MX2008015658A - Aparato para sellar y aislar tuberias. - Google Patents

Abstract

Una herramienta de tubería para usarse dentro de una tubería comprende un cuerpo de herramienta con un orificio de flujo interno, un componente que aumenta de volumen colocado alrededor del cuerpo de la herramienta, y un sello temporal colocado internamente del orificio de flujo. La herramienta de tubería puede comprender además un dispositivo de seguimiento unido al cuerpo de la herramienta, donde el dispositivo de seguimiento comprende un aditamento mecánico, o un emisor que emite una señal que puede ser seguida o rastreada.

Description

APARATO PARA SELLAR Y AISLAR TUBERIAS CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se relaciona de manera general con aparatos y métodos para sellar y aislar tuberías. De manera más particular, la presente invención se relaciona con varias modalidades de una herramienta para sellar y aislar tuberías que permite sellar un área anular dentro de una tubería usando un componente que aumenta de volumen, y un sello temporal de un orificio de flujo a través de la herramienta usando un sello interno temporal. De manera aún más particular, la presente invención se relaciona con métodos para sellar y aislar una tubería para efectuar el mantenimiento, sellar fugas o instalar dispositivos permanentes dentro de la tubería.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los métodos de mantenimiento y reparación de tuberías convencionales comprenden descontinuar primero las operaciones normales de la tubería, entonces aislar la sección de tubería a ser reparada o mantenida cerrando una válvula o proporcionando algún otro tipo de sello en la tubería, y entonces drenar los líquidos o soplar gases dentro de la sección aislada de la tubería. Una vez que el producto es removido de la sección de tubería aislada, pueden entonces efectuarse las operaciones de reparación y/o mantenimiento. Esas operaciones pueden incluir cortar y reemplazar una sección con fugas de la tubería y/o instalar dispositivos permanentes en la tubería, como una válvula. Cuando se hagan esas instalaciones permanentes en la tubería, puede ser efectuada posteriormente una prueba de integridad estructural, como una prueba hidrostática, caso en el cual el agua usada en la prueba de ser drenada, y en algunos casos, la tubería también es secada dependiendo del servicio de la tubería. Finalmente, la tubería puede ser recomisionada con producto y reasumirse las operaciones normales. Esos métodos convencionales consumen tiempo y son caros debido a las operaciones discontinuas de la tubería, la pérdida de producto en que puede incurrirse debido al drenado o soplado y el tiempo y gastos asociados con el corte en la tubería para hacer la reparación real y/o efectuar la operación de mantenimiento, como reemplazar una sección con fugas de la tubería o instalar un dispositivo permanente. Para superar algunas de esas ineficiencias , ha sido desarrollado un contenedor o taco de aislamiento de tubería que puede ser usado para aislar una sección de tubería de modo que las operaciones de mantenimiento y reparación puedan ser efectuadas entonces. El contenedor o taco de aislamiento de tubería es un dispositivo controlado a distancia que puede ser colocado en cualquier lugar deseado dentro de la tubería para aislar una sección de la tubería para minimizar la cantidad de producto a drenar o soplar antes de efectuar el trabajo. Este puede ser lanzado a una tubería y empujado a lo largo de esta por el producto mientras es seguido hasta su destino pretendido. Entonces el taco de aislamiento de la tubería puede ser inmovilizado en posición para sellar completamente a través de la tubería. Las desventajas del taco de aislamiento de tubería es que no actúa como un dispositivo de reparación permanente, y no permite el flujo de producto a través de él. Por ello, éste sella la tubería de tal manera que el sello es únicamente removible removiendo el taco de aislamiento de la tubería totalmente de la tubería. En consecuencia, después de completar las operaciones de reparación y/o mantenimiento, el taco de aislamiento de la tubería debe ser removido de la tubería para permitir que se reasuman las operaciones normales de la tubería. Por lo tanto, existe la necesidad de un aparato de reparación más eficiente, menos costoso y opcionalmente permanente, y métodos para efectuar el mantenimiento de tuberías, reparación de fugas e instalación de dispositivos permanentes .

SUMARIO DE LA INVENCION Se describe aquí una herramienta de tubería para usarse dentro de una tubería que comprende un cuerpo de herramienta con un orificio de flujo interno, un componente expansible colocado alrededor del cuerpo de la herramienta, y un sello temporal colocado internamente del orificio de flujo- En varias modalidades, el cuerpo de la herramienta puede comprender además una porción acampanada, o el cuerpo de la herramienta puede ser flexible, corrugado o ambos; o el cuerpo de la herramienta puede comprender una aleación de metal . La herramienta de tubería puede comprender además un dispositivo de seguimiento unido al cuerpo de la herramienta, y el dispositivo de seguimiento puede comprender un aditamento mecánico, o un emisor que emita una señal que pueda ser seguida o rastreada. En una modalidad el emisor comprende un imán, un isótopo radioactivo, un transmisor electrónico, un transmisor acústico, un transmisor ultrasónico o una combinación de los mismos. La herramienta de tubería puede comprender además una pluralidad de copas guía, unidas al cuerpo de la herramienta que se acoplan a la tubería cuando la herramienta se coloque en ella. El componente expansible colocado alrededor del cuerpo de la herramienta puede comprender un material que se expanda cuando se exponga a un fluido dentro de la tubería. En una modalidad, el componente expandible comprende una porción central, y la porción central puede comprender un polímero elástico seleccionado del grupo que consiste de EPDM, caucho de estireno-butadieno, caucho natural, caucho de monómero de etileno-propileno, caucho de etileno-acetato de vinilo, caucho de acrilonitrilo hirogenado-butadieno, caucho de acrilonitrilo-butadieno, caucho de isopreno, caucho de cloropreno y polinorborneno . En otra modalidad, la porción central comprende un caucho mezclado mecánicamente con un polímero seleccionado del grupo que consiste de cloruro de polivinilo, metacrilato de metilo, acrilonitrilo y acetato de etilo. En otra modalidad más, la porción central comprende un dicromato de hidrógeno mezclado en un compuesto de glicerol, dietilen glicol, y policrilamida . El componente expandible puede comprender además una porción de membrana rodeando la porción central, y el fluido puede infiltrarse a la porción de la membrana más lentamente que la porción central. La porción de la membrana puede comprender un caucho seleccionado del grupo que consiste de acrilonitrilo, nitrilo hidrogenado, cloropreno, caucho de etileno-acetato de vinilo, silicón, monómero de dieno de etileno-propileno, butilo, polietileno clorosulfonado, poliuretano, ACM y BIMS . Un componente expandible puede comprender además un refuerzo a la porción de la membrana. En una modalidad, el sello temporal de la herramienta de tubería es desacoplable selectivamente y este sello temporal puede comprender un disco de ruptura. En otra modalidad, el sello temporal es acoplado o desacoplado selectivamente, y este sello temporal puede comprender una válvula electromecánica. El sello temporal puede ser acoplado o desacoplado selectivamente por medio de temperatura, una señal magnética, una señal de presión, una señal electrónica, una señal electromagnética, un temporizador, una señal acústica, una señal ultrasónica o una combinación de las mismas. En una modalidad, la herramienta de tubería comprende además un dispositivo permanente colocado internamente al orificio de flujo, y el dispositivo permanente puede comprender una válvula o una bomba .

