ES2223487T3 - Dispositivo de obturacion de un pozo de perforacion. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de obturación de un pozo de perforación, del tipo llamado packer, que comprende un elemento tubular central (7) cubierto de un manguito periférico deformable (5), en el interior del que se inyecta un fluido bajo presión, con el fin de deformar el susodicho manguito (5) y de aplicarlo en las paredes del pozo de perforación (3), el manguito deformable (5) está constituido por un metal y la pared interna del manguito (5) constituye por lo menos una cámara anular (17) que se extiende en por lo menos una arte de la superficie del manguito (5) y que está en comunicación, mediante un orificio (19), con el interior del packer (17), caracterizado porque esta cámara (17) se llena, antes de la inyección del fluido bajo presión, con un material no miscible en el líquido de perforación.

Description

Dispositivo de obturación de un pozo de perforación.

La presente invención trata de los dispositivos de obturación de tipo inflable utilizados en las técnicas de perforación.

En efecto, se sabe que se utilizan dispositivos de obturación en esas técnicas, en el marco de diversas aplicaciones, que se colocan en los pozos de perforación y que, una vez alcanzada la profundidad requerida, se activan por la puesta en obra de medios de hinchado.

Dichos dispositivos de obturación, comúnmente llamados "packer", están constituidos de elementos tubulares cilíndricos cuya pared exterior está formada por un manguito de elastómero mantenido entre dos anillos metálicos que permiten conectarlo a un tubo de perforación arriba y, eventualmente, abajo. Este tipo de "packer" es difundido en la patente US 5 143 154.

Los packers deben cumplir esencialmente dos funciones: una de anclaje y otra de hermeticidad con las cimentaciones vecinas al pozo de perforación. Para eso, después de que se ha introducido el packer en el pozo de perforación en el nivel deseado, se procede al inflado del manguito de elastómero mediante una inyección a presión de un fluido como el cemento, preferentemente, o mediante compresión mecánica.

Una dificultad que puede presentarse proviene del hecho de que un packer debe soportar cargas importantes que puedan superar a veces las cien toneladas, de manera que las tensiones, principalmente, las tensiones de esfuerzo de cizallamiento, que se ejercen sobre el manguito de elastómero, producen una deformación del mismo, lo que resulta perjudicial, por una parte, para la cualidad de su anclaje y, por la otra, para las cualidades de hermeticidad.

Esta dificultad se ve aumentada ya que el packer debe cumplir las funciones mencionadas anteriormente en un medio particularmente hostil debido, principalmente, a la agresividad de los fluidos encontrados y a las temperaturas elevadas. Estas últimas hacen sentir aún más sus efectos ya que el packer se encuentra a una profundidad importante, en zonas en que las temperaturas pueden alcanzar los 150ºC. Bajo estas condiciones, se entienden que se vean muy disminuidas las cualidades mecánicas del elastómero del manguito inflable de los packers.

Con el objeto de reducir los fenómenos de deformación de los packers bajo tales tensiones, se ha propuesto reforzar el elastómero agregándole un refuerzo metálico, constituido, por ejemplo, de láminas de metal imbricadas en escamas dentro de su masa. Por una parte, el precio de coste de este tipo de packers es elevado y, por otra, no palian completamente los inconvenientes precitados.

Por otro lado, se ha constatado que los packers anteriores a la técnica actuaban como trampas con respecto a gases raros como el helio, de manera que se revelan porosos al paso de éste.

Por último, debido a su guarnición exterior de elastómero, los packers resultan frágiles y esta guarnición exterior a veces se deteriora durante su descenso en el pozo de perforación, lo que también contribuye a la falta de resistencia mecánica ulterior.

La presente invención tiene como objetivo solucionar estos diversos inconvenientes proponiendo un nuevo tipo de packer que pueda, en primer lugar, resistir tanto a las condiciones hostiles de un pozo de perforación como a las fuertes tensiones mecánicas que se ejercen sobre él después de su anclaje. Asimismo, al mejorar de manera particularmente significativa la cualidad de este anclaje, busca simplificar la técnica de perforación al evitar, sobre todo, el verse obligado a realizar reducciones de diámetro de perforación.

La presente invención tiene como objeto un dispositivo de obturación de un pozo de perforación, del tipo llamado packer, con un elemento tubular central recubierto de un manguito periférico deformable, en el interior del cual se inyecta un fluido a presión para deformar dicho manguito y aplicarlo en las paredes de pozo de perforación, con la característica de que el manguito deformable se constituye de un metal.

Este metal podrá estar formado, preferentemente, de una aleación de cuproníquel.

