma característica de inchamento dapeça de teste;calcular dados de inchamento para o componente expansível doconjunto de dados de medida da peça de teste, usando uma relação entre acaracterística de inchamento da peça de teste e uma característica de in-chamento do componente expansível.

56. Método de acordo com a reivindicação 55, compreendendoobter o conjunto de dados de medida da peça de teste por execução de umteste na peça de teste.

57. Método de acordo com a reivindicação 56, compreendendosimular uma operação em furo de poço por alteração de um ou mais dacomposição do fluido, volume do fluido, temperatura do fluido ou temperatu-ra da peça de teste, durante o teste.

58. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-55 a 57, em que o fluido é selecionado para corresponder a um fluido aoqual o componente expansível vai ser exposto durante uma operação sub-terrânea.

59. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-55 a 57, em que o fluido é uma amostra de fluido de furo de poço, ao qual ocomponente expansível vai ser exposto durante uma operação subterrânea.

60. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-55 a 59, em que os dados de inchamento compreendem uma série em tem-po de características de inchamento do componente expansível.

61. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-55 a 60, compreendendo ainda determinar a adequabilidade do componenteexpansível para uma operação subterrânea, com base nos dados de incha-mento calculados.

62. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 55 a 61, compreendendo calcular dados de inchamento para uma pluralida-de de diferentes componentes expansíveis usando as relações entre umacaracterística de inchamento da peça de teste e as respectivas característi-cas do componente expansível.

63. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 55 a 62, em que o componente expansível é uma parte de um agente devedação de furo de poço.

64. Método de acordo com a reivindicação 63, compreendendocalcular um tempo no qual o agente de vedação vai contatar uma parede defuro de sondagem de dimensões conhecidas.

65. Método de acordo com a reivindicação 63 ou 64, compreen-dendo calcular um tempo no qual o agente de vedação vai exercer sua pres-são máxima contra uma parede de furo de sondagem.

66. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de 63 a 65, compreendendo calcular uma classificação de diferencial de pres-são para o agente de vedação em um furo de sondagem de dimensõesconhecidas.