MX2012001815A - Empacador reforzado con fibra. - Google Patents

Abstract

Una técnica permite la construcción de un empacador inflable simplificado. Un empacador inflable está construido con una capa de refuerzo de empacador que tiene por lo menos una capa de fibra. Las capas de fibra proveen tanto cualidades mecánicas como anti-extrusión en un empaque relativamente simple y pequeño. Dependiendo de la aplicación deseada, el empacador inflable también comprende una capa de vejiga interna y otras capas potenciales, tales como una capa de sello externa. Las extremidades mecánicas se usan para asegurar los extremos longitudinales de las varias capas de empacador, incluyendo la capa de refuerzo de empacador.

Description

EMPACADOR REFORZADO CON FIBRA Antecedentes Muchos tipos de empacadores se usan en agujeros de pozo para aislar regiones de agujero de pozo especificas. Un empacador es suministrado por el agujero en un transportador y expandido contra la pared del agujero circundante para aislar una región del agujero de pozo. Una vez fijado contra la pared del agujero de pozo circundante, el empacador puede ser sometido a calentamiento sustancial, presiones y fuerzas. Consecuentemente, las capas del empacador de hule flexible pueden sufrir extrusión no deseable que tiene un efecto perjudicial sobre la función del empacador.

Algunos empacadores inflables son reforzados con cables metálicos. Por ejemplo, capas de anti-extrusión pueden ser construidas con cables metálicos para cooperar con las capas metálicas. Cada capa de empacador tiende a hacerse de materiales que tienen diferentes propiedades causando diferencias en comportamiento cuando el empacador es calentado o enfriado.' Además, dichos empacadores tienden a ser complejos en su diseño o fabricación. Se han hecho intentos para diseñar empacadores con fibras para reforzar capas de empacador especificas. Sin embargo, dichas fibras a menudo deben ser tendidas a ángulos cada vez mayores, en relación con el eje del empacador, hacia las extremidades del empacador · para asegurar auto-bloqueo. En algunas aplicaciones, este enfoque puede dar por resultado una acumulación no deseable de fibras en la extremidad del empacador. Además, algunas veces se requieren cuñas metálicas en la extremidad mecánica para asegurar extremos longitudinales de la capa de fibra, sin embargo estas cuñas pueden ser agresivas para las fibras bajo carga.

Sumario En general, la presente invención provee un sistema y método que utiliza una estructura simplificada para un empacador inflable. Un empacador inflable está diseñado con una capa de refuerzo de empacador construida de por lo menos una capa de fibra v.gr., dos capas de fibra especificas con fibras fijadas en ángulos opuestos. Por lo menos una capa de fibra es capaz de proveer cualidades tanto mecánicas como de anti-extrusión en un empaque relativamente simple y delgado. El empacador inflable también comprende una capa de vejiga interna, y el empacador puede comprender otras capas, tales como una capa de sello externa. Las extremidades mecánicas se usan para asegurar extremos longitudinales de las varias capas de empacador, incluyendo la capa de refuerzo de empacador .

Breve descripción de los dibujos Ciertas modalidades de la invención se describirán de aquí en adelante con referencia a los dibujos anexos, en donde números de referencia similares denotan elementos similares, y: La figura 1 es una vista en elevación frontal esquemática de un sistema de pozo que tiene un empacador y equipo de completación desplegado en un agujero de pozo, de conformidad con una modalidad de la present.e invención; La figura 2 es una vista frontal de un ejemplo del empacador ilustrado en la figura 1, de conformidad con una modalidad de la presente invención; La figura 3 es una vista en sección transversal esquemática parcial de un ejemplo del empacador ilustrado en la figura 1, de conformidad con una modalidad de la presente invención; La figura 4 es una vista en sección transversal parcial de un ejemplo del empacador ilustrado en la figura 1 que muestra capas del empacador capturadas en una de las extremidades mecánicas, de conformidad con una modalidad de la presente invención; La figura 5 es una representación esquemática de una capa fibra de una capa de refuerzo utilizada en el empacador, de conformidad con una modalidad de la presente invención; La figura 6 es una representación esquemática de una pluralidad de capas de fibra usadas en la construcción de una capa de refuerzo del empacador, de conformidad con una modalidad de la presente invención; y La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo de un procedimiento para preparar un empacador inflable, de conformidad con una modalidad de la presente invención; Descripción detallada En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles para proveer un entendimiento de la presente invención. Sin embargo, los expertos en la técnica entenderán que la presente invención puede ponerse en práctica sin estos detalles y que numerosas variaciones y modificaciones de las modalidades descritas pueden ser posibles.