En un modo de puesta en obra de la invención, la pared interior del manguito forma, por lo menos, una cámara anular que se extiende sobre, al menos, una parte de la superficie del manguito y que está comunicado por un orificio con el interior del packer; antes de la inyección del líquido a presión, esta cámara e halla llena de un material no mezclable con el líquido de perforación. Este material deberá constituirse, principalmente, de un cemento endurecido que, con el efecto de la presión debido a la inyección del cemento en el packer, se agrietará creando así porosidades que constituyen pasos para que el fluido inyectado a presión llegue a las cámaras anulares y ejerzan de esta manera esfuerzos de presión importante en las paredes de los manguitos metálicos repartidos en toda la superficie del manguito y que aseguren la deformación de las paredes de éste.

Esta cámara podrá estar constituida fundamentalmente de un escariado realizado en el manguito metálico que estará limitado hacia el interior por la pared externa de un tubo ajustado en el manguito.

El dispositivo de obturación de un pozo de perforación según la invención, o packer, resulta particularmente interesante con respecto a los dispositivos de la técnica anterior en la medida en que, cuando el fluido a presión inyectado en el packer está constituido principalmente de cemento, éste puede hacer bloque con los diferentes elementos del packer y, sobre todo, con el manguito deformable, lo que mejora la resistencia de éste ante las diferentes tensiones que lo solicitan y, especialmente, el peso del entubado de arriba.

A continuación, se describirá una manera de ejecución de la presente invención, a título de ejemplos no limitativos, con referencia a los dibujos anexados en los que:

La figura 1 muestra una vista en corte longitudinal esquemático de un packer según la invención dispuesto en un pozo de perforación.

La figura 2 y 3 constituyen vistas esquemáticas de dos etapas de puesta en obra de un packer según la invención.

La figura 4 muestra una vista externa parcial que representa un modo de puesta en obra de un packer metálico según la invención.

La figura 5 muestra una vista en corte longitudinal que representa un modo de puesta en obra de un packer metálico según la invención.

En la figura 1, se muestra un packer metálico 1 conforme a la invención instalado en un pozo de perforación 3. Este packer 1 se compone, esencialmente, de un manguito cilíndrico exterior 5 y de un elemento tubular metálico 7 ajustado en el interior del mismo.

Las partes derecha e izquierda de esta figura representan respectivamente un packer antes y después del inflado del manguito.

El manguito 5 está hecho de un metal resistente a la corrosión gracias a sus características que es fácil de fabricar, y que está en capacidad de soportar grandes deformaciones sin pérdidas importantes de sus características mecánicas.

Los diferentes ensayos efectuados han mostrado que las aleaciones de cobre y níquel eran particularmente interesantes, especialmente, las que contienen proporciones en hierro y manganeso respectivamente de un 1,5% y un 0,8%. Se retendrá muy particularmente una aleación de composición CuNi10FeMnl, es decir, una aleación cuya composición es:

Cobre	87,7%
Níquel	10%
Hierro	1,5%
Manganeso	0,8%

También se pueden utilizar oros tipos de aleaciones naturalmente y se menciona, principalmente, las aleaciones de acero inoxidable blando, las aleaciones a base de cobre y de aluminio, esencialmente.

La superficie interior de las extremidades del manguito 5 está surcada de tres ranuras circulares que reciben juntas tóricas 11 que garantizan la hermiticidad entre ese manguito y el elemento tubular 7. Cada una de las extremidades del manguito 5 están surcadas de un escariado circular en el interior del cual está enmangado a presión un anillo de acero 13, formando un zunchado, destinado a impedir cualquier deformación de las partes extremas del manguito 5. La solidarización del anillo 13 y del manguito 5 con el elemento tubular 7 se logra mediante un inmovilización de traslación de estos elementos, que se obtiene mediante un tornillo 15 enroscado en el elemento tubular 7 y cuya cabeza 15a se sitúa en muescas apropiadas previstas en el anillo 13 y en el manguito 5.

La cara interior central del manguito 5 comprendida entre los zunchados 13 está surcada por una muesca que disminuye, en esta pared central, el espesor del manguito 5 y que forma con la cara exterior del elemento tubular 7 una cámara anular 17. Esta cámara 17 comunica con el interior del elemento tubular 7 mediante agujeros 19.

Tal como se presente esquemáticamente en las figuras 2 y 3, el interior de la cámara 17 está colmado con un cemento endurecido, destinado a evitar que el líquido existente en el pozo de perforación penetre en él.

Una vez que se ha instalado el packer 1, según la invención, en el hueco de perforación 3 en el nivel en el cual se desea anclarlo y después d haber obturado la parte anterior del packer mediante un obturador 18, se inyecta a fuerte presión, de la manera conocida, un producto como el cemento, esencialmente, en el interior del elemento tubular 7. En estas condiciones, el cemento inyectado a presión en el interior del elemento tubular 7 penetra con una fuerte presión en los orificios 19, quiebra el cemento endurecido contenido en la cámara 17 y, al realizar esto, crea en éste intersticios que le permitirán penetrar en ésta, lo que tiene como resultado favorecer la aplicación de la presión comunicada por el cemento inyectado en la superficie total de la parte deformable del manguito 5. A partir de ese momento, éste empieza a deformarse, lo que favorece la penetración del cemento a presión en la cámara 17 y tiene como efecto el aplicar fuertemente la cara exterior del manguito 5 contra la pared interior del pozo 3. La fijación del packer se logra una vez que se ha endurecido el cemento.

