MX2014000155A - Herramienta de cementacion. - Google Patents

Abstract

Se describe una herramienta de cementación (20) capaz de ser instalada en una columna de tubería (10) y configurada para permitir selectivamente el flujo del cemento a través de una o más compuertas (34) en la herramienta. Las compuertas (34) son normalmente selladas por montajes de disco de ruptura (36) que comprenden un disco de ruptura (62) que puede ser abierto para permitir el flujo del cemento a través del orificio central (32) de la columna de tubería y dentro del anillo (14) definido por la columna de tubería (10) y la formación del fondo del pozo (16). La herramienta de cementación (20) es particularmente útil durante las operaciones de cementación en las cuales el anillo (14) se ha llegado a bloquear por una porción colapsada de la formación, al permitir que la obstrucción (104) sea desviada y el flujo de cemento (100) dentro del anillo sea continuado sin interrupción sustancial. La herramienta (20) puede también ser utilizada en operaciones de cementación de etapas múltiples.

Description

HERRAMIENTA DE CEMENTACION CAMPO DE LA INVENCION La presente invención está dirigida a una herramienta de cementación, una columna de tubería equipada con una herramienta de cementación y los métodos de cementación de tal columna de tubería. Particularmente, la herramienta de cementación es proporcionada con un montaje de disco de ruptura que después de la ruptura permite que el cemento fluya desde el interior de la columna de tubería a través de la pared lateral de la herramienta y hacia el anillo definido por la columna de tubería, y la formación en el fondo de la perforación dentro de la cual es corrida la columna de tubería. La herramienta de cementación permite que las obstrucciones o los huecos dentro del anillo sean desviados durante las operaciones de cementación, y permite que sean conducidas las operaciones de cementación de etapas múltiples. Además, la herramienta de cementación, si es activada durante las operaciones de cementación, restaura la integridad estructural de la columna de tubería que puede de otro modo ser perdida a través del uso de otras herramientas o procesos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION El revestimiento superficial es típicamente la primera columna de tubería corrida y completamente cementada Ref . :245901 en un pozo. El revestimiento superficial protege a las arenas que llevan agua fresca o a las formaciones de la migración vertical de los fluidos del pozo que pueden de otro modo contaminar el agua fresca llevada por estas formaciones. Frecuentemente también, el protector de erupción del pozo, el cual es la última línea de defensa contra un pozo descontrolado, es asegurado al revestimiento superficial. Además, el revestimiento superficial es utilizado para descolgar la siguiente sarta del revestimiento que es corrido dentro del pozo. Dadas las muchas funciones del revestimiento superficial, es importante que el revestimiento superficial sea bien soportado con el fin de prevenir el abombamiento y el daño cuando es cargado de esta manera.

El propósito de la cementación del revestimiento superficial es tener un revestimiento competente de cemento para soportar y sellar alrededor de la tubería de revestimiento. Durante las operaciones de cementación, el cemento es introducido dentro del anillo creado entre la tubería de revestimiento y la formación a través de la cual es corrida la tubería de revestimiento. El cemento puede ser introducido dentro del anillo en un número de formas. Un método es el procedimiento de "labor superior" en donde el cemento es directamente inyectado dentro del anillo desde la superficie utilizando uno o más tubos de diámetro pequeño empujados hacia abajo dentro del anillo. Este método puede ser útil en la cementación de columnas de tubería poco profundas, pero no es siempre confiable ya que pueden ser dejadas bolsas no cementadas en el anillo. Otro método más involucra la circulación del cemento hacia abajo a través del centro de la columna de tubería y hacia atrás y nuevamente hacia la superficie a través del anillo. Cuando se completa exitosamente, este método proporciona un grado más alto de confianza de modo que las bolsas no cementadas han sido evitadas o reducidas al mínimo. No obstante, el anillo puede llegar a obstruirse, tal como con una porción colapsada de una formación suelta que bloquea el flujo del cemento a través del anillo. En otros casos, el cemento puede perderse del anillo hacia la formación del pozo debido a la alta porosidad de la roca o la arena que a través de la cual es perforado el pozo. Esta pérdida previene que el cemento llegue a la superficie y es conocida como circulación perdida o retornos perdidos. En estos casos, la tubería de revestimiento necesitaría ser perforada por arriba de la obstrucción o la región de la circulación perdida, de modo que pueda ser establecida una nueva trayectoria de flujo para el cemento dentro del anillo. Esto es indeseable ya que requiere el compromiso de la integridad de la tubería de revestimiento.

