BRPI1000191A2 - ferramenta de poÇo - Google Patents
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Abstract
FERRAMENTA DE POÇO. Ferramentas de poço incluindo válvulas operáveis por baixa alimentação elétrica. Uma ferramenta de poço inclui uma válvula que controla a comunicação fluida entre regiões de pressão em um poço, a válvula incluindo um membro rotativo que é forçado a girar, e um freio ou uma embreagem que impede a rotação do membro. Uma outra válvula inclui uma barreira que separa reagentes, com a válvula sendo operável em resposta à barreira ser aberta e os reagentes reagirem desta forma entre si. Ainda uma outra válvula inclui uma barreira que separa as regiões de pressão, e um circuito de controle que aquece a barreira para um estado enfraquecido. Uma outra válvula inclui um membro deslocável entre posições aberta e fechada, um dispositivo de restrição que resiste ao deslocamento do membro, e um dispositivo de controle que degrada ou desativa o dispositivo de restrição e desta forma permite o membro se deslocar entre suas posições aberta e fechada, em resposta à recepção de um sinal pré- determinado.
Description
"FERRAMENTA DE POÇO".
Antecedentes
A presente invenção se relaciona geralmente comequipamentos utilizados e operações executadas emconjunção com um poço subterrâneo e, em uma configuraçãodescrita aqui, mais particularmente provê uma ferramentade poço incorporando uma válvula operável por baixaalimentação de energia elétrica.
Está se tornando mais comum operar ferramentas de. poçousando energia de bateria, ou usando energia elétricagerada poço abaixo. Infelizmente, estas fontes de energiatipicamente não provêem uma grande quantidade de energiaelétrica e/ou não provêem energia elétrica por longosperíodos de tempo.
Portanto, pode ser visto que uma necessidade existe deferramentas de poço que possam operar usando baixaalimentação de energia elétrica.
Sumário
Na presente especificação, uma ferramenta de poço éprovida a qual resolve pelo menos um problema na técnica.Um exemplo é descrito abaixo no qual a ferramenta de poçoinclui uma válvula que é operável usando uma baixaalimentação de energia elétrica. Um outro exemplo édescrito abaixo no qual a alimentação de energia elétricaé usada para aquecer, fundir ou queimar um material.
Em um aspecto, uma ferramente de poço é provida a qualinclui uma válvula que controla a comunicação fluidaentre regiões de pressão em um poço. Vários tipos deválvulas são descritos abaixo. Uma válvula inclui ummembro rotativo que é forçado a girar, e um freio ouembreagem que impede a rotação do membro. Uma outraválvula inclui uma barreira que separa reagentes, e aválvula é operável em resposta à barreira ser aberta e osreagentes reagirem dessa forma entre si.
Ainda uma outra válvula inclui um membro deslocável entreuma posição aberta na qual a comunicação fluida entre asregiões de pressão é permitida e uma posição fechada naqual a comunicação fluida entre as regiões de pressão éimpedida. um dispositivo restritor resiste aodeslocamento do membro entre suas posições aberta efechada. Um dispositivo de controle degrada ou desativa odispositivo restritor e desta forma permite o membro sedeslocar entre suas posições aberta e fechada, emresposta à recepção de um sinal pré-determinado.
Uma outra válvula inclui uma barreira que separa asregiões de pressão, e um circuito de controle que faz abarreira ser aquecida para um estado enfraquecido.Thermite pode ser usado para aquecer a barreira. Em seuestado enfraquecido, a barreira pode permitir acomunicação fluida entre as regiões de pressão separadasinicialmente.
Estas e outras características, vantagens e benefíciostornar-se-ão aparentes para alguém de experiênciaordinária na técnica mediante a consideração cuidadosa dadescrição detalhada de configurações representativasabaixo e dos desenhos anexos, nos quais elementossimilares são indicados nas várias figuras usando osmesmos números de referência.
Descrição resumida dos desenhos
A figura 1 é uma vista de seção tranversal parcialmenteesquemática de um sistema de poço configurando princípiosda presente divulgação;
As figuras 2A e B são vistas de seção transversalesquemáticas em escala ampliada de uma válvula que podeser usada em uma ferramenta de poço no sistema da figura1, a válvula estando em uma configuração fechada nafigura 2A e em uma configuração aberta na figura 2B;
As figuras 3A e 3B são vistas de seção transversalesquemática de uma outra configuração da válvula, aválvula estando em uma configuração fechada na figura 3Ae em uma configuração aberta na figura 3B;
A figura 4 é uma vista de seção transversal esquemáticade ainda uma outra configuração da válvula;
A figura 5 é uma visa de seção transversal parcialmenteesquemática de uma outra válvula que pode ser usada emuma ferramenta de poço no sistema da figura 1;
A figura 6 é uma vista de seção transversal esquemáticade ainda uma outra válvula que pode ser usada em umaferramenta de poço no sistema da figura 1;
A figura 7 é uma vista de seção transversal esquemáticade uma válvula adicional que pode ser usada em umaferramenta de poço no sistema da figura 1; e
A figura 8 é uma vista de seção transversal esquemáticade uma outra válvula que pode ser usada em uma ferramentade poço no sistema da figura 1.