La presente invención generalmente se refiere a un sistema y método que proveen un empacador inflable fabricado con fibras técnicas, tales como fibras de carbón. En una modalidad, la fibra se usa para crear una capa de refuerzo que puede comprender una o más capas de fibra diseñadas para servir funciones tanto mecánicas como de anti-extrusión, obviando asi la necesidad de capas mecánicas o de antiextrusión adicionales. Las capas de fibra están diseñadas para asegurar también que el empacador se infle con una mínima torsión. A manera de ejemplo, un empacador puede tener una sección expandible que pueda ser. expandida, v.gr., inflada entre dos extremidades mecánicas. La sección expandible está diseñada para expandirse radialmente hacia afuera para enganche con una pared de agujero de pozo circundante, tal como una pared formada por una caja u otro elemento tubular desplegado en el agujero de pozo o una pared de un agujero de pozo abierto.

Aunque el empacador global se puede formar como un empacador inflable con' una variedad de capas de material, una modalidad generalmente comprende una pluralidad de capas expandibles que son sostenidas en sus extremos longitudinales opuestos por las extremidades mecánicas. Por ejemplo, la pluralidad de capas expandibles puede comprender una capa de vejiga interna, una capa de sello externa y una capa de refuerzo entre la capa de vejiga interna y la capa de sello externa. Las capas de refuerzo comprenden una capa de fibra y a menudo una pluralidad de capas de fibra que se comportan como capas de anti-extrusión y mecánicas. La función de antiextrusión evita la extrusión de material de, por ejemplo, la capa de vejiga interna; y la función mecánica provee forma y soporte para el empaque global mientras permite la expansión, v.gr., inflación, del" empacador en una dirección radialmente hacia afuera. La funcionalidad de anti-extrusión y mecánica se logra utilizando fibras de alto rendimiento, tales como fibras de carbón, en la construcción de una o más capas de fibra de a capa de refuerzo.

De conformidad con una modalidad, la¦ capa de refuerzo tiene una pluralidad de .capas de fibra que. sirven como capas de anti-extrusión/mecánicas, y las capas de fibra están formadas del mismo material. La técnica de construcción provee un empacador inflable con resistencia a la presión que es sustancialmente' mejorado sobre los empacadores de cable tradicionales. La orientación y ordenamiento de la fibra en la creación de las · capas de fibra también puede afectar las características del empacador inflable como se explica con mayor detalle más adelante.

Haciendo referencia generalmente a la figura 1, una modalidad de un sistema de pozo 20 se ilustra cómo se despliega en un agujero de pozo 22, sin embargo muchos otros tipos de sistemas de pozo pueden ser diseñados con empacadores individuales o múltiples. El sistema de pozo ilustrado 20 comprende un transportador 24 utilizado para suministrar por lo menos un empacador 26 por el agujero a un lugar del agujero de pozo deseado. En muchas aplicaciones, el empacador 26 es desplegado por el transportador 24 en forma de una sarta de tubos, pero el transportador 24 puede tener otras formas, incluyendo líneas de cable o líneas de deslizamiento, para otros tipos de aplicaciones de pozo. En la modalidad ilustrada, el transporte 24 se extiende por el agujero desde una cabeza de pozo 28 ubicada en un lugar de la superficie 30. El empacador 26 coopera con o es parte de un equipo de completación 32.

El empacador 26 está diseñado con capas construidas de una manera que permite su funcionalidad en un ambiente de agujero de pozo áspero mientras provee longevidad sustancial al empacador. Como se ilustra adicionalmente en la figura 2, el empacador 26 puede comprender un empacador inflable que tiene una porción expandible 34 formada de capas, incluyendo capas de fibra dispuestas para proveer accionamiento consistente, dependencia, longevidad y facilidad de uso en el ambiente de pozo. La porción expandible 34 es selectivamente expandida entre extremidades mecánicas 36 que están diseñadas para contener los extremos longitudinales de las capas que forman la porción expandible 34.

En la figura 3, un ejemplo de capas múltiples que se puede usar para formar una pared de porción expandible 34 se ilustra en sección transversal parcial. La sección transversal parcial se toma generalmente paralela con un eje longitudinal de empacador 26 a través de la porción expandible 34 en un lado del empacador 26. En este ejemplo, una capa de refuerzo 38 se forma con una pluralidad de fibras 40 que tiene fibras 42 dispuestas para permitir que las capas de fibra 40 funcionen tanto como capas mecánicas como de anti-extrusión. Un lubricante 44 se puede aplicar a las fibras 42 y/o entre las capas de fibra 40 para facilitar la inflación del empacador 26 con fricción mínima. Ejemplos de lubricantes adecuados incluyen lubricantes orgánicos y grasa, tal como grasa de silicio.