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Para una descripción más detallada de la presente invención, ahora se hará referencia a las figuras acompañantes , donde : La Figura 1 es una vista lateral en corte transversal, amplificada, de una herramienta de sellado y aislamiento de una tubería representativa; La Figura 2 es una vista lateral en corte transversal, amplificada de un componente expandible representativo ; Las Figuras 3A a 3D describen una modalidad de una operación de reparación de fugas de tuberías donde la modalidad de la herramienta descrita en la Figura 1 puede ser utilizada; Las Figuras 4A a 4D describen una modalidad de una operación de mantenimiento de tuberías donde la modalidad de la herramienta descrita en la Figura 1 puede ser utilizada; y Las Figuras 5A a 5C describen una modalidad de una operación de tubería donde puede ser instalado un dispositivo permanente usando la modalidad de la herramienta descrita en la Figura 1.

NOTACION Y NOMENCLATURA Ciertos términos son usados a través de la siguiente descripción y las reivindicaciones para referirse a componentes de montaje particulares. Este documento no pretende distinguir entre componentes que difieran en nombre pero no en función. En los siguientes argumentos y en las reivindicaciones, los términos "que incluye" y "que comprende" son usados en una forma abierta y de este modo deberán ser interpretados con el significado de "que incluye pero no se limita a..." . Como se usa aquí, el término "tubería" incluye una línea o conducto en el cual se mueve fluido, incluyendo pero sin limitarse a cualquier sistema de flujo costero o de ultramar, como sistemas de línea principal, elevadores, líneas de flujo usadas para transportar fluidos no tratados entre un cabezal de pozo y una instalación de procesamiento, y líneas de flujo usadas para transportar fluidos tratados. En las Figuras, las vistas en corte transversal de la herramienta de sellado y aislamiento de tubería deberán ser vistas de izquierda a derecha, con el extremo corriente arriba de la tubería en el extremo izquierdo de la Figura y el extremo corriente abajo de la tubería en el extremo derecho de la Figura. Dicho de manera alternativa, la herramienta de sellado y aislamiento de la tubería se desplaza de izquierda a derecha en las Figuras. Sin embargo no deberá inferirse que la herramienta es unidireccional, y el diseño apropiado de la herramienta permitirá la colocación bidireccional de la herramienta dentro de la tubería.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Varias modalidades de una herramienta de sellado y aislamiento de tuberías que operan para proporcionar un sello dentro de una tubería para varios propósitos, incluyendo el mantenimiento de la tubería, reparación de fugas e instalación de dispositivos permanentes dentro de la tubería, serán ahora descritas con referencia a las Figuras acompañantes, donde los números de referencia similares se usaron para características similares a través de las diferentes vistas. Se muestran en los dibujos, y se describirán aquí con detalle, modalidades específicas de la herramienta de tubería comprendiendo que esta descripción es representativa únicamente y no pretende limitar la invención a aquellas modalidades ilustradas y descritas aquí . Las modalidades de la herramienta de tubería y los métodos descritos aquí pueden ser usados en cualquier tipo de aplicación, operación o proceso donde se desee efectuar el mantenimiento, reparación, y/o instalación de dispositivos permanentes en una tubería. Debe reconocerse de manera cabal que las diferentes enseñanzas de las modalidades descritas aquí pueden ser empleadas por separado o en cualquier combinación adecuada para producir los resultados deseados. La Figura 1 describe una herramienta de sellado y aislamiento de tubería representativa 100 siendo impulsada a través de una tubería 190 por un fluido 115. El fluido 115 puede ser un gas o líquido, y puede comprender gas natural, un fluido hidrocarbónico, agua, salmuera u otra solución acuosa. Como se describió, la herramienta 100 comprende un cuerpo 140 con una cola acampanada opcional 150 y una cavidad de flujo interna 160, una pluralidad de discos guía frontales 170 y una pluralidad de discos guía posteriores 110 colocados alrededor del cuerpo 140, un sello temporal 130 colocado dentro de la cavidad de flujo 160, un componente expandible 120 rodeando un cuerpo 140 y colocado entre los asientos de los discos guía 110, 170, y un dispositivo de seguimiento o rastreo 125 asegurado a la superficie exterior del cuerpo 140. El cuerpo 140 de la herramienta de tubería 100 es operable para transportar el componente expandible 120 y el sello temporal 130 a una posición deseada a lo largo de la tubería 190 para formar un sello a través de la tubería 190 cuando el componente expandible 120 se expanda hacia el acoplamiento con la pared interna del tubo 180. El cuerpo 140 también funciona como una barrera de presión secundaria contra la presión del fluido 115, con la barrera de presión primaria siendo el sello temporal 130. Para que el cuerpo 140 tenga resistencia estructural suficiente para efectuar esas funciones, el cuerpo 140, que incluye la cola acampanada opcional 150, puede ser construida de una aleación de metal, como un acero o aleación ferrosa, por ejemplo. Además, aunque el cuerpo 140 descrito en la Figura 1 tiene una configuración sólida, de pared lisa, en otra modalidad, el cuerpo 140 puede ser largo, delgado, flexible y/o corrugado para manipular vueltas y esquinas a lo largo de la tubería 190. La cola acampanada 150 del cuerpo 140 es una característica opcional de la herramienta de tubería 100. Cuando esta presente, la cola acampanada 150 facilita el tránsito de un contenedor o taco de tubería a través de la cavidad de flujo interno 160 después de que el dispositivo de tubería 100 es colocado a lo largo de la tubería 190 y el componente expandible 120 se asienta contra la pared interna del tubo 180. La cola acampanada 150 también minimiza la acumulación de restos cerca de la herramienta de tubería 100 y reduce los efectos de restricciones de flujo que puedan resultar debido a la reducción en la trayectoria de flujo causada por la presencia de la herramienta de tubería 100. Un experto en la técnica apreciará fácilmente que el ángulo de la cola acampanada 150 puede variar, aunque puede ser optimizado, para maximizar su efectividad en la reducción de acumulación de restos y restricciones de flujo. El componente expandible 120 puede ser un material activado químicamente que se expanda con el tiempo en el acoplamiento sellado con la pared interna del tubo 180 absorbiendo el fluido 115 en la tubería 190. El componente