Descrição detalhada
Deve ser entendido que as várias configurações descritasaqui podem ser utilizadas em várias orientações, taiscomo inclinada, invertida, horizontal, vertical, etc., eem várias configurações, sem se desviar dos princípios dapresente divulgação. As configurações são descritasmeramente como exemplos de aplicações úteis dosprincípios da divulgação, que não estão limitados adetalhes específicos destas configurações.
Na descrição seguinte das configurações representativasda divulgação, termos direcionais, tais como "acima","abaixo", "superior", "inferior", etc., são usadosmeramente para conveniência ao se referir aos desenhosanexos.
Está representativamente ilustrado na figura 1 um sistemade poço 10 que configura princípios da presentedivulgação. No sistema de poço 10, várias ferramentas depoço 12 são interconectadas em uma coluna tubular 14instalada na carcaça 16 cimentada em um furo de poço 18.As ferramentas de poço 12 incluem atuadores 20 paraoperar as correspondentes ferramentas de poço 12.
A mais superior das ferramentas de poço 12 estárepresentada na figura 1 como sendo uma válvula decirculação, a seguinte ferramenta de poço mais baixa éuma válvula de testador, a seguinte é uma ferramenta demulti-amostrador, a seguinte é um condicionador, e a maisinferior é uma válvula ou estrangulador de produção.Estas ferramentas de poço 12 são providas meramente comoexemplos da ampla variedade de ferramentas de poço quepodem incorporar os princípios descritos nesta divulgação.
Entretanto, deve ficar claramente entendido que estesprincípios não estão limitados ao todo a somente osistema de poço 10, ferramentas de poço 12 e atuadores 20descritos aqui. Muitos outros sistemas de poço,ferramentas de poço, atuadores, etc. podem incorporar osprincípios desta divulgação.
Por exemplo, não é necessário que uma ferramenta de poçoseja interconectada em uma coluna tubular, para um poçoser revestido, para um atuador ser uma parte integral deuma ferramenta de poço (p.ex., o atuador pode serconectado separadamente à ferramenta de poço), etc.Qualquer tipo de sistema de poço, ferramenta de poço e/ouatuador pode usar os princípios descritos aqui.
Como representado na figura 1, um dos atuadores 20 éusado para abrir e fechar as ferramentas de poço válvulade circulação e válvula de testador 12, atuadoresadicionais são usados para controlar o fluxo nas câmarasde amostra 22, um outro atuador é usado para instalar ocondicionador, e ainda um outro atuador é usado paraseletivamente abrir e fechar a válvula ou estranguladorde produção. Em cada um destes casos, o atuador 20 éusado para operar a(s) ferramenta (s) de poçocorrespondente(s) 12 controlando a comunicação de fluidoentre as regiões de pressão no poço. Por exemplo, quandoas regiões de pressão estão bloqueadas entre si, umaferramenta de poço 12 está em uma posição, e quandoexiste comunicação fluida entre as regiões de pressão, aferramenta de poço é atuada para uma outra posição.
As regiões de pressão podem ser, por exemplo, umapassagem de fluxo interior 24 da coluna tubular 14, umanel tubular 26 formado radialmente entre a colunatubular e a carcaça 16 ou poço 18, os interiores dascâmaras de amostra 22, câmaras pressurizadas (tal comouma câmara carregada com gás nitrogênio, etc.), câmarasatmosféricas, seções de uma linha de controle levando dasuperfície a uma ferramenta de poço 12, seções de umalinha de controle entre ferramentas de poço, etc.
Qualquer tipo de região de pressão pode ser usada para semanter com os princípios desta divulgação.
Em um único aspecto do sistema de poço 10, os atuadores20 incluem válvulas que são operáveis com baixaalimentação de energia elétrica. As válvulas são usadaspara controlar a comunicação entre as regiões de pressãono poço, e são descritas mais completamente abaixo.
Entretanto, deve ser claramente entendido que osprincípios desta divulgação não estão limitados aquaisquer particulares detalhes de construção dosexemplos das válvulas descritas abaixo e representadasnos desenhos. Estes exemplos são usados meramente parailustrar como os princípios desta divulgação podem serincorporados para atuar ferrramentas de poço.
Um exemplo de um condicionador que pode ser instaladousando um atuador que pode incorporar as válvulasdescritas abaixo é divulgado na patente U.S. n°5.558.153, a descrição completa da qual é incorporadaaqui por esta referência. Exemplos de amostradores quepodem incorporar os atuadores e válvulas descritos abaixosão divulgados na patente U.S. n° 7.197.293 e no pedidode patente U.S. publicado n° 2008-0257031, as divulgaçõescompletas dos quais são incorporadas aqui por estareferência. Um exemplo de uma válvula de circulação quepode incorporar os atuadores e válvulas descritos abaixoestá divulgado no pedido de patente U.S. série n°12/203011, depositado em 2 de setembro de 2008, adivulgação completa do qual é incorporada aqui por estareferência.