Otra solución más ha sido propuesta la cual involucra el uso de herramientas de válvula diferencial (DV, por sus siglas en inglés) por sus siglas en Inglés. Estas herramientas han sido utilizadas por mucho tiempo como una parte de una operación de cementación de etapas múltiples. Estas herramientas son típicamente corridas donde la cementación es planeada para ser colocada en múltiples elevaciones en una sarta simple de tubo. La sección inferior de la tubería de revestimiento es cementada normalmente. Luego la herramienta es abierta y se hace circular el lodo de perforación. Después de que la etapa inferior de cemento ha sido establecida suficientemente, la etapa superior es cementada a través de la herramienta de DV. Estas herramientas son desventajosas ya que la cementación debe ser realizada en etapas, en vez de en una vaciada única, agregando de este modo tiempo de operación adicional al proceso de cementación. Además, estas herramientas tienden a ser costosas y la mayoría requieren cierto tiempo de operación de accionamiento, y ser luego perforadas una vez que la etapa de cementación es completada.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención supera un número de las dificultades asociadas con los aparatos y métodos previos para la cementación de una columna de tubería, mediante la utilización de una herramienta de cementación que acopla las secciones de tubería de revestimiento adyacentes y comprende un montaje de disco de ruptura integral que puede ser selectivamente accionado para desviar las obstrucciones en el anillo entre la formación en el fondo del pozo y la columna de tubería, o permite el flujo del cemento dentro del anillo a una elevación deseada.

De acuerdo a una modalidad de la presente invención, se proporciona una herramienta de cementación configurada para el acoplamiento a una columna de tubería. La herramienta de cementación comprende un cuerpo tubular que incluye una pared lateral cilindrica que tiene una superficie interna y una superficie externa. La superficie interna de la pared lateral define un pasaje central a través de la misma. Al menos un miembro de formación de canal es proporcionado, el cual define un canal localizado hacia afuera del pasaje central. El canal incluye al menos un extremo abierto. Al menos una compuerta es formada en la pared lateral, que define una trayectoria para el flujo del fluido entre el pasaje central y el canal. La herramienta de cementación comprende además al menos un montaje de disco de ruptura que comprende un disco de ruptura que, en su estado no roto, es colocado en relación de bloqueo de fluido entre el pasaje central y al menos un extremo abierto.

De acuerdo a otra modalidad más de la presente invención, se proporciona una columna de tubería que comprende al menos una sección de tubería de revestimiento que tiene un orificio central y una herramienta de cementación como se describe en la presente, acoplada a un extremo de la sección de tubería de revestimiento.