expandible expandido 120 sella de este modo a través del anillo 135 formado entre la herramienta de tubería 100 y la pared interna del tubo 180 de la tubería 190. Refiriéndose ahora a la Figura 2, en una modalidad, el componente expandible 120 comprende un núcleo o centro 230 rodeado por una membrana externa 210 que es permeable al fluido 115 y que puede incluir una capa de refuerzo interna 220. En otra modalidad, el componente expandible 120 únicamente comprende el núcleo 230. La membrana externa 210 mostrada en la Figura 2 se diseñó para rodear y proteger el núcleo 230, pero también permite la migración de fluido 115 hacia el núcleo o centro 230. La membrana 210 es también permeable al fluido 115, pero el fluido 115 se infiltra hacia la membrana 210 más lentamente que el núcleo 230. De este modo, la membrana 210 puede controlar la velocidad de expansión del núcleo 230 de modo que la herramienta 100 pueda ser colocada en la tubería 190 y acoplada con la pared interna del tubo 180 en una forma controlada. Tras la exposición al fluido 115 el núcleo 230 se expande a una velocidad conocida debido a la absorción del fluido 115 y el componente expandible 120 se expande hacia el acoplamiento con la pared interna del tubo 180, formando eventualmente un sello que evita que el fluido 115 fluya a través del anillo 135 entre la herramienta de tubería 100 y la tubería 190. La elección del material para el núcleo 230 puede depender del tipo de fluido 115. La velocidad a la cual el núcleo 230 se expande tras la exposición al fluido 115 puede depender principalmente de la composición del material del núcleo y la viscosidad del fluido, pero también puede depender de la construcción del núcleo y/o parámetros de proceso como la temperatura y presión del fluido 115. Por ejemplo, el núcleo puede tener una construcción estratificada, cuando se usen diferentes capas y/o materiales en el núcleo que tengan diferentes propiedades de difusión o expansión. En hidrocarburos, incluyendo el gas natural e hidrocarburos líquidos, el núcleo 230 puede ser fabricado de un polímero elástico, como un caucho o material similar al caucho seleccionado del grupo que comprende EPDM, caucho de estireno-butadieno, caucho natural, caucho de monómero de etileno-propileno, caucho de etileno-acetato de vinilo, caucho de acrilonitrilo hidrogenado-butadieno, caucho de acrilonitrilo-butadieno, caucho de isopreno, caucho de cloropreno o polinorborneno . Otros materiales pueden ser disueltos en una mezcla mecánica como las fibras de celulosa. Otras opciones de materiales de núcleo 230 comprenden caucho en la mezcla mecánica con cloruro de polivinilo, metacrilato de metilo, acrilonitrilo, acetato de etilo u otros polímeros. Cuando el fluido 115 sea un fluido acuoso, como el agua o salmuera, el núcleo 230 puede ser formado usando materiales fabricados de dicromato de hidrógeno disuelto en agua y mezclado en un compuesto de glicerol, dietilenglicol y poliacrilamida . Dependiendo del fluido 115, el núcleo 230 debe ser elegido de modo que el componente expandible 120 se expanda lo suficiente cuando se exponga al fluido 115 para formar un sello a través del anillo 135 entre la herramienta de tubería 100 y la pared interna del tubo 180 de la tubería 190. El grado de expansión requerido depende de numerosos factores, incluyendo el ancho del anillo 135. La selección y espesor del material de la membrana 210, por otro lado, depende de la distancia que el componente expandible 120 debe recorrer hasta su destino pretendido mientras se exponga al fluido 115. Si la herramienta de tubería 100 debe recorrer una distancia significativa, el material y espesor de la membrana 210 puede elegirse de modo que el componente expandible 120 no complete su proceso de expansión hasta que la herramienta de tubería 100 alcance su destino final. En ese escenario, el material de la membrana 210 seleccionado puede tener una baja velocidad de permeabilidad de fluido 115 y el espesor de la membrana 210 se puede ser significativo, haciendo más lenta por lo tanto la exposición del núcleo 230 al fluido 115 e incrementando la cantidad de tiempo para que el núcleo 230 se expanda completamente, de modo que la herramienta de tubería 100 alcance su destino final antes de que el núcleo 230 se haya expandido completamente. En hidrocarburos, la membrana 210 puede comprender un caucho, por ejemplo caucho de acrilonitrilo, nitrilo hidrogenado, cloropreno, etileno-acetato de vinilo, silicón, monómero dieno de etileno-propileno, butilo, polietileno clorosulfonado, poliuretano, ACM, BIMS u otros tipos de caucho que tengan menos expansión o difusión más lenta del núcleo 230. Típicamente, el componente expandible 120 puede requerir de uno a cuatro días para expandirse completamente. La presencia de una membrana gruesa 210 con una velocidad de flujo de permeabilidad hacia el fluido 115 puede, cuando sea necesario, hacer lenta la expansión del núcleo 230 de modo que el componente expandible 120 pueda requerir más tiempo para expandirse completamente. Esa velocidad de expansión lenta puede requerirse cuando la herramienta de tubería 100 tenga que desplazarse a una distancia significativa antes de alcanzar su destino pretendido. Los discos guía frontales 170 y los discos guía posteriores 110 permiten que la herramienta de tubería 100 sea empujada a lo largo de la tubería 190 por el fluido 115. Esos discos 110, 170 forman un sello suficiente con la pared interna del tubo 180 de la tubería 190 para evitar que el fluido 115 evite la herramienta de tubería 100. En su lugar, el fluido 115 entra en contacto con los discos guía 110, 170 y el sello temporal 130 y empuja la herramienta de tubería 100 a lo largo de la tubería 190. El sello temporal 130 efectúa múltiples funciones. En su posición cerrada, el fluido 115 entra en contacto con el sello temporal 130, así como con los discos guía 110, 170, y empuja la herramienta de tubería 100 a lo largo de la tubería 190, como se describió anteriormente. Una vez que la herramienta de tubería 100 es colocada en su lugar pretendido y el componente expandible 120 se ha expandido contra la pared interna del tubo 180 para anclar la herramienta de tubería 100 en su lugar, el sello temporal 130 permite el aislamiento de una sección de tubería 190, corriente arriba o corriente abajo del sello temporal 130 del resto de la tubería 190. La sección aislada de tubería 190 puede entonces ser despresurizada permitiendo el mantenimiento, reparación de fugas o instalación de dispositivos permanentes, como una válvula. Una vez que esas operaciones son completas, el sello temporal 130 puede ser abierto selectivamente para permitir que el fluido 115 fluya para reasumirse a través de la tubería 190.