Referindo-se adicionalmente agora às figuras 2A e B, umaválvula 30 para um dos atuadores 20 estárepresentativamente ilustrada. A válvula 30 é usada paracontrolar a comunicação entre as regiões de pressão 32,34. Por exemplo, um orifício 36 da válvula 30 pode serconectado a uma região de pressão relativamente alta 32(tal como uma câmara de gás pressurizada, a passagem defluxo 24, etc.)/ e um outro orifício 38 da válvula podeser conectado a uma região de pressão relativamente baixa34 (tal como uma câmara atmosférica, as câmaras deamostra 22, etc.).
Na figura 2A, a válvula 30 é em uma configuração fechadacom um plugue ou pistão 40 bloqueando a comunicação entreos orifícios 36, 38. O pistão 40 é pressionado para aesquerda (como visto na figura 2A) por pressão atuando emuma área de pistão diferencial 42, mas o deslocamento dopistão para a esquerda é impedido por um arranjo de fusoesférico 44 e um freio ou embreagem operado por solenóide46 que inicialmente impede a rotação de um membro roscado48 do arranjo de fuso esférico.
Neste exemplo, uma porca 50 do arranjo de fuso esférico44 é restringida de girar devido a seu engate com umafenda 52 se estendendo longitudinalmente ao longo de uminterior de um alojamento 54. Uma vez que o freio ouembreagem 4 6 também impede a rotação do membro 48, opistão 40 não pode se deslocar para a esquerda.
Como usado aqui, os termos "freio" e "embreagem" sãousados intercambiavelmente para indicar um dispositivoque seletivamente impede e permite a rotação de um membroem relação a um outro. Note que o freio ou embreagem 4 6pode ser desativado para permitir a rotação do membro 48,ou a porção 50 pode ser desengatada da fenda 52 parapermitir a rotação da porca, para operar a válvula 30.
Estas duas ações (desativação do freio ou embreagem 46, edesengate da porca 50 da fenda 52) podem ser executadasindependentemente.
Na figura 2B, o freio ou embreagem 4 6 foi desengatado domembro 48, permitindo assim ele girar na porca 50 epermitindo o pistão 40 se deslocar para a esquerda. Acomunicação é agora permitida entre as regiões de pressão32, 34, via os orifícios 36, 38.
Preferivelmente, somente uma pequena quantidade deenergia elétrica é necessária para desengatar o freio ouembreagem 4 6 e permitir o membro 48 girar. Note que,embora o membro roscado 48 esteja representado nosdesenhos como sendo roscado externamente, ele poderia aocontrário ser roscado internamente, a porca 50 poderiapelo contrário ser permitida a girar por operação dofreio ou embreagem 46, etc. Adicionalmente, embora oarranjo de fuso esférico 44 tenha o membro 48 emcompressão como descrito acima e ilustrado nos desenhos,o membro 48 poderia por outro lado estar tracionado (porexemplo, se ele fosse posicionado no lado oposto dopistão 40, ou se a área de pistão diferencial no pistão40 estivesse voltada para a direção oposta, etc.).
Referindo-se adicionalmente agora às figuras 3A e B, umaoutra configuração da válvula 30 está representativamenteilustrada. Nesta configuração, a porca 50 é incorporadaem uma extremidade do pistão 40, e um dispositivopressionador separado 56 (tal como uma mola) é usado paraforçar o pistão para a esquerda (como visto nas figuras3A e B).
O dispositivo pressionador 56 toma o lugar da área depistão 42, o qual é simplesmente um outro tipo dedispositivo pressionador. Qualquer outro tipo dedispositivo pressionador (tal como uma câmarapressurizada, material comprimido, etc.) pode ser usadopara se manter com os princípios desta divulgação.Na figura 3A, um pistão 40 é impedido de girar devido aengate endentado ou outro antirrotação entre umaextremidade 58 do pistão e um recesso complementarmenteconformado 60 no alojamento 54. 0 pistão 40, portanto,não pode se deslocar para a esquerda e impede acomunicação entre as regiões de pressão 32, 34.Na figura 3B, o freio ou embreagem 46 está desengatado,permitindo assim a rotação do membro 48, e permitindo opistão 40 se deslocar para a esquerda. Comunicação éagora permitida entre as regiões de pressão 32, 34 via osorifícios 36, 38.
Preferivelmente, o desengate do freio ou embreagem 46 éexecutado em resposta a um sinal recebido nacorrespondente ferramenta de poço 12 (ou um receptor desinal associado) poço abaixo. Por exemplo, várias formasde telemetria (tal como acústica, pulso de pressão,manipulação de coluna tubular, ou telemetriaeletromagnética, etc.) podem ser usadas para transmitirum sinal apropriado para um dispositivo de controleincluindo um detector de sinal e um circuito de controleque interpretam o sinal e determinam se a válvula 30 deveser operada. Alguns exemplos de dispositivos de controle,circuitos de controle, detectores de sinal, telemetria,etc. são descritos abaixo e esquematicamente ilustradosnos desenhos, mas deve ficar claramente entendido que osprincípios desta divulgação não estão limitados aosdetalhes destes exemplos específicos.