En una modalidad ilustrada, una capa de vejiga interna 46 está colocada a lo largo de una superficie interior de la capa de refuerzo 38. Una capa de sello externa 48 puede estar colocada a lo largo de una superficie externa de la capa de refuerzo 38 para facilitar el sellado de un empacador contra una pared de agujero de pozo circundante. La capa de vejiga interna 46 y la capa de sello externa 48 se pueden formar de materiales elastoméricos, tales como hules usados en la construcción de empacadores inflables. En 'algunas aplicaciones, capas de hule específicas, v.gr., capa de sello externa 48, pueden incluir materiales de refuerzo 50, tales como partículas, fibras, trenzas, cables u otros materiales de refuerzo adecuados. Los materiales de refuerzo 50, v.gr., cables metálicos, también pueden ser utilizados para .ayudar a asegurar los extremos longitudinales de la capa de sello externa 48 a las extremidades mecánicas 36. Puesto que el lubricante 44 puede hacer difícil unir la capa de sello externa 48 a la capa de refuerzo 38, los materiales de refuerzo 50 pueden ser útiles como una capa mecánica dentro de la capa de sello externa 48 para facilitar la sujeción de la capa desello externa dentro de las extremidades mecánicas 36. · A manera de ejemplo, las capas de anti-extrusión y mecánica, es decir, capas de fibra 40, se pueden hacer con una pluralidad de fibras técnicas, tales como fibras de carbón. Las fibras 42 están fijadas dé una manera que evita que el hule sea extruido entre las mismas, y las propiedades mecánicas de las mismas son suficientes para proveer resistencia del empacador a lo largo de la vida del empacador 26 en ambientes de pozo. De conformidad con una modalidad, las fibras 42 son fibras de carbón que tienen resistencia sustancial a sustancias químicas, temperatura y deformación. Estas características permiten que las capas de fibras de • carbón 40 puedan ser utilizadas en muchos ambientes de pozo de altas temperaturas. Sin embargo, otras fibras técnicas 42 pueden usarse en una variedad de aplicaciones 'de pozo, y ejemplos de dichas fibras técnicas incluyen fibras Kevlar ™, fibras de vidrio, fibras termoplásticas o fibras metálicas. Sin embargo, las fibras metálicas algunas veces requieren un tamaño que reduce su capacidad para proveer una barrera anti- extrusión eficiente.

El material elastomérico usado para construir el empacador 26, v.gr.r para construir la capa de vejiga interna 46, y la capa de sello externa 48, puede comprender un material de hule que presenta resistencia a la temperatura, al alargamiento y a sustancias químicas suficiente para permitir su uso en un ambiente de pozo. Ejemplos de materiales de hule adecuados incluyen hule de nitrilo hidrogenado-butadieno (HNBR) incluyendo HNBR con un alto contenido de acrilonitrilo (ACN) . En algunas aplicaciones, v.gr., aplicaciones de pozo a temperatura más baja, el material de hule se puede formar con hule de nitrilo-butadieno (NBR) .

La longevidad y funcionalidad de la porción expandible 34 es afectada por la manera en la cual las diversas capas son construidas, por ejemplo, el lubricante 44 puede ser fijado entre las fibras 42 y entre las capas de fibra 40 para facilitar inflación del empacador con fricción mínima. De conformidad con una modalidad, no se dispone de una capa de hule entre las capas de fibra 40, y las capas de fibra 42 son libres de cualquier resina o impregnación termoplástica en la región central o media del empacador entre las extremidades mecánicas 36. El uso de lubricación, v.gr., grasa orgánica o grasa de silicio, permite el funcionamiento libre y repetido de la . porción expandible 34 sin el riesgo de que se rompan las fibras. La lubricación también puede servir para eliminar cualquier necesidad potencial de añadir otros materiales, v.gr., resina, materiales termoplásticos o laminas de hule, a las capas de fibra 40 en la región de expansión entre las extremidades mecánicas 36.