La creación de la cámara 17 que se extiende sobre la casi totalidad de la superficie interior del manguito 5 permite aplicar la fuerza de presión proveniente del cemento de inyección sobre la totalidad de esta pared, lo que favoriza su deformación. Según la invención, el llenado de la cámara 17 por un cemento endurecido permite evitar que el líquido que circula en el pozo, o líquido de perforación, penetre en el interior de esta cámara antes de la inyección del cemento a presión, lo que provocaría una disolución de éste después de la inyección, teniendo como consecuencia la disminución de las cualidades de resistencia mecánicas del cemento inyectado en la cámara 17.

Naturalmente, se puede llenar la cámara 17 con otros productos, principalmente, productos capaces de romperse bajo el efecto de la fuerza de inyección del cemento, creando así múltiples pasos que permitan al cemento inyectado penetrar en la cámara 17 para provocar la deformación de la parte del manguito 5 y el hinchado de ésta. Se podría utilizar así yeso o, por ejemplo, una resina epoxi. Igualmente, podrían utilizarse micro bolas de vidrio susceptibles de romperse bajo el efecto de la fuerza de inyección del cemento.

Esta invención es particularmente interesante en la medida en que permite garantizar un enganche del cemento inyectado en el manguito metálico exterior 5, dicha fijación no era posible cuando los manguitos exteriores eran de elastómero. Así, si entre las etapas representadas en las figuras 2 y 3, es decir, antes de la obturación del elemento tubular 7 por el obturador 18, se inyecta cemento en la pared 3 del pozo de perforación, este cemento una vez que inflado el manguito 5 se formará un bloque con éste último y con las paredes del pozo 3, lo que mejorara de manera considerable el anclaje del packer 1 y hará que éste sea prácticamente inamovible.

Esta invención resulta particularmente interesante ya que permite, al contrario de los packers de elastómero precedentes a esta técnica, realizar en la superficie exterior del manguito deformable asperezas que constituyen verdaderas grapas que mejoran aún mas el anclaje del packer en la pared interior de los pozos.

Así como puede verse en la figura 4, la superficie exterior del manguito metálico 5 presenta ranuras circulares (las formas con rayas ininterrumpidas en la figura) inclinadas con respecto al eje transversal xx' de éste y que están alternadas en relación a este eje, de manera que se realicen sucesivamente los ángulos \alpha y -\alpha teniendo como efecto el formar grapas 21 cuya forma vista en plano constituye sensiblemente rombos. También se puede realizar grapas o ganchos con otra forma.

Esta invención permite, asimismo, combinar las buenas cualidades de anclaje y de impermeabilización.

De esta manera, en una variante de puesta en obra de la invención, representada en la figura 5, cuando por razones técnicas se desea privilegiar la hermeticidad entre el packer y la superficie interior del pozo en el cual está dispuesto, se rellenan las ranuras trazadas en la superficie exterior del manguito 5 (principalmente las ranuras circulares) con un producto elastómero 23, una resina epoxi elástica, etc...., lo que da al manguito 5 las buenas cualidades de hermeticidad correctas deseadas permitiéndole a éste conservar sus buenas cualidades de anclaje gracias a las asperezas rígidas que forman grapas existentes entre esas ranuras.

Los packer metálicos objeto de la invención pueden ser realizados con diferentes diámetros y diferentes longitudes en función de los pozos de perforación y de las aplicaciones específicas a las cuales deben responder.

Claims (8)

1. Dispositivo de obturación de un pozo de perforación, del tipo llamado packer, que comprende un elemento tubular central (7) cubierto de un manguito periférico deformable (5), en el interior del que se inyecta un fluido bajo presión, con el fin de deformar el susodicho manguito (5) y de aplicarlo en las paredes del pozo de perforación (3), el manguito deformable (5) está constituido por un metal y la pared interna del manguito (5) constituye por lo menos una cámara anular (17) que se extiende en por lo menos una arte de la superficie del manguito (5) y que está en comunicación, mediante un orificio (19), con el interior del packer (17), caracterizado porque esta cámara (17) se llena, antes de la inyección del fluido bajo presión, con un material no miscible en el líquido de perforación.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la cámara (17) está constituida por un taladrado realizado en el manguito deformable (5), que queda limitado hacia el interior por la pared externa de un tubo (7) ajustado en el manguito (5).

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material está constituido por cemento endurecido.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el metal es una aleación de cuproníquel.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque la aleación contiene una cantidad de níquel de aproximadamente 10%.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque la aleación es una aleación de tipo CuNl10FeMnl.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie externa del manguito comprende asperidades de sujeción.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque los huecos entre las asperidades se llenan, por lo menos parcialmente, con un elastómero.