Referindo-se adicionalmente agora à figura 4, uma outraconfiguração da válvula 30 está representativamenteilustrada, junto com um associado dispositivo de controle62, circuito de controle 64, detector de sinal 66 esuprimento de energia elétrica 68. A válvula 30 é similarem muitos aspectos às válvulas das figuras 2A-3B, excetoque o pistão 40 é impedido de girar devido a contatoentre a porca 50 e a fenda 52, com a porca sendoincorporada no pistão.
O suprimento de energia 68 está representado na figura 4como compreendendo uma bateria, mas outros tipos desuprimentos de energia podem ser usados para se mantercom os princípios desta divulgação. Por exemplo, umgerador de energia elétrica poço abaixo pode ser usado aoinvés de, ou em adição a, uma bateria. Uma fonte decorrente (tal como um capacitor) pode ser usada emconjunção com uma ou mais baterias no suprimento deenergia 68.
O detector de sinal 66 pode ser um sensor de pressão, umsensor de tensão, um hidrofone, uma antena ou qualqueroutro tipo de detector de sinal que seja capaz de receberum sinal de telemetria. Entretanto, deve ser apreciadoque o detector de sinal 66 pode ser substituído poroutros tipos de sensores, e a válvula 30 pode ser operadaem resposta a, por exemplo, detecção de uma certapropriedade física (tal como pressão, temperatura,resistividade, razão óleo/gás, corte de água,radioatividade, etc.), passagem de um certo período detempo, etc.
O circuito de controle 64 pode ser um circuito eletrônicoque inclua um microprocessador, memória, etc. paraanlisar a entrada a partir do detector de sinal e/ououtro (s) sensor(es), e para determinar se a válvula 30deve ser operada. Se a válvula 30 deve ser operada, ocircuito de controle 64 aplica energia a partir dosuprimento de energia 68 para o solenóide do freio ouembreagem 4 6, para abrir a válvula.
O circuito de controle 64 pode incluir ummicroprocessador que é programado para reconhecer uma"assinatura" (tal como um padrão ou tipo particular deamplitude, fase de sinal, etc.) e um interruptorpiezelétrico que fecha um circuito elétrico entre osuprimento de energia 68 e um elemento de aquecimento,ligação por fusível, ignitor, solenóide, etc., comodescrito abaixo.
Claro, o dispositivo de controle 62, circuito de controle64, detector de sinal 66 e suprimento de energia 68 podemser usados para operar válvulas outras que a válvula 30.Por exemplo, está representativamente ilustrada na figura5 uma outra válvula 70 que pode ser operada usando odispositivo de controle 62 (incluindo o circuito decontrole 64 e detector de sinal 66).
No exemplo da figura 5, o dispositivo de controle 62 éconectado a um elemento de aquecimento elétrico 72 emcontato com (ou dentro de) uma barreira 74 separando osreagentes 76, 78 nas respectivas câmaras 80, 82 em ladosopostos da barreira. Quando o circuito de controle 64 dodispositivo 62 determina que a válvula 70 deve seroperada, energia elétrica é fornecida a partir dosuprimento de energia 68 para o elemento de aquecimento72 para fundir, queimar, provocar a ignição ou de outraforma degradar a barreira 74, tal que os reagentes 76, 78possam reagir entre si.
Um membro de plugue 8 4 impede inicialmente a comunicaçãoentre as regiões de pressão 32, 34. Entretanto, quando osreagentes 76, 78 reagem entre si, o membro de plugue 84 édessa forma deslocado, dissolvido, corroído ou de outraforma degradado ou desativado, tal que a comunicação sejaentão permitida entre as regiões de pressão 32, 34.
Por exemplo, os reagentes 76, 78 podem ser tais que umareação exotérmica seja produzida quando eles estiverem emcontato entre si, fundindo assim o plugue 84 ou gerandopressão para deslocar o plugue. Como um outro exemplo, osreagentes 76, 78 podem ser tais que um ácido (tal comoácido clorídrico) seja produzido quando eles estiverem emcontato entre si, dissolvendo dessa forma o plugue 84.
Como ainda um outro exemplo, os reagentes 76, 78 podemser hidróxido de sódio e água, e o plugue 84 pode serfeito de uma liga de alumínio, tal que quando osreagentes se misturarem o plugue seja dissolvido.
Uma reação exotérmica pode ser produzida contatandohidróxido de sódio com uma liga de alumínio, comodescrito na patente U.S. n° 3.195.637. Alternativamente,os reagentes 76, 78 podem ser como descritos na patenteU.S. n° 5.177.548, p.ex., uma mistura em pó de óxidoférrico (Fe2O3) e alumínio. Exemplos de outros materiaisadequados que produzem a reação exotérmica desejadaquando submetidos a ignição incluem uma mistura em pó dedióxido de manganês (MnO2) e alumínio, uma mistura em póde clorato de sódio (NaClO3) e alumínio, e uma mistura empó de clorato de sódio (NaCl3) e cálcio.