Las fibras 42 se fijan a un ángulo deseado con respecto al eje longitudinal del empacador 26 para facilitar la expansión del empacador. Generalmente, el ángulo de fijación debe ser lo suficientemente alto para asegurar la expansión homogénea y, en por lo menos algunas modalidades esto se puede lograr al fijar el ángulo de las fibras a lo largo de la longitud del empacador a un ángulo entre 5 o y 20°. en algunas aplicaciones, el ángulo de fijación de fibras se puede cambiar dentro de las extremidades mecánicas 36 para, por ejemplo, mejorar la retención de los extremos longitudinales de la capa de refuerzo 38 dentro de las extremidades mecánicas.

La capa de refuerzo 38 también está diseñada con un espesor suficiente para asegurar que el empacador 26 no se rompa bajo presión después del ciclado repetido y para evitar cualesquiera efectos negativos sobre el rendimiento de las fibras 42 con respecto a proveer funcionalidad tanto mecánica como de anti-extrusión . A manera de ejemplo especifico, la capa de refuerzo 38 comprende capas de fibra construidas con fibras de carbón envueltas o desplegadas de otra manera a un espesor total entre 8 mm y 16 mm. El espesor se puede seleccionar de tal manera que las fibras 42 sean estiradas entre 20% y 50% de su fuerza de ruptura medida cuando el empacador 26 es sometido a presión correspondiente con su capacidad de presión completa. Desde luego, el número de capas de fibra y el espesor global de capas de refuerzo 38 pueden ser afectadas por el ambiente, la aplicación de pozo especifica y el tipo de fibra utilizado en la creación de las capas de fibra 40. El uso de fibras de carbón y/u otras fibras técnicas adecuadas permiten la construcción de una capa de refuerzo relativamente delgada 38 que es únicamente capaz proveer funcionalidad mecánica y de anti-extrusión completa .

El espesor deseado de la capa de refuerzo 38 se puede lograr creando múltiples capas de fibras 42. En un ejemplo, el espesor de capas de refuerzo total está compuesto de una pluralidad de fibras unidireccionales que son fijadas helicoidalmente alrededor del empacador y en capas de fibra múltiple 40. En esta modalidad, cada fibra 42 de cada capa de fibra 40 se fija a un ángulo preciso que es constante a lo largo de la longitud del empacador, por lo menos a lo largo de la longitud de la capa de refuerzo 38 que sufre expansión entre las extremidades mecánicas 36. Los ángulos de fijación de fibras 42 son tales que el ángulo de una capa de fibra 40 es menor que el ángulo de fijación de una capa de fibra radialmente hacia afuera 40. Los ángulos de fijación de la fibra 42 en capas de fibras adyacentes 40 también pueden estar en -direcciones opuestas, v.gr., más xx° y menos yy°, para asegurar que el empacador tenga torsión mínima ' durante la inflación. En un. ejemplo específico, los ángulos de fijación relativos de fibras 42 en una capa pueden ser de aproximadamente +19.5° y en la otra capa de aproximadamente -20.3°. Los ángulos de fijación se pueden calcular para cada capa para asegurar que la relación de acortamiento de cada fibra sea sustancialmente idéntica, y esto asegura una distribución de fuerza homogénea en todas las fibras 42 cuando el empacador 46 es fijado en un agujero de pozo generalmente cilindrico. Los ángulos de las fibras 42 se pueden seleccionar de tal manera que el ángulo de fijación en algún diámetro dado de la capa de refuerzo 38 sea idéntico/constante para asegurar inflación homogénea.

En algunas modalidades, el ángulo de fibra en cada capa 40 se calcula de manera precisa en relación con el ángulo de fibra en una o más de otras capas de fibra 40. Con una capa de refuerzo de fibra de carbón gruesa 38, por ejemplo, el ángulo de fibra en ' cada capa 40 puede ser progresivamente incrementado desde el diámetro interno hasta el diámetro externo. El cambio en el ángulo de fibra de una capa de fibra 40 a la siguiente asegura que cada fibra se acorte de la misma manera que la carga sobre las fibras es distribuida uniformemente. En esta modalidad, el ángulo de Fijación de las fibras también puede ser opuesto desde una capa a la siguiente para evitar torsión del empacador, v.gr., una capa de fibra 40 puede tener un ángulo de fijación de fibra de +xx° mientras que la otra capa de fibra 40 tiene un ángulo de fijación de fibra de -yy°.