De acuerdo a otra modalidad más de la presente invención, se proporciona un método de cementación de una columna de tubería en un pozo. El método comprende la colocación de una columna de tubería que comprende un orificio central y al menos una herramienta de cementación como se describe en la presente en una formación en el fondo del pozo. Enseguida, es inyectado cemento hacia el fondo del pozo a través del orificio central de la columna de tubería, y se provoca que el cemento fluya dentro del anillo localizado entre la columna de tubería y la formación.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La Figura 1 es una representación esquemática de una columna de tubería que comprende una pluralidad de herramientas de cementación colocadas en un pozo de sondeo; La Figura 2 es una vista en perspectiva de una herramienta de cementación de acuerdo a una modalidad de la presente invención; La Figura 3 es una vista superior de la herramienta de cementación de la Figura 2 ; La Figura 4a es una vista en sección transversal de la herramienta de cementación de la Figura 2 ; La Figura 4b es una visa en sección transversal de una modalidad alternativa de una herramienta de cementación que está equipada con la estructura conectadora roscada macho y hembra; La Figura 5 es una vista seccional transversal, fragmentada del montaje de compuerta y disco de ruptura de la herramienta de cementación de la Figura 2; La Figura 6 es una vista en sección transversal de una sección del pozo de sondeo en donde el anillo entre la formación en el fondo del pozo y la tubería de revestimiento, ha sido obstruido,- La Figura 7 es una vista en sección transversal de una sección del pozo de sondeo que contiene una obstrucción, en donde los discos de ruptura llevados por la herramienta de cementación han sido rotos y el flujo del cemento en el anillo es reasumido por arriba de la obstrucción; La Figura 8 es una vista en perspectiva de una herramienta de cementación de acuerdo a otra modalidad más de la presente invención; La Figura 9 es una vista en sección transversal de la herramienta de cementación de la Figura 8; La Figura 10 es una vista en sección transversal, fragmentada del montaje de compuerta y disco de ruptura de la herramienta de cementación de la Figura 8 ; La Figura 11 es una vista en perspectiva de una herramienta de cementación de acuerdo a otra modalidad más de la presente invención,- La Figura 12 es una vista en sección transversal de la herramienta de cementación de la Figura 11; y La Figura 13 es una vista superior de la herramienta de cementación de la Figura 11.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La presente invención proporciona los aparatos y los métodos que son particularmente adecuados para el corrimiento dentro y la cementación de una columna de tubería dentro de un pozo de sondeo. Como se ilustra en la Figura 1, una columna de tubería 10 ha sido corrida dentro de un pozo de sondeo 12 y cementada en el sitio mediante el relleno del anillo 14 definidos por la columna de tubería 10 y la formación en el fondo del pozo 16 con cemento. En particular, la columna de tubería 10 comprende una pluralidad de secciones de tubería de revestimiento 18 interconectadas con una pluralidad de herramientas de cementación 20, las cuales son descritas con mayor detalle más adelante. Como se muestra en la modalidad ilustrativa, las herramientas de cementación 20 son colocadas dentro de la columna de tubería 10 a través de una variedad de elevaciones dentro de la formación en el fondo del pozo 16. Como se explica más adelante, la colocación precisa de las herramientas de cementación 20 puede ser determinada como un asunto de procedimiento general o personalizado dependiendo de las formaciones en el fondo del pozo encontradas cuando se crea el pozo de sondeo.

Regresando ahora a las Figuras 2-4b, se ilustra una modalidad de una herramienta de cementación 20 de acuerdo con la presente invención. En general, la herramienta de cementación 20 comprende un cuerpo tubular 22 que tiene una pared lateral cilindrica 24. En ciertas modalidades, la herramienta de cementación 20 comprende un collar o acoplador que es fácilmente insertado entre las secciones de tubería de revestimiento adyacentes. En otras modalidades, la herramienta 20 puede ser formada de otros materiales tales como tubería mecánica, la cual puede mostrar longitudes mucho mayores que aquella de un collar y tienen extremos roscados hembra y macho. En las Figuras 2 -4b, la herramienta 20 es en general descrita como un collar para facilidad de ilustración; sin embargo, esto no debe ser considerado como limitante del alcance de la presente invención. La pared lateral 24 comprende una superficie interior 26, la cual define una vía de paso 28 y una superficie exterior 30, la cual coopera con la formación en el fondo del pozo 16 para definir el anillo 14. Cuando se instala dentro de la columna de tubería 10, la vía de paso 28 está a registro con el orificio central 32 de la columna de tubería. De este modo, el orificio central 32 está sustancialmente concéntrico con el cuerpo tubular 22. En ciertas modalidades, tal como se muestra en la Figura 6, la vía de paso 28 y el orificio central 32 tienen esencialmente el mismo diámetro interno.