Como uma outra alternativa, os reagentes 76, 78 podem sercomo descritos na patente U.S. n° 5.575.331, que serefere à patente U.S. n° 2.918.125, ambas as quaisdivulgam cortadores quimidos de poço abaixo empregando"flúor e os fluoretos de halogênio incluindo compostoscomo trifluoreto de cloro, monofluoreto de cloro,trifluoreto de bromo, pentafluoreto de bromo,pentafluoreto de iodo e heptafluoreto de iodo". Estesreagentes 76, 78 provocariam uma reação de temperaturamuito alta, tal que a quantidade usada preferivelmenteseria muito bem controlada.
Uma outra configuração preferida é para dissolver oplugue removível 84, o qual pode ser feito de alumínio oumagnésio, como descrito na patente U.S. n° 5.622.211.Nesta configuração particular, quando a barreira 74 éremovida, uma alta concentração de ácido clorídrico ououtro entra em contato com o plugue removível 84 edissolve o plugue. O ácido pode estar na câmara 80protegido do plugue 84 pela barreira 74, ou doisreagentes 7 6, 78 que se combinam para formar um ácidopodem ser separados pela barreira 74, a qual quandoremovida fará a reação química formar o ácido, o qualentão dissolve o plugue.
Muitas outras combinações de reagentes 76, 78 e materiaispara o plugue 84 podem ser usadas para se manter com osprincípios desta divulgação. 0 plugue 84 pode ser tornadooco, como representado na figura 5, para prover mais áreasuperficial, reduzir a espessura do plugue ou de outraforma acelerar o processo de dissolução ou corrosão.Ao invés de usar o elemento de aquecimento 72, a barreira74 pode ser aberta por meios de uma válvula solenóide ououtro tipo de válvula para desta forma permitir osreagentes 76, 78 reagirem entre si.
Referindo-se adicionalmente agora à figura 6, uma outraválvula 90 está representativamente ilustrada. Nesteexemplo, o membro de plugue 84 está na forma de um pistãoque é deslocado para a direita (como visto na figura 6)devido a um diferencial de pressão a partir da região depressão 32 para a região de pressão 34 quando umdispositivo restritor 86 é partido, fundido, enfraquecidoe/ou de outra forma degradado.
Por exemplo, o dispositivo restritor 86 pode ser um linkde fusível que é rompido quando energia elétrica éfornecida para ele a partir do circuito de controle 64. 0dispositivo restritor 8 6 pode compreender um materialeutético. O dispositivo restritor 86 pode incluir fibraspoliméricas de alta resistência que inicialmente impedemo membro de plugue 84 de se deslocar para a direita, atéque as fibras sejam enfraquecidas ou rompidas, tal comopor fusão, degradação térmica, desintegração ou reduçãode módulo elástico (p.ex., usando um elemento deaquecimento tal como o elemento de aquecimento 72descrito acima), usando energia elétrica fornecida pelocircuito de controle 64.
O circuito de controle 64 pode incluir um timer 88 parainiciar a degradação ou desativação do dispositivorestritor 8 6 após um certo período de tempo, e/ou ocircuito de controle pode ser conectado a um detector desinal (p.ex., o detector de sinal 66 descrito acima) ououtro tipo de sensor, tal que o dispositivo restritorseja degradado ou desativado quando um sinal apropriadofor recebido ou uma propriedade apropriada seja detectada.
Referindo-se adicionalmente à figura 7, uma outra válvula92 está representativamente ilustrada para uso paraprover comunicação seletiva entre as regiões de pressão32, 34. Neste exemplo, as regiões de pressão 32, 34 sãoseparadas por uma barreira 94 em uma parede 96 entre asregiões de pressão. Comunicação é provida entre asregiões de pressão 32, 34 por aquecimento, fusão ou deoutra forma degradando ou desativando a barreira 94.Por exemplo, a barreira 74 pode ser aquecida para umestado enfraquecido provocando a ignição de um material98 em vizinhança próxima à barreira 94. 0 material 98pode ser um material de termite ou uma outra mistura departículas de alumínio e óxido de ferro que produzasubstancial calor quando submetido a ignição. Em umaconfiguração preferida, o material 98 pode ser formado deuma mistura de 25% de THERMIT (TM) de grão finos e 75% deTHERMIT (TM) de grãos grosseiros em peso.
A barreira 94 pode ser feita de metal, plástico,composto, vidro, cerâmica, uma mistura destes materiais,ou qualquer outro material.
Um ignitor 100 pode ser conectado ao circuito de controle64 tal que, quando for determinado que a válvula 92 deveser operada, o circuito de controle forneça energiaelétrica para o ignitor. Isto faz o material 98 entrar emignição e desta forma enfraquecer a barreira 94. 0ignitor 100 pode ser similar a uma combinação elétrica(p.ex., compreendendo um fio em ponte e um pirogênio) .
Preferivelmente, o material 98 não é um explosivo o qualse detona e explode através da barreira 94 (o querequereria aderência a regulamentações de explosivos),mas um explosivo pode ser usado se desejado.