En algunas modalidades, una capa de antifricción adicional 52 se puede fijar entre las. primeras capas 40, v.gr., entre capas de fibra de carbón. La capa de antifricción 52 se puede utilizar en ciertas modalidades o aplicaciones para ayudar a asegurar una relación de acortamiento confiable. En esta modalidad, la capa de antifricción 52 no es una capa de hule sino más bien una capa muy delgada resistente a la de formación. Ejemplos de materiales que se pueden usar para crear capa anti-fricción 52 incluyen alta temperatura, materiales de coeficiente de fricción bajo, tales como extremos termoplásticos florados y materiales similares, v.gr., politetrafluoroetileno . (PTFE), resina de copolimero de perfluoroalcoxi (PFA) tetrafluoroetileno (TFE) y otros materiales de fricción baja adecuados.' Las extremidades mecánicas 36 están diseñadas ' para contener los extremos longitudinales de capa de refuerzo 38 y otras capas expandibles, tales como una capa de vejiga interna 46 y una capa de sello externa 48. Cada extremidad mecánica 36 puede ser construida de materiales resistentes a la temperatura y a sustancias químicas, tales como materiales de metal. Sin embargo, algunos componentes, tales como un anillo de anti-expansión, pueden ser construidos de materiales mixtos que puedan hacer más fácil la perforación del empacador cuando se requiera.

Haciendo referencia generalmente a la figura 4, un ejemplo de una extremidad mecánica 36 se ilustra en un extremo del empacador 26 como sujetando los extremos longitudinales de la capa de refuerzo 38, capa de vejiga 46 y capa de sello externa 48. En esta modalidad, la extremidad mecánica 36 comprende un niple del empacador interno 54 que puede tener una forma generalmente cónica y un pasaje interior 56. La extremidad mecánica ilustrada 56 también comprende un faldón externo 58 que puede incluir un anillo de anti-expansión 60. Básicamente, el niple del empacador interno 54 y el faldón externo 58 cooperan para sostener y retener extremos longitudinales de las capas del empacador que forman una porción expandible 34. Cada extremidad mecánica 36 también puede comprender otros componentes, tales como conectores extremos 62 mediante los cuales el empacador 26 puede ser conectado a una sarta de tubos, terminación u otro equipo de pozo.

En la modalidad ilustrada en la figura 4 la capa de refuerzo 38, capa de vejiga interna 46 y capa -de sello externa 48 son individualmente capturadas y sujetadas entre el niple del empacador interno 54 y el anillo de antiexpansión 60. Por ejemplo, el niple de empacador interno 54 puede tener superficies de retención 64, 66 para sujetar la capa de refuerzo 38 y la capa de vejiga interna 46, respectivamente. Además, la retención de la capa de refuerzo 38 puede ser incrementada al utilizar un material de resina 68 en combinación con fibras 42 en los extremos longitudinales de la capa de refuerzo 38. 7A manera de ejemplo, el material de resina 68 comprende una resina termofraguable de alto rendimiento polimerizada, v.gr., una resina epóxica. Sin embargo, otros materiales, v.gr., ésteres de cianato, bismaleimida, y benzoxacina, también se pueden usar en combinación con las fibras 42 dentro de cada extremidad mecánica 36 para incrementar la resistencia del empacador a alta temperatura. Además, el material de resina 68 se puede usar para incrementar la eficiencia de unión en las interfaces de unión 70 a lo largo de cada extremo longitudinal de la capa de refuerzo 38.

Como se ilustra, una superficie de retención 64 del niple del empacador interno 54 puede ser orientada a una inclinación para acomodar y/o ayudar a formar cada extremo longitudinal de la capa de refuerzo 38 en un extremo e forma de cuña 72. El material mixto formado por las fibras 42 y el material de resina 68 se pueden formar en la forma de cuña 72 con una porción más gruesa de la cuña estando hacia las extremidades de la capa de refuerzo de fibra 38. El extremo en forma de cuña 72 se puede usar para facilitar una mejor eficiencia de agarre. De conformidad con una modalidad, la forma de cuña mixta se fija con la resina y porcentaje de fibra constante a lo largo del extremo en forma de cuña entero 72. Un porcentaje deseado de resina y fibra se puede lograr al envolver fibras adicionales 74 a través de las porciones de extremo en forma de cuña 72 y/o al incrementar el ángulo de fibra localmente para hacer más grueso el extremo longitudinal de la capa de refuerzo 38 hacia su extremidad, La longitud de las extremidades mecánicas 36 se puede ajustar apropiadamente para asegurarse que el esfuerzo cortante local entre el extremo mixto de la capa de refuerzo 38 y los componentes circundantes no excedan la resistencia al esfuerzo cortante al material de resina 68. El extremo en forma de cuña 72, sin embargo, puede ayudar a proveer buen manejo mecánico aun cuando el esfuerzo cortante excede la resistencia al esfuerzo cortante de la resina. La selección de resinas apropiadas también puede facilitar la funcionalidad mecánica a largo plazo deseada. La resina 68 seleccionada para impregnar fibras 42 dentro de cada extremidad mecánica 36 se formula para asegurar rigidez mecánica y suficiente resistencia a la temperatura, sustancias químicas y otros parámetros del agujero de pozo. En algunas modalidades, diferentes resinas se seleccionan dependiendo de si las resinas tienden a hacer contacto con materiales de metal u otros materiales, v.gr., materiales mixtos para asegurar propiedades de unión mejores. En algunas aplicaciones, por ejemplo, la resina plastificada presenta mejor resistencia al esfuerzo cortante y permite desplazamiento local sin ruptura.