La pared lateral 24 también comprende al menos una compuerta 34, y en las modalidades ilustradas dos compuertas, formadas en ésta que es extienden entre la superf icie interna 26 y la superf icie externa 30 . De este modo , la compuerta 34 def ine una trayectoria de f luj o de f luido entre el interior y el exterior de la herramienta 20 , que es sustancialmente perpendicular a la trayectoria de f luj o a través de la herramienta 20 def inida por la vía de paso 28 .

En cada compuerta 34 , un respectivo montaj e de disco de ruptura 36 es recibido y asegurado a la pared lateral 24 . En la modalidad ilustrada en la Figura 5, el montaje 36 comprende un accesorio 38 que es ajustado a presión dentro de la compuerta 34 e incluye una primera porción cilindrica 40 y una segunda porción cilindrica 42 . La primera porción cilindrica 40 tiene en general un diámetro más grande que la segunda porción cilindrica 42 . Las porciones 40 son de tamaño adecuado y configuradas para ser recibidas dentro de una porción interna 44 de la compuerta 34 , y la porción 42 es de tamaño adecuado y conf igurada para ser recibida en una porción externa 46 de la compuerta 34 . La primera porción cilindrica 40 está conectada a la segunda porción cilindrica 42 por una región de transición ahusada 48 que está configurada para topar con un segmento ahusado, 50 similarmente configurado de la compuerta 34 , cuando el montaje 36 es instalado dentro de la compuerta 34 . Como se anotó anteriormente , el accesorio 38 es aj ustado a presión dentro de la compuerta 34 . De este modo , el accesorio 38 es f ij ado a y mantenido dentro de la compuerta 34 por las fuerzas f ricciónales .

Las Figuras 9 y 10 ilustran otra modalidad más de un montaje 52 de disco de ruptura que comprende un accesorio de dos partes 54, configurado para ser recibido en una compuerta 56 formada en la pared lateral 24. El accesorio 54 comprende un casquillo 58 internamente roscado que es asegurado a la compuerta 56 y una tuerca 60 externamente roscada configurada para ser recibida dentro del casquillo 58. En ciertas modalidades, el casquillo 58 es asegurado a la compuerta 56 mediante soldadura, aunque está dentro del alcance de la presente invención que el casquillo 58 sea asegurado a la compuerta 56 de otras maneras, tal como una conexión roscada. En esta modalidad, la compuerta 56 es de diámetro sustancialmente uniforme a través de su longitud completa, en oposición a la compuerta 34 que contiene porciones interna y externa 44, 46 de tamaños diferentes, respectivamente. Se nota también que el montaje de disco de ruptura 52, cuando es instalado en la compuerta 56, yace sustancialmente a nivel con la superficie interna 26, mientras que en la modalidad ilustrada en la Figura 4, el montaje de disco de ruptura 36 se extiende hacia adentro más allá de la superficie interna 26, aunque esto no necesariamente necesita ser el caso.

Ambas modalidades 36, 52 del montaje de disco de ruptura comprenden un disco de ruptura 62. En la modalidad ilustrada en la Figura 5, el disco de ruptura 62 es fijado al accesorio 38, y en la modalidad ilustrada en la Figura 10, el disco de ruptura 62 es fijado a la tuerca 60. El disco de ruptura 62 puede ser fijado a su respectiva estructura de soporte mediante soldadura o cualquier otro medio conocido por aquellos de experiencia en la técnica. Alternativamente, el disco de ruptura 62 podría ser comúnmente maquinado a partir de, y de este modo unitariamente formado con, el accesorio 38 o la tuerca 60. En ambas modalidades ilustradas, el disco de ruptura 62 funciona, en su estado no roto, para bloquear el flujo del fluido a través de las compuertas 34, 56 respectivamente. El disco de ruptura 62 puede también comprender estructuras que ayudan a definir sus características de apertura, tal como una línea de debilidad (no mostrado) .