Un experto en la técnica apreciará fácilmente que el sello temporal 130 puede ser cualquier dispositivo que cuando se cierre permita que la herramienta de tubería 100 sea empujada a lo largo de una tubería 190 por el fluido 115, que cuando se abra permita que el fluido 115 fluya a través de la cavidad de flujo interno 160 de la herramienta de tubería 100. El sello temporal 130 puede ser activado selectivamente de modo que se abra cuando se desee para permitir que el fluido 115 fluya a través de la cavidad interna 160 de la herramienta de tubería 100. En una modalidad, el sello temporal 130 es únicamente accionable para abrirse una vez y no puede ser cerrado. En esa modalidad, el sello temporal 130 puede comprender un disco de ruptura, el cual es un disco que contiene presión formado de un material frágil diseñado para abrirse por estallido y liberar un exceso de presión a una presión diferencial predeterminada. En varias modalidades, el disco puede estar formado de un metal u otros materiales, como grafito impermeable, el cual es una forma altamente pura de carbono impregnado con resina fenólica, por ejemplo. En lugar de un disco de ruptura, también pueden ser usados varios otros tipos de sellos temporales removibles 130. La remoción o abertura del sello temporal 130 puede ser lograda por una variedad de diferentes métodos, incluyendo mecánicos, hidráulicos, químicos, eléctricos, explosivos, combustivos o una combinación de los mismos. En una modalidad, el sello temporal 130 comprende un material que se degrada con el tiempo debido a la exposición al fluido 115, por ejemplo. En otra modalidad, uno o más componentes de la herramienta de aislamiento 100, por ejemplo el cuerpo 140, está hecho de un material disoluble en ácido como el aluminio. En otras modalidades, el sello temporal 130 se diseñó para no ser únicamente abierto selectivamente, sino también para ser cerrado y reabierto selectivamente cuando se desee efectuar mantenimiento o reparación adicional en la tubería 190. En esas modalidades, el sello temporal 130 puede comprender una válvula electromecánica, por ejemplo, u otro tipo de dispositivo de abertura/cierre. El accionamiento de ese sello temporal 130 puede ser logrado por una variedad de diferentes métodos, incluyendo mecánicos, hidráulicos, eléctricos o una combinación de los mismos. En varias modalidades, el sello temporal 130 es accionado usando un impulso de presión, una diferencia de presión, un incremento o disminución de temperatura, una señal magnética, una señal electrónica, una señal electromagnética, un temporizador, una señal acústica, una señal ultrasónica u otra comunicación a través de la pared. El dispositivo de seguimiento o rastreo 125 permite verificar la herramienta de tubería 100 a medida que se deslace en la tubería 190. En una modalidad, el dispositivo de seguimiento 125 es un aditamento mecánico unido a la superficie exterior del cuerpo 140, el cual es operable para acoplarse a un tope mecánico similar 185 que se extiende hacia la tubería 190 en o cerca del destino final de la herramienta de tubería 100. El tope mecánico 185 puede ser instalado usando un aditamento de cinta caliente 195, por ejemplo. En esta modalidad, cuando el dispositivo de seguimiento 125 sobre la herramienta de tubería 100 entra en contacto con el tope mecánico 185 que se extiende hacia la tubería 190, ese contacto indica que la herramienta de tubería 100 ha alcanzado su destino pretendido, y la interacción mecánica también detiene la herramienta de tubería 100 en el lugar. En otra modalidad, el dispositivo de seguimiento 125 puede ser conectado al exterior del componente expandible 120 de modo que cuando ocurra la expansión, el dispositivo de seguimiento 125 se acople a la pared interna del tubo 180 primero, y ese acoplamiento puede detener la herramienta de tubería 100 en o cerca de ese lugar. Entonces el componente expandible 120 continúa expandiéndose alrededor del dispositivo de seguimiento 125 hasta que forma un sello con la pared interna del tubo 180 de la tubería 190. De manera alternativa, en otras modalidades, el dispositivo de seguimiento 125 puede comprender un dispositivo que emita una señal de seguimiento, como un imán, un isótopo radioactivo, un transmisor electrónico, un transmisor acústico, y un dispositivo ultrasónico, por ejemplo, revelando de este modo la posición de la herramienta de tubería 100 dentro de la tubería 190. La herramienta de sellado y aislamiento de tubería 100 puede ser usada operativamente para una variedad de diferentes propósitos. Las Figuras 3A a 3D describen esquemáticamente una modalidad de una operación de tubería donde la herramienta de sellado y aislamiento de la tubería 100 ilustrada en la Figura 1 puede ser usada para sellar una fuga externa 300 en una tubería 190. Refiriéndose a la Figura 3A, tras el descubrimiento y ubicación de una fuga de tubería 300, la herramienta de tubería 100 puede ser insertada en la tubería 190 vía un lanzador de tacos de tubería u otros medios, incluyendo la colocación de la herramienta de tubería 100 en un área de extremo abierto de la tubería 190. La herramienta de tubería 100 es entonces impulsada a lo largo de la tubería 190 por el fluido 115 hacia la ubicación de la fuga 300, mientras que la posición de la herramienta de tubería 100 es verificada usando el dispositivo de seguimiento 125. En modalidades alternativas, la herramienta de tubería 100 puede ser movida a través de la tubería 190 vía una fuerza o medios de transporte diferentes al