O ignitor 100 pode compreender um elemento deaquecimento, tal como o elemento de aquecimento 72descrito acima. Por exemplo, o ignitor pode compreenderum fio de liga de niquel-cromo que é aquecido porcorrente elétrica fornecida pelo circuito de controle 64.O material 98 é preferivelmente usado para criar calor.Em uma configuração preferida, o material 98 compreendeum tipo de thermite (produtos químicos usando a reação deGoldschmidt). O material 98 pode incluir uma variedade defios de metais (combustível) e óxidos metálicos(oxidantes) incluindo ferro, alumínio, manganês, cobre,30 cromo, zinco, e magnésio. 0 material 98 pode usarpartículas mícron ou nanoescala, mas as de tamanho mícronsão preferidas devido a sua relativa segurança em relaçãoàs partículas de nanoescala. TEFLON (TM), VITON (TM), ouum fluoropolímero pode ser usado para reforçar a reaçãoquímica exotérmica (p.ex., flúor no material pode serliberado na reação para desta forma reagir com magnésiopara gerar calor). Outras reações pirotécnicas ouexotérmicas podem ser usadas em adição à reação dethermite.
Thermite é particularmente interessante para uso poçoabaixo por causa que ele não tem limitaçõessignificativas de temperatura. O uso estendido acima de200°C é esperado com um thermite como o produto químico 4exotérmico.
O material 98 pode incluir um ligante para manter osprodutos químicos incluídos juntos. Os possíveis ligantesincluem TEFLON (TM) , VITON (TM), PBAN (copolímero depolibutadieno acrilonitrila), HTPB (polibutadienoterminado em hidroxila), e epóxi.
A reação química exotérmica pode criar um furo nabarreira 94 usando pelo menos um de quatro métodos: 1)jateamento, 2) fusão, 3) enfraquecimento, ou 4) pressão.No método de jateamento, a reação química exotérmica criaum jato quente que é dirigido contra a barreira 94. 0jato quente provoca um ponto quente focado na barreira94. Usar o jato permite usar menos produtos químicosexotérmicos e reduz a sensibilidade a transferênciatérmica.
No método de fusão, os produtos químicos exotérmicos sãocolocados próximos à barreira 94. Em uma configuraçãopreferida, os produtos químicos exotérmicos sãoepoxidados na barreira 94 mas pode haver uma capaprotetora metálica, de cerâmica, plástica, composto e/oude epóxi sobre os produtos químicos. A reação químicacria calor que se conduz, convecciona e/ou irradia(preferivelmente mais se conduz) para dentro da barreira94. O calor funde um furo na barreira 94.
No método de enfraquecimento, os produtos químicosexotérmicos são colocados próximos à barreira 94. 0 calora partir da reação química reduz a resistência dosmateriais na barreira 94. O diferencial de pressãoatravés da barreira 94 faz a barreira falharmecanicamente devido à resistência reduzida. Aresistência da barreira 94 pode ser reduzida sejareduzindo o estresse de falha das partes devido ao calorou reduzindo a resistência de uma junta mecânica.
No método de pressão, os produtos químicos exotérmicoscriam pressão gasosa que faz a barreira 94 falhar. Em umaconfiguração preferida, a pressão é gerada a partir dosprodutos químicos que são colocados dentro da barreira94. A pressão gerada faz a barreira 94 estourar, o quepermite a comunicação fluida.
Referindo-se adicionalmente agora à figura 8, uma outraconfiguração da válvula 92 está representativamenteilustrada. Neste exemplo, a barreira 94 está na forma deum plugue instalado na parede 96.
Um suporte 102 mantém o material 98 adjacente à barreira94, tal que a barreira seja eficientemente enfraquecidaou de outra forma degradada quando o material forsubmetido à ignição. 0 suporte 102 pode ser parte dabarreira 94, em cujo caso o material 98 fica contidodentro da barreira.
Note que, nas configurações das figuras 7 & 8, omaterial 98 não é necessariamente submetido à ignição.Por exemplo, qualquer material ou combinação de materiaisque possam gerar uma reação exotérmica podem ser usadospara o material 98.
Pode ser agora apreciado totalmente que a divulgaçãoacima provê vários avanços para a arte de atuarferramentas de poço e válvulas operacionais para o mesmo.As válvulas 30, 70, 90, 92 descritas acimaconvenienemente provêem a atuação de ferramentas de poço12, sem requerer muita energia elétrica para operar.
Em particular, a divulgação acima descreve uma ferramentade poço 12 que inclui uma válvula 30 que controla acomunicação fluida entre regiões de pressão 32, 34 em umpoço. A válvula 30 inclui um membro rotativo 48 que éforçado a girar, e um freio ou embreagem 4 6 que impede arotação do membro 48. Energia elétrica é aplicada aofreio ou embreagem 4 6 para desativar o freio ou embreagem46 e permitir a rotação do membro 48.A rotação do membro 48 em resposta à desativação do freio4 6 pode operar a válvula 30 para uma posição aberta ouuma posição fechada.
O membro rotativo 4 8 pode ser forçado a girar por umaárea de pistão 42. A área de pistão 42 pode ser exposta apressão em pelo menos uma das regiões de pressão 32, 34.O membro rotativo 48 pode ser forçado a girar por umdispositivo pressionador 56.