La herramienta de cementación 20 también comprende al menos un miembro 64 de formación de canal asegurado a la superficie exterior 30 de la pared lateral. El miembro 64 coopera con la superficie exterior 30 de la pared lateral para definir un canal 66 que, después de la ruptura el disco de ruptura 62, está en comunicación fluida con el interior del cuerpo tubular 22. Como se muestra, el canal 66 es longitudinal con respecto a la herramienta 20, sin embargo, está dentro del alcance de la presente invención que el canal 66 sea orientado alrededor de diferentes ejes. Como se muestra en las Figuras 2-5, el miembro 64 de formación de canal comprende un segmento alargado 68 que tiene márgenes extremos longitudinales espaciados 70, 72, cada uno de los cuales están asegurados a la superficie exterior 30 de la pared lateral. El segmento alargado 68 comprende un perfil en sección transversal en general en forma de V. En ciertas modalidades, de acuerdo a la presente invención, el miembro 64 formador de canal comprende un extremo sellado 74 y un extremo abierto 76. Como se muestra, el canal 66 está sustancialmente no obstruido, con lo cual permite, después de la ruptura del disco de ruptura 62, el flujo libre de un fluido o material proveniente de la vía de paso 28 a través de la compuerta 34, hacia arriba del canal 66 y hacia afuera del extremo abierto 76. Sin embargo, está dentro del alcance de la presente invención que el miembro 64 formador de canal incluya una válvula de retención u otro dispositivo similar, tal como una malla o filtro, que inhiba la entrada de desechos o de fluido dentro del canal 66 desde el extremo abierto 76. Además, como se ilustra en las Figuras, el miembro 64 formador de canal está colocado de modo que el extremo sellado 74 está localizado más cerca a la compuerta 34 que el extremo abierto 76, pero nuevamente, está dentro del alcance de la presente invención que sean empleadas otras configuraciones .

Las Figuras 8-10 ilustran un miembro 78 formador de canal alternativo, de acuerdo con la presente invención. Como el miembro formador de canal 64, el miembro formador de canal 78 comprende un segmento alargado 80 que tiene márgenes extremos longitudinales, espaciados, 82, 84, cada uno de los cuales están asegurados a la superficie exterior 30 de pared lateral. El miembro 78 formador de canal también comprende un extremo sellado 86 y un extremo abierto 88. Sin embargo, el miembro 78 formador de canal difiere del miembro 64 formador de canal en que éste comprende un perfil seccional transversal. En la mayoría de otros aspectos, el miembro 78 formador de canal y el miembro 64 formador de canal están configurados y funcionan de manera similar.

Como se anotó anteriormente, la herramienta de cementación 20 está configurada para ser acoplada al menos a una sección 18 de tubería de revestimiento. La herramienta 20 incluye la estructura de conexión 90 para facilitar este acoplamiento. En la modalidad ilustrada en la Figura 4a, la estructura de conexión hembra 90 está localizada en cualquier extremo de la herramienta 20, y comprende las secciones conectadoras roscadas 92 y 94 configuradas para acoplarse con los conectadores correspondientes de la sección de tubería de revestimiento, 96 y 98, respectivamente. En la modalidad ilustrada en la Figura 4b, la herramienta 20' comprende las estructuras de conexión hembra/macho 90, 90', con la sección conectadora 94' que está en la forma de roscas de tubo macho. Además, en modalidades particulares de acuerdo a la presente invención, el miembro 64, 78 formador de canal yace completamente fuera de un margen longitudinal externo presentado en la sección 18 de tubería de revestimiento. En otras palabras, el miembro 64, 78 de formación de canal yace dentro del anillo 14 definido por la columna de tubería 10 y la formación 16 en el fondo del pozo.