flujo de fluido. Por ejemplo, la herramienta de tubería 100 puede comprender un sistema de propulsión y puede por lo tanto ser autoimpulsada . El sistema de propulsión puede ser cualquier medio adecuado para la propulsión como la propulsión motorizada, por ejemplo un motor acoplado a un impulsor, rueda, carriles, oruga/brazos transportadores y similares. De manera alternativa, la herramienta de tubería 100 puede ser llevada a un lugar deseado en la tubería 190 vía otra herramienta como un taco. Por ejemplo, la herramienta de tubería 100 puede ser empujada o jalada a lo largo de la tubería vía una unidad de remolque, y la unidad de remolque puede ser impulsada por flujo de fluido u otros medios de transporte, incluyendo la autopropulsión. A medida que la herramienta de tubería 100 se aproxima a su destino pretendido dentro de la tubería 190, en este caso la ubicación de la fuga 300, el flujo de fluido 115 puede disminuir o descontinuarse. Sin el fluido 115 para empujar la herramienta de tubería 100 vía el contacto con los discos guía 110, 170 y el sello temporal cerrado 130, la herramienta de tubería 100 cesará de recorrer la tubería 190. Entonces la posición de la herramienta de tubería 100 puede ser determinada con relación a su destino pretendido. Si la herramienta de tubería 100 se ha detenido corriente arriba de su destino pretendido, el flujo de fluido 115 puede resumirse brevemente para empujar la herramienta de tubería 100 más cerca de esa posición. Si, por otro lado, la herramienta de tubería 100 se ha desplazado más allá de su destino pretendido, puede inyectarse flujo de fluido 115 en la dirección opuesta para empujar la herramienta de tubería 100 corriente arriba hacia la posición deseada. Los discos guía 110, 170 son bidireccionales puesto que están diseñados para permitir que la herramienta de tubería 100 recorra la tubería 190 en cualquier dirección. Durante el tiempo que la herramienta de tubería 100 se está desplazando, y tras arribar al lugar de la fuga 300, como se muestra en la Figura 3B, el componente expandible 120 absorbe el fluido 115 y se expande a través del anillo 135, hacia la pared interna del tubo 180 de la tubería 190 y la fuga 300. Como se muestra en la Figura 3C, una vez que el componente expandible 120 se expande completamente, forma un sello permanente, hermético al fluido, a través del anillo 135 y contra la pared interna del tubo 180 de la tubería 190 de modo que la fuga 300 también sea sellada. Una vez que el componente expandible 120 se coloca, el sello interno temporal 130 puede ser abierto como se describió anteriormente usando algún método de accionamiento. En una modalidad, el sello temporal 130 es abierto presurizando el fluido 115 dentro de la tubería 190. En esa modalidad, el sello formado por el componente sellable 120 contra la pared interna 180 de la tubería 190 está diseñado para resistir la presión más alta del fluido 115 operable para abrir el sello interno temporal 130. Cuando el sello temporal interno 130 es abierto, el flujo de fluido 115 puede resumirse dentro de la tubería 190, como se muestra en la Figura 3D. Aunque el flujo de fluido 115 sea reestablecido, la herramienta de tubería 100 permanece firmemente en posición y la fuga 300 se sella debido al componente expandible expandido 120. La herramienta de tubería 100 puede comprender una reparación de fugas permanente, o puede permanecer en posición durante un periodo prolongado de tiempo hasta que esta sección de la tubería 190 pueda ser cortada y reemplazada. La herramienta de sellado y aislamiento de tubería 100 también puede ser usada para sellar y aislar una sección de tubería 190 para efectuar operaciones de mantenimiento en la tubería 190. Las Figuras 4A hasta 4B describen esquemáticamente una modalidad de una secuencia para aislar una sección corriente arriba 192 de la tubería 190 desde una sección corriente abajo 194 usando la herramienta de sellado y aislamiento de tubería 100 ilustrado en la Figura 1, de modo que las operaciones de mantenimiento puedan ser efectuadas sobre la sección aislada 192 de la tubería 190. En una modalidad, la herramienta de tubería 100 usada para efectuar operaciones de mantenimiento sobre la tubería 190 comprende sellos internos temporales dobles 130 para asegurar el aislamiento hermético a fluidos entre la sección corriente arriba 192 y la sección corriente abajo 194. La herramienta de tubería 100 es insertada en la tubería 190 e impulsada a lo largo de la tubería 190 por el fluido 115. La posición de la herramienta de tubería 100 dentro de la tubería 190 puede ser verificada usando el dispositivo de seguimiento 125. Como se muestra en la Figura 4A, cuando la herramienta de tubería 100 alcanza su destino pretendido, se detiene descontinuando el flujo del fluido 115 a través de la tubería 190. Durante el tiempo en que la herramienta de tubería 100 se está desplazando, y tras arribar al lugar pretendido, el componente expandible 120 absorbe al fluido 115 y se expande a través del anillo 135, hacia la pared interna del tubo 180 de la tubería 190. Como se muestra en la Figura 4B, una vez que el componente expandible 120 se expande completamente, forma un sello hermético a fluidos permanente a través del anillo 135 y contra la pared interna del tubo 180 de la tubería 190. Determinar cuando el componente expandible 120 se ha expandido completamente y esta colocado en la tubería 190 puede ser logrado en un número de formas. En una modalidad, puede efectuarse una prueba de laboratorio del material