La longevidad y funcionalidad de la capa de refuerzo 38 es afectada no sólo por la formación se sus extremos longitudinales, sino también por la disposición de la fibra, o fibras en la región central entre las extremidades mecánicas 36. En una modalidad, por ejemplo, las fibras 42 se fijan con una máquina devanadora de filamento que enrolla una sola fibra 42 para crear una capa de fibra individual 40 de capa de refuerzo 38. La máquina devanadora de filamento puede ser programada de modo que la fibra de una capa de fibra dada 40 se cruce un número mínimo de veces. Como se ilustra en la figura 5, por ejemplo, una capa de fibra 40 es 'creada con una sola fibra que se cruza a sí misma en un solo lugar 76 generalmente a la mitad longitudinal de la capa de fibra 40. El cruce limitado de la fibra reduce la fricción potencial entre fibras de contacto y reduce al mínimo el riesgo de reducir el rendimiento de la capa de refuerzo 38 debido a fricción de fibra. En este ejemplo particular, la máquina de devanado de filamento enrolla o devana la fibra única 42 en un patrón de hélice con el lugar de cruce único 76; sin embargo, se pueden utilizar otros patrones de devanado. Además, el uso de la máquina de devanado de filamento facilita mantener un ángulo de fijación deseado 78. constante a lo largo de la longitud de la capa de refuerzo 38, por lo menos entre las extremidades mecánicas 36.

En la figura 6, se provee otro ejemplo para crear la capa de refuerzo 38 con una pluralidad de capa de fibras 40. En este ejemplo, las fibras 42 se fijan en capas de •fibras consecutivas 40 de fibras unidireccionales. La orientación de fibra unidireccional en cada capa de fibra 40 se puede lograr, por ejemplo por rotación del empacador inversa durante las etapas de fijación de fibra de fabricación del empaque. En la modalidad especifica mostrada, cada capa de fibras consecutiva 40 es fabricada con el ángulo de fibra fijado opuesto al del ángulo en la capa de fibra radialmente adyacente. En cada uno de estos ejemplos, una fibra individual es enrollada en vez de una fibra trenzada para reducir el número de puntos de cruce de fibra y por lo tanto para reducir el potencial para fricción. Sin embargo, también se puede usar lubricante 44 a lo largo de -las fibras individuales 42 y entre las capas de fibra 40 (en la región central entre las extremidades del empacador) para reducir la fricción, incrementar la funcionalidad de expansión e incrementar la longevidad del empacador.

El empacador 26 se puede construir de conformidad con una variedad de técnicas y con una variedad de componentes. Sin embargo, un ejemplo de preparación de empacador se puede explicar con referencia al diagrama de flujo ilustrado en la figura 7. De conformidad con esta modalidad, la capa de refuerzo 38, formada de una o más capas de fibras 40, se aplica/forma/coloca sobre cada extremidad mecánica, como se indica mediante un bloque 80. Por ejemplo, las fibras 42 pueden ser devanadas o de otra manera colocadas de tal manera que los extremos longitudinales de las capas de fibra 40 se tienden dentro de las extremidades mecánicas 36. La resina 68 es después introducida en cada extremidad mecánica, como se indica mediante el bloque 82. Alguna resina 68 puede ser introducida opcionalmente en las extremidades del empacador mecánicas 36 antes de la aplicación de la capa de refuerzo 38. También, resina y/o fibra adicionales se puede aplicar a los extremos longitudinales de la capa de refuerzo 38 para impregnar adicionalmente los extremos de capa de fibra con resina y para crear el extremo en forma de cuña 72, si se desea.