El uso de la herramienta de cementación 20 en la cementación de la columna de tubería 10 se ilustra en las Figuras 6 y 7. En ciertas modalidades, la columna de tubería 10 comprende el revestimiento superficial, el cual como se anotó anteriormente, realiza un número de funciones importantes. No obstante, está dentro del alcance de la presente invención que la columna de tubería 10 comprenda casi cualquier tipo de tubo a cualquier profundidad corrida dentro de un pozo, que funcionará como tubería de revestimiento del pozo, incluyendo el tubo de impulsión, el tubo conductor, la tubería de revestimiento intermedia, el revestimiento de perforación, el revestimiento de producción, y la tubería de revestimiento de producción. El tubo de guía, en general, puede tener un diámetro de entre 21.9 cm (8 5/8 pulgadas) hasta 40.6 cm (16 pulgadas).

Después de que la columna de tubería 10 ha sido corrida dentro de la formación en el fondo del pozo 16, el cemento es colocado en el anillo 14. En ciertas modalidades, esto es logrado por la inyección del cemento a través del orificio central 32 de la tubería de revestimiento hacia su margen 102 más bajo en el fondo del pozo en cuyo punto el cemento es dirigido dentro del anillo 14 y fluye hacia arriba hacia la superficie. En una situación ideal, el cemento continúa fluyendo hasta que la totalidad del anillo 14 se rellena con cemento. Sin embargo, puede surgir que ciertas porciones de la formación en el fondo del pozo 16 no posean suficiente integridad y puedan colapsarse alrededor de la columna de tubería 10 después de que se corre dentro, o alternativamente una región de circulación perdida puede ser encontrada, la cual puede presentar un hueco sin límite. Cuando esto ocurre, es creada una obstrucción 104, o hueco (no mostrado), al flujo del cemento 100 en el anillo 14. Se entiende que el efecto de una obstrucción 104 o hueco es sustancialmente el mismo, ya que el flujo del cemento con dirección hacia arriba a través del anillo 14, es impedido. Por lo tanto, aun cuando la siguiente discusión es realizada en términos de encontrar una obstrucción 104, un hueco debido a la región de la circulación perdida puede ser sustituido para el mismo.

Si tal obstrucción (o hueco) es detectado, la presente invención permite ventajosamente que la obstrucción (o hueco) sea desviada y la introducción de cemento 100 dentro del anillo 14 continúe sin interrupciones significativas a la operación de cementación, tal como la necesidad para jalar o correr herramientas hacia el fondo del pozo. Si una obstrucción 104 es encontrada, la presión del fluido del cemento que es bombeado hacia el fondo del pozo puede incrementarse. En modalidades particulares, el incremento en la presión del cemento es detectado por un operador, no obstante, esto no siempre necesita ser así. En este punto, un disco de ruptura 62 llevado por el montaje de disco de ruptura 36, 52 puede ser roto por el incremento de la presión del cemento dentro del orificio central 32 de la columna de tubería, próxima al disco de ruptura 62, de modo que el disco se abre y el cemento puede fluir a través de la compuerta 34, 56 y dentro del anillo, con lo cual se desvía la obstrucción 104. Si los retornos de cemento hacia la superficie no son logrados como se esperaba, el operador puede determinar que una región de circulación perdida ha sido encontrada, y el cemento está siendo dirigido hacia una formación porosa. El operador puede entonces incrementar la presión del cemento que fluye hacia abajo a través del orificio central 32 de la columna de tubería para abrir el disco de ruptura 62. En ciertas modalidades, el disco de ruptura 62 está configurado para romperse a una presión de hasta 90 % de la resistencia nominal de la tubería de revestimiento. Esto asegura que el disco 62 no se rompa debido a las condiciones de operación normales experimentadas en el pozo, sino más bien únicamente en respuesta a encontrar una obstrucción anular o hueco durante las operaciones de cementación. Además, si no es encontrada ninguna obstrucción durante las operaciones de segmentación, el disco de ruptura 62 proporciona suficiente resistencia