de núcleo 230 y la membrana 210 para estimar la velocidad de expansión para fluido dado 115. Entonces, la cantidad de tiempo necesaria para expandir completamente o colocar el componente expandible 120 puede ser calculada como función de la velocidad de expansión de los materiales de núcleo 230 y la membrana 210 en la configuración dada. En otra modalidad, puede ser efectuada una prueba de campo. En particular, cuando se estime que ha transcurrido un lapso de tiempo suficiente para que el componente expandible 120 quede colocado, el flujo de fluido 115 puede resumirse para presurizar la tubería 190 corriente arriba de la herramienta de tubería 100, y si la herramienta de tubería 100 se mueve en respuesta a esa presión, el componente expandible 120 no se coloca. En otra modalidad, pueden fijarse medidores de formación al cuerpo 140 de la herramienta de tubería 100, y pueden entonces verificarse los niveles de deformación en el cuerpo 140 de la herramienta de tubería 100. A medida que el componente expandible 120 se fija, en los niveles de deformación en el cuerpo 140 se incrementarán, y el comportamiento de la medición de la deformación indicará cuando el componente expandible 120 se fijó. Una vez que el componente expandible 120 se fija como se muestra en la Figura 4B, la sección corriente arriba 192 de la tubería 190 queda aislada por lo tanto de la sección corriente abajo 194 de la tubería 190 en virtud del componente expandible completamente expandido 120 que sella la tubería 190 y los sellos temporales dobles cerrados 130. En una modalidad, la sección corriente arriba aislada 192 de la tubería 190 puede entonces ser despresurizada para permitir que sean efectuadas las operaciones de mantenimiento. La sección corriente abajo 194 de la tubería 190 puede permanecer presurizada debido a que el componente expandible 120 y los sellos temporales dobles 130 aseguran el aislamiento entre las secciones despresurizada y presurizada de la tubería 190. Como se muestra en la Figura 4C, tras completar las operaciones de mantenimiento, la sección aislada 192 de la tubería 190 puede ser represurizada . Finalmente, como se muestra en la Figura 4D, los sellos internos temporales 130 pueden ser abiertos, como se describió anteriormente, permitiendo que el flujo de fluido 115 se reasuma dentro de la tubería 190. Aunque el flujo de fluido 115 se reestablezca, la herramienta de tubería 100 permanece firmemente en posición debido al componente expandible expandido 120. La herramienta de tubería 100 puede permanecer en posición indefinidamente para permitir operaciones de mantenimiento subsecuentes similares donde los sellos dobles 130 puedan ser reaccionados para cerrarse, y por lo tanto aislar la sección corriente arriba 192 de la tubería 190 de la sección corriente abajo 194. En una modalidad alternativa, pueden ser usadas dos o más herramientas de tubería 100 para aislar una sección de tubería 190 entre las herramientas. Por ejemplo, la primera y segunda herramientas de tubería 100 pueden ser colocadas sobre cualquier lado de una fuga 300 y fijarse, aislando por lo tanto la sección de tubería entre las herramientas 100, la cual puede ser posteriormente despresurizada y reparada en consecuencia. En modalidades alternativas, puede ser usada más de una herramienta de tubería 100 sobre ambos lados de una porción de tubería a ser aislada. Por ejemplo, un primer par de herramientas de tubería 100 puede ser colocado sobre el lado corriente abajo de una fuga y un segundo par de herramientas de tubería 100 puede ser colocado sobre el lado corriente arriba de la fuga, aislando por lo tanto la sección de tubería que contiene la fuga tras colocar las herramientas. La colocación y posicionamiento de una pluralidad de tuberías 100 puede llevarse a cabo usando los métodos descritos aquí. Por ejemplo, una primera herramienta de tubería 100 puede ser colocada en la tubería 190 seguido por un flujo suficiente de fluido para separar la primera herramienta de tubería 100 una distancia deseada en la parte frontal de una segunda herramienta de tubería 100 que sea colocada posteriormente en la tubería. Puede usarse fluido adicional para llevar ambas herramientas al lugar deseado, el cual puede localizarse como se describe aquí. La herramienta de sellado y aislamiento de tubería 100 también puede ser usada para instalar dispositivos permanentes, como una válvula, por ejemplo, en un lugar particular dentro de la tubería 190. Las figuras 5A hasta 5C describen esquemáticamente una secuencia donde la herramienta de sellado y aislamiento de tubería 100 ilustrada en la Figura 1 puede ser usada para instalar un dispositivo permanente 500 colocado internamente en la cavidad de flujo 160 en el cuerpo 140. En una modalidad, el dispositivo permanente 500 es una válvula redonda que puede ser accionada por comunicación a través de la pared. En otra modalidad, el dispositivo permanente 500 es una válvula de retención. En otra modalidad, el dispositivo permanente es una bomba sumergida, por ejemplo, una bomba sumergible eléctrica, ESP. En una modalidad, una ESP es bombeada hacia un elevador de producción, por ejemplo un elevador de producción de ultramar. La ESP puede ser colocada en el elevador de producción, por ejemplo, cerca de la base del elevador de producción de aguas profundas, donde la bomba puede ser usada para reforzar la producción removiendo toda o una porción de la contrapresión en la parte superior hidrostática del cabezal de pozo localizado sobre el lecho marino.

Como se muestra en las Figuras 5A hasta 5C, el dispositivo permanente cerrado 500 proporciona un sello para reemplazar el sello temporal 130 en modalidades previas. La herramienta de tubería 100 con el dispositivo permanente 500 en ella, es insertada en la tubería 190 e impulsada a lo largo de la tubería 190 por el fluido 115. La posición en la herramienta de tubería 100 dentro de la tubería 190 puede ser verificada usando el dispositivo de seguimiento o rastreo 125. Como se muestra en la Figura 5A, cuando la herramienta de tubería 100 alcanza su destino pretendido, es detenida descontinuando el flujo de fluido 115 a través de la tubería 190. Durante el tiempo que la herramienta de tubería 100 se está desplazando, y tras el arribo al lugar pretendido, como se muestra en la Figura 5A, el componente expandible 120 absorbe el fluido 115 y se expande a través del anillo 135, hacia la pared interna de tubo 180 de la tubería 190. Como se muestra en la Figura 5B, una vez que el componente expandible 120 se expande completamente, forma un sello permanente hermético al fluido a través del anillo 135 y contra la pared interna del tubo 180 de la tubería 190. La determinación de cuando el componente expandible 120 está completamente expandido y fijo puede ser lograda por los métodos discutidos anteriormente, incluyendo la prueba de laboratorio del material del núcleo 230 y el material de la membrana 210, presurización de la tubería 190 para ver si la herramienta de tubería 100 se mueve en respuesta a la presión, o verificando los niveles de deformación en el cuerpo 140 de la herramienta de tubería 100. Como se muestra en la Figura 5C, una vez que el componente expandible 120 se fija, el dispositivo permanente 500 puede ser abierto usando una señal electrónica, otro tipo de comunicación a través de la pared otro método, como un impulso de presión, por ejemplo. Una vez que el dispositivo permanente 500 es abierto, el flujo de fluido 115 puede resumirse dentro de la tubería 190. Aunque el flujo de fluido 115 se reestablezca, la herramienta de tubería 100 permanece firmemente en posición debido al componente expandible expandido 120 que puede permanecer así durante un periodo de tiempo indefinido. Como resultado, el dispositivo permanente 500 también permanecerá fijo en esta posición y puede ser accionado para controlar el flujo de fluido 115 a través de la tubería 190 en este lugar. Las descripciones anteriores de modalidades específicas de herramientas de sellado y aislamiento de tuberías y métodos de uso de esas herramientas para efectuar operaciones de mantenimiento, reparación de fugas e instalación en tuberías han sido presentadas para propósitos de ilustración y descripción y no pretenden ser exhaustivas o limitar la invención a las formas precisas descritas. Obviamente son posibles muchas otras modificaciones y variaciones de esas modalidades. En particular, las operaciones de mantenimiento, reparación e instalación pueden variar. Por ejemplo, esos métodos describen detener el dispositivo de tubería en un destino pretendido descontinuando el flujo de fluido en la tubería. Pueden ser utilizados otros métodos para detener el dispositivo de tubería, como abrir los dispositivos de sellado temporal 130 o dispositivos permanentes 500 mientras se mantiene el flujo de fluido 115. Además, el diseño del cuerpo de la herramienta de la tubería 140 puede variar. En lugar de la estructura sólida, de paredes lisas, descrita, el cuerpo puede comprender un alojamiento flexible, corrugado, para permitir maniobrar a través de tuberías con numerosas vueltas y esquinas. Además, el ahusamiento de la cola acampanada 150 puede ser optimizado para minimizar los efectos de acumulación de restos cerca de la herramienta de tubería 100 y restricciones de flujo debido a la presencia de la herramienta de tubería 100 en la trayectoria de flujo de fluido 115. El material que comprende el componente expandible 120 puede variar dependiendo del tipo de flujo 115 dentro de la tubería 190, si es un hidrocarburo, agua, salmuera u otra solución acuosa. Aunque han sido mostradas y descritas en la presente, varias modalidades de herramientas de sellado y aislamiento de tuberías y métodos de uso de aquellas herramientas para efectuar operaciones de mantenimiento, reparación de fugas y aislamiento en tuberías, pueden hacerse modificaciones por aquellos expertos en la técnica sin apartarse del espíritu y enseñanzas de la invención. Las modalidades descritas son representativas únicamente, y no pretenden ser limitantes. Son posibles dichas variaciones, combinaciones y modificaciones de las aplicaciones descritas aquí, y están dentro del alcance de la invención. En consecuencia, el alcance de protección no es limitado por la descripción expuesta anteriormente, sino definido por las siguientes reivindicaciones, cuyo alcance incluye todas las equivalentes de la materia objeto de las reivindicaciones .