O membro rotativo 4 8 pode compreender um membro roscadointernamente ou um membro roscado externametne.
A válvula 30 pode incluir um detector de sinal 66 e umcircuito de controle 64, através do que com a recepção deum sinal pré-determinado pelo detector de sinal 66, ocircuito de controle 64 pode desativar o freio 46 e destaforma permitir a rotação do membro 48. 0 circuito decontrole 64 pode controlar a aplicação de energia elétrica ao freio 46.
Outra ferramenta de poço 12 descrita pela divulgaçãoacima inclui uma válvula 70 que controla a comunicaçãofluida entre as regiões de pressão 32, 34 em um poço. Aválvula 70 inclui uma barreira 74 que separa os reagentes76, 78. A válvula 70 é operável em resposta à barreira 74ser aberta e os reagentes 76, 78 desta forma reagirem entre si.
A válvula 70 também pode incluir um plugue 84 isolando asregiões de pressão 32, 34 entre si. Pelo menos uma porçàodo plugue 84 pode ser dissolvivel por um produto dosreagentes 76, 78. Um produto dos reagentes 76, 78 podeser corrosivo para pelo menos uma porção do plugue 84.Uma reação exotérmica pode ser produzida quando osreagentes 76, 78 reagem entre si. Pelo menos uma porçãodo plugue 84 é enfraquecida, partida, fundida oudesintegrada pela reação exotérmica.
Pressão pode ser produzida quando os reagentes 76, 78reagem entre si. Um membro (p.ex., o plugue 84) pode sedeslocar em resposta à pressão produzida, controlandodesta forma a comunicação fluida entre as regiões depressão 32, 34.
A válvula 70 pode incluir um detector de sinal 66 e umcircuito de controle 64. Com o recebimento de um sinalpré-determinado pelo detector de sinal 66, o circuito decontrole 64 pode abrir a barreira 74. O circuito decontrole 64 pode fazer a barreira 74 ser aquecida,rompida, enfraquecida, queimada ou fundida em resposta àrecepção do sinal pré-determinado pelo detector de sinal 66.
A divulgação acima também descreve uma outra ferramentade poço 12 incluindo uma válvula 90 que controla acomunicação fluida entre as regiões de pressão 32, 34 emum poço. A válvula 90 inclui: a) um membro 84 deslocávelentre uma posição aberta na qual a comunicação fluidaentre as regiões de pressão 32, 34 é permitida e umaposição fechada na qual a comunicação fluida entre asregiões de pressão 32, 34 é impedida, b) um dispositivorestritor 86 que resiste ao deslocamento do membro 84entre suas posições aberta e fechada, e c) um dispositivode controle 62 que degrada ou desativa o dispositivorestritor 86 e desta forma permite o membro 84 sedeslocar entre suas posições aberta e fechada, emresposta à recepção de um sinal pré-determinado.
O dispositivo de controle 62 pode incluir um circuito decontrole 64 que faz o dispositivo restritor 86 serenfraquecido, partido, queimado e/ou aquecido em respostaà recepção do sinal pré-determinado por um detector desinal 66. O membro 84 pode ser forçado a se deslocarentre suas posições aberta e fechada por uma diferençaentre pressões nas regiões de pressão 32, 34.
Ainda uma outra ferramenta de poço 12 é descrita peladivulgação acima. A ferramenta de poço 12 inclui umaválvula 92 que controla a comunicação fluida entre asregiões de pressão 32, 34 em um poço. A válvula 92 incluiuma barreira 94 que separa as regiões de pressão 32, 34,e um circuito de controle 64 que faz a barreira 94 seraquecida para um estado enfraquecido.A válvula 92 também pode incluir um detector de sinal 66.O circuito de controle 64 pode fazer a barreira 94 seraquecida para um estado enfraquecido em resposta àrecepção de um sinal pré-determinado pelo detector desinal 66. 0 sinal pré-determinado pode compreender umsinal de pressão de fluido, um sinal eletromagnético ouum sinal acústico.
A barreira 94 em seu estado enfraquecido pode permitir acomunicação fluida entre as regiões de pressão 32, 34 emresposta à diferença entre pressões nas regiões depressão 32, 34.
A válvula 92 pode incluir um material de thermite. 0circuito de controle 64 pode provocar a ignição domaterial de thermite para desta forma aquecer a barreira94. A válvula 92 pode incluir uma mistura de partículasde alumínio e de óxido de ferro. 0 circuito de controle64 pode fazer a mistura sofrer ignição para desta formaaquecer a barreira 94.
O circuito de controle 64 pode fazer a barreira 94 seraquecida em resposta à passagem de um período pré-determinado de tempo.
Claro, uma pessoa experiente na técnica, mediante umaconsideração cuidadosa da descrição acima deconfigurações representativas, prontamente apreciará quemuitas modificações, adições, substituições, eliminações,e outras mudanças podem ser feitas naquelas configuraçõesespecíficas, e tais mudanças estão dentro do escopo dosprincípios da presente divulgação. Por exemplo, odispositivo de controle 62 pode ser um dispositivooperado mecanicamente ou por pressão, ou qualquer outrotipo de dispositivo de controle, ao invés de, ou emadição a, incluir o circuito de controle 64.Consequentemente, a descrição detalhada anterior deve serclaramente entendida como sendo proporcionada por meio deilustração e exemplo, o espírito e escopo da presenteinvenção sendo limitados unicamente pelas reivindicaçõesanexas e suas equivalentes.