Entre las extremidades mecánicas 36, se puede aplicar lubricación 44 a las fibras individuales 42 y/o entre las capas de fibra 40, como se indica mediante el bloque 84. La aplicación de lubricante facilita la inflación y deflación de la capa de refuerzo 38 en la región media entre los extremos impregnados con resina sostenidos por extremidades mecánicas 34. La construcción del empacador también comprende colocar la capa de vejiga interna 46 y puede comprender la colocación de otras capas adicionales, v.gr., capa de sello externa 48, como se indica mediante el bloque 86. Dependiendo de qué capas adicionales se combinan para crear el empacador 26, las capas adicionales pueden ser colocadas sobre las extremidades mecánicas 36 ya sea antes o después de la formación de la capa de refuerzo 38. Una vez que todas las capas del empacador están en su lugar, cada extremidad mecánica 36 es completada para asegurar los extremos de la capa de refuerzo 38 y otras capas del empacador 26, como se indica mediante el bloque 88. A manera de ejemplo, cada extremidad mecánica puede ser completada al cerrar el anillo de anti-expansión 60 sobre el niple del empacador interno 54 para asegurar la capa de vejiga interna 46, capa de refuerzo 38 y capa de sello externa 48 entre las mismas. Antes y/o después de cerrar cada extremidad mecánica 36, una cantidad adicional de material de resina 68 puede ser inyectada¦ en cada extremidad del empacador para remover cualesquiera huecos restantes y para asegurar que no se pueda crear vacio dentro de cualquier extremidad mecánica.

Si algunas de las modalidades descritas anteriormente en donde un componente se describe como siendo formado de hule o que comprende hule, el hule puede incluir un hule resistente al aceite, tal como NBR (hule de nitrilo-butadieno) , HNBR (hule de nitrilo hidrogenado-butadieno) y/o FKM (fluoroelastómeros) . En un ejemplo especifico, el hule puede ser un hule de HNBR con alto porcentaje de acrilonitrilo, tal como un hule de HNBR que tiene un porcentaje de acrilonitrilo en el intervalo de aproximadamente 21 a aproximadamente 49%. Los componentes adecuados para los hules descritos, en este párrafo incluyen-, pero no se limitan a, capa de vejiga interna 46 y capa de sello externa 48.

Como se describe aquí, el sistema de pozo 20 y el empacador 26 pueden ser construidos en una variedad de configuraciones para usarse en muchos ambientes y aplicaciones. El empacador 26 puede ser construido de muchos tipos de materiales y con componentes/capas colocados en varias disposiciones. Además, los componentes de extremidad mecánica pueden ser construidos y ordenados en diferentes configuraciones para contener una variedad de capas de empacador expandibles seleccionadas. Las superficies especificas y características de la capa de refuerzo y otras capas del empacador también se pueden diseñar para incrementar la capacidad de las extremidades mecánicas para sujetar de manera segura las capas del empacador. Además, una variedad de tipos de fibra, patrones de devanado, capas de fibra, ángulos de fijación y lubricantes se pueden utilizar para lograr la funcionalidad 'deseada para una aplicación de pozo y ambiente dados. Además, el empacador 26 puede ser construido como un empacador inflable para incorporarse en una variedad de equipos de completación u otros tipos de equipo del agujero de pozo.

Por consiguiente, aunque sólo algunas modalidades de la presente invención han sido descritas con detalle anteriormente, los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que son posibles muchas modificaciones sin apartarse materialmente de las enseñanzas de esta invención. Se pretende que dichas modificaciones sean incluidas dentro del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones .

Claims (24)