Claims (49)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes : REIVINDICACIONES

1. Una herramienta de tubería para usarse dentro de tubería, caracterizada porque comprende: un cuerpo de herramienta con un orificio de flujo interno ; un componente expandible colocado alrededor del cuerpo de la herramienta; y un sello temporal colocado internamente en el orificio de flujo.

2. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el cuerpo de la herramienta comprende además una porción acampanada.

3. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el cuerpo de la herramienta es flexible, corrugado o ambos.

4. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el cuerpo de la herramienta comprende una aleación de metal.

5. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además un dispositivo de seguimiento unido al cuerpo de la herramienta.

6. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el dispositivo de seguimiento o rastreo comprende un aditamento mecánico.

7. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el dispositivo de seguimiento o rastreo comprende un emisor que emite una señal que puede ser seguida o rastreada.

8. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque el emisor comprende un imán, un isótopo radioactivo, un transmisor electrónico, un transmisor acústico, un transmisor ultrasónico o una combinación de los mismos.

9. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además una pluralidad de copas guía unidas al cuerpo de la herramienta que se acoplan a la tubería cuando la herramienta es colocada en ella.

10. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el componente expandible comprende un material que se expande cuando se expone a un fluido dentro de la tubería.

11. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque el componente expandible comprende una porción central.

12. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque la porción central comprende un polímero elástico.

13. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el polímero elástico es seleccionado del grupo que consiste de EPDM, caucho de estireno-butadieno, caucho natural, caucho de monómero de etileno-propileno, caucho de etileno-acetato de vinilo, caucho de acrilonitrilo hidrogenado-butadieno, caucho de acrilonitrilo-butadieno, caucho de isopreno, caucho de cloropreno y polinorborneno .

14. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque la porción central comprende un caucho mezclado mecánicamente con un polímero seleccionado del grupo que consiste de cloruro de polivinilo, metacrilato de metilo, acrilonitrilo y acetato de etilo.

15. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque la porción central comprende dicromato de hidrógeno mezclado en un compuesto de glicerol, dietilen glicol y poliacrilamida .

16. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque el componente expandible comprende además una porción de membrana rodeando la porción central.

17. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 16, caracterizada porque el fluido se infiltra hacia la porción de la membrana más lentamente que la porción central.

18. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 16, caracterizada porque la porción de membrana comprende un caucho .

19. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada porque el caucho es seleccionado del grupo que consiste de acrilonitrilo, nitrilo hidrogenado, cloropreno, caucho de etileno-acetato de vinilo, silicón, monómero de etileno-propileno-dieno, butilo, polietileno clorosulfonado, poliuretano, ACM y BIMS.

20. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 16, caracterizada porque el componente expandible comprende además un refuerzo para la porción de membrana .

21. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el sello temporal es desacoplable selectivamente.

22. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 21, caracterizada porque el sello temporal comprende un disco de ruptura.

23. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el sello temporal puede ser acoplado o desacoplado selectivamente.

24. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque el sello temporal comprende una válvula electromecánica.

25. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque el sello temporal puede ser acoplado o desacoplado selectivamente por medio de temperatura, una señal magnética, una señal de presión, una señal electrónica, una señal electromagnética un temporizador, una señal acústica, una señal ultrasónica o una combinación de las mismas.

26. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además un dispositivo permanente colocado internamente del orificio de flujo.

27. La herramienta de tubería de conformidad con la reivindicación 26, caracterizada porque el dispositivo permanente comprende una válvula o una bomba.

28. Un método para efectuar una operación de servicio dentro de una tubería, caracterizado porque comprende: colocar un componente expandible alrededor de un lugar deseado dentro de una tubería; exponer el componente expandible a un agente de expansión dentro de la tubería; expandir el componente expandible en acoplamiento de sellado con la tubería, formando por lo tanto un sello a través de la tubería; y abrir una trayectoria de fluido a través de la trayectoria sin remover el componente expandible.

29. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la operación de servicio comprende reparar una fuga en la pared de la tubería.

30. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la operación de servicio comprende colocar el dispositivo permanente dentro de la tubería.

31. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque la abertura de la trayectoria de fluido comprende abrir el dispositivo permanente.

32. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la abertura de la trayectoria de fluido comprende desacoplar un sello temporal conectado al componente expandible.

33. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque comprende además cerrar la trayectoria a través de la tubería y efectuar otra operación de servicio.

34. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el posicionamiento comprende insertar el componente expandible en la tubería e impulsar el componente expandible alrededor del lugar deseado vía un flujo de fluido.

35. El método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque comprende además seguir o rastrear el componente expandible a medida que es impulsado hacia el lugar .

36. El método de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque el fluido es un agente expansivo.

37. El método de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque el agente expansivo comprende gas natural, un fluido hidrocarbúrico, agua, salmuera u otra solución acuosa.

38. Un método para efectuar una operación de servicio dentro de una tubería, caracterizado porque comprende: insertar en la tubería una herramienta de tubería que comprende un componente expandible montado externamente ; impulsar la herramienta de tubería a través de la tubería alrededor de un lugar deseado vía un flujo de fluido; expandir el componente expandible en acoplamiento de sellado con la tubería alrededor del lugar deseado; y abrir una trayectoria de flujo a través de la herramienta de tubería.

39. El método de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque comprende además seguir o rastrear la herramienta de tubería durante el impulso.

40. El método de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque comprende además hacer correr un taco o contenedor de tubo a través de la herramienta de tubería .

41. El método de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque la inserción de herramienta de tubería comprende lanzar la herramienta de tubería desde un lanzador de tacos .

42. El método de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque la expansión del componente expandible comprende absorber el fluido.

43 . El método de conformidad con la reivindicación 38 , caracterizado porque la abertura de una trayectoria de flujo a través de la herramienta de tubería comprende desacoplar un sello temporal.

44 . El método de conformidad con la reivindicación 38 , caracterizado porque la expansión comprende sellar una fuga en una pared de la tubería.

45 . El método de conformidad con la reivindicación 38 , caracterizado porque comprende además cerrar la trayectoria de flujo a través de la herramienta de tubería.

46 . El método de conformidad con la reivindicación 45 , caracterizado porque comprende además despresurizar una sección de la tubería corriente arriba o corriente abajo de la herramienta de tubería; y efectuar la operación de servicio sobre la sección de tubería despresurizada.

47 . El método de conformidad con la reivindicación 46 , caracterizado porque además comprende: represurizar la sección de tubería despresurizada; reabrir la trayectoria de flujo a través de la herramienta de tubería; y resumir el flujo de fluido a través de la trayectoria de flujo.

48. El método de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque comprende además colocar un dispositivo permanente dentro de la herramienta de tubería.

49. El método de conformidad con la reivindicación 48, caracterizado porque la abertura de la trayectoria de flujo comprende accionar el dispositivo permanente.