Claims (25)
1. Ferramenta de poço, caracterizada pelo fato decompreender:uma válvula que controla a comunicação fluida entreregiões de pressão em um poço, a válvula incluindo ummembro rotativo que é forçado a girar, e um freio ouembreagem que impede a rotação do membro, através do queenergia elétrica é aplicada ao freio ou embreagem paradesativar o freio ou embreagem e permitir a rotação domembro.
2. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de a rotação do membro emresposta à desativação do freio operar a válvula para umaselecionada uma de uma posição aberta e uma posiçãofechada.
3. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de o membro rotativo serpressionado para girar por uma área de pistão.
4. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 3,caracterizada pelo fato de a área de pistão ser exposta àpressão em pelo menos uma das regiões de pressão.
5. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de o membro rotativo ser forçadoa girar por um dispositivo pressionador.
6. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de o membro rotativo compreenderum selecionado um de um membro roscado internamente e ummembro roscado externamente.
7. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de a válvula compreenderadicionalmente um detector de sinal e um circuito decontrole, mediante o que com a recepção de um sinal pré-determinado pelo detector de sinal, o circuito decontrole desativa o freio e desta forma permite a rotaçãodo membro.
8. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 7,caracterizada pelo fato de o circuito de controlecontrolar a aplicação de energia elétrica ao freio.
9. Ferramenta de poço, caracterizada pelo fato decompreender:uma válvula que controla a comunicação fluida entreregiões de pressão em um poço, a válvula incluindo umabarreira que separa reagentes, e a válvula sendo operávelem resposta à barreira ser aberta e os reagentes destaforma reagirem entre si.
10. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 9,caracterizada pelo fato de a válvula incluiradicionalmente um plugue isolando as regiões de pressãoentre si, e sendo que pelo menos uma porção do plugue édissolvivel por um produto dos reagentes.
11. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 9,caracterizada pelo fato de a válvula incluiradicionalmente um plugue isolando as regiões de pressãoentre si, e sendo que um produto dos reagentes écorrosivo para pelo menos uma porção do plugue.
12. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 9,caracterizada pelo fato de uma reação exotérmica serproduzida quando os reagentes reagem entre si, e sendoque pelo menos uma porção do plugue é enfraquecida,fundida, ou desintegrada pela reação exotérmica.
13. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 9,caracterizada pelo fato de a pressão ser produzida quandoos reagentes reagem entre si.
14. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 13,caracterizada pelo fato de um membro se deslocar emresposta à pressão produzida, controlando desta forma acomunicação fluida entre as regiões de pressão.
15. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 9,caracterizada pelo fato de a válvula incluiradicionalmente um detector de sinal e um circuito decontrole, sendo que com a recepção de um sinal pré-determinado pelo detector de sinal, o circuito decontrole abre a barreira.
16. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de o circuito de controle fazer abarreira ser aquecida em resposta à recepção do sinalpré-determinado pelo detector de sinal.
17. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de o circuito de controle fazer abarreira ser queimada em resposta à recepção do sinalpré-determinado pelo detector de sinal.
18. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de o circuito de controle fazer abarreira ser fundida em resposta à recepção do sinal pré-determinado pelo detector de sinal.
19. Ferramenta de poço, caracterizada pelo fato decompreender:uma válvula que controla a comunicação fluida entre asregiões de pressão em um poço, a válvula incluindo umabarreira que separa as regiões de pressão, e um circuitode controle o que faz a barreira ser aquecida para umestado enfraquecido.
20. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 19,caracterizada pelo fato de a válvula incluiradicionalmetne um detector de sinal, e sendo que ocircuito de controle faz a barreira ser aquecida para umestado enfraquecido em resposta à recepção de um sinalpré-determinado pelo detector de sinal.
21. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 20,caracterizada pelo fato de o sinal pré-determinadocompreender pelo menos um de um grupo consistindo de umsinal de pressão de fluido, um sinal eletromagnético e umsinal acústico.
22. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 19,caracterizada pelo fato de a barreira em seu estadoenfraquecido permitir a comunicação fluida entre asregiões de pressão em resposta a uma diferença entrepressões nas regiões de pressão.
23. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 19,caracterizada pelo fato de a válvula incluiradicionalmente um material de thermite, e sendo que ocircuito de controle faz o material de thermite sofrerignição para desta forma aquecer a barreira.
24. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 19,caracterizada pelo fato de a válvula incluiradicionalmente uma mistura de alumínio e partículas deóxido de ferro, e sendo que o circuito de controle faz amistura sofrer ignição para desta forma aquecer abarreira.
25. Ferramenta de poço, de acordo com a reivindicação 19,caracterizada pelo fato de o circuito de controle fazer abarreira ser aquecida em resposta à passagem de umperíodo pré-determinado de tempo.
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