REIVINDICACIONES
1. .1. Un sistema para usarse en un agujero de pozo, que comprende: un empacador inflable que comprende: una capa de vejiga interna; una capa de refuerzo radialmente hacia afuera de la capa de vejiga interna, la capa de refuerzo siendo formada como una pluralidad de capas de fibra que sirven como una capa de anti-extrusión y una capa mecánica; y una capa de sello externa radialmente hacia afuera de la capa de refuerzo, en donde la pluralidad de capas de fibra que forman la capa de refuerzo son construidas cada una del mismo material con fibra fijada a un ángulo deseado constante a lo largo de. una región de expansión de la capa de refuerzo.
2. 2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, en donde el empacador inflable además comprende una extremidad mecánica colocada en cada extremo longitudinal del empacador inflable para sujetar la capa de vejiga interna, la capa de refuerzo y la capa de sello externa.
3. 3. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, en donde la fibra es fibra de carbón.
4. 4. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, en donde las capas de fibra están lubricadas en una región central para facilitar la expansión del empacador.
5. 5. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, en donde cada capa de fibra está formada con fibra continua individual que tiene un ángulo de fijación constante a lo largo de la región de expansión del empacador, el ángulo de fijación siendo opuesto en capas de fibra adyacentes.
6. 6. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, en donde el ángulo deseado es cambiado dentro de cada extremidad mecánica.
7. 7. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, en donde las capas de. fibra son' impregnadas con una resina en extremos longitudinales de las capas de fibra.
8. 8. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, en donde la capa de refuerzo es construida con un extremo en forma de cuña dentro de cada extremidad mecánica para asegurar la retención de la capa de refuerzo en cada extremidad mecánica durante la inflación del empacador inflable.
9. 9. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, en donde el extremo en forma de cuña es creado al añadir una capa adicional de fibra en el extremo longitudinal de la capa de refuerzo.
10. 10. Un sistema para usarse en un agujero de pozo, que comprende: un empacador inflable que comprende: una capa de vejiga interna; una capa de sello externa; y una capa de refuerzo colocada entre la capa de vejiga interna y la capa de sello externa para proveer soporte mecánico y protección contra extrusión, la capa de refuerzo siendo formada con fibra de carbón.
11. 11. El sistema de conformidad con la reivindicación 10, en donde el empacador inflable además comprende una extremidad mecánica colocada en cada extremo longitudinal del empacador inflable para sujetar la capa de vejiga interna, la capa de sello externa y la capa de refuerzo.
12. 12. El sistema de conformidad con la reivindicación 11, en donde la capa de refuerzo es · construida como una pluralidad de capas de fibra en la cual cada capa de fibra está construida con la fibra de carbón orientada en un ángulo de fijación constante a lo largo de una porción expandible de la capa de refuerzo.
13. 13. El sistema de conformidad con la reivindicación 12, en donde la fibra de carbón en cada capa de fibra es una sola fibra devanada para crear la capa de fibra, el ángulo de fijación de fibra de carbón alternando entre positivo y negativo entre. capas de fibra secuenciales .
14. 14. El sistema de conformidad con la reivindicación 11, en donde la fibra de carbón es lubricada a través de una región central de la capa de refuerzo.
15. 15. Un método para crear un empacador, que comprende : introducir una resina en un par de extremidades de empacador mecánicas; aplicar una capa de refuerzo de fibra sobre la resina en cada extremidad mecánica de tal manera que la capa de refuerzo de fibra abarque entre el par de extremidades mecánicas; lubricar una región central de la capa de refuerzo de fibra; y completar cada extremidad mecánica para sujetar extremos longitudinales de la capa de refuerzo de fibra.
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 15, en donde la aplicación comprende añadir resinas sobre los extremos longitudinales de la capa de refuerzo de fibra para impregnar adicionalmente la capa de refuerzo de fibra en cada extremidad mecánica.
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación 15, que además comprende colocar una capa de vejiga interna para ser sostenida por el par de extremidades mecánicas.
18. . 18. El método de conformidad con la reivindicación 17, que además comprende colocar una capa de sello externa para ser sostenida por el par de extremidades mecánicas.
19. 19. El método de conformidad con la reivindicación 15, que además comprende inyectar resina adicional para remover espacio vacio en cada extremidad mecánica después de completar cada extremidad mecánica.
20. 20. El método de conformidad con la reivindicación 15, en donde la lubricación comprende aplicar grasa.
21. 21. Ün método que comprende: formar una capa de refuerzo de empacador con una pluralidad de capas de fibra; lubricar la pluralidad de capas de fibra para facilitar la expansión del empacador; colocar la capa de refuerzo del empacador entre una capa de vejiga interna y una capa de sello externa; y sostener los extremos longitudinales de la capa de refuerzo del empacador, la capa de vejiga interna y la capa de sello externa con extremidades mecánicas para crear un empacador inflable.
22. 22. El método de conformidad con la reivindicación 21, en donde la formación comprende formar cada capa de fibra con una fibra orientada a un ángulo de fijación constante entre las extremidades mecánicas.
23. 23. El método de conformidad con la reivindicación 21, en donde la formación comprende formar cada capa de fibra con fibra de carbón.
24. 24. El método de conformidad con la reivindicación 21, en donde la formación comprende formar la pluralidad de capas de fibra para servir como la única resistencia mecánica y resistencia a la extrusión del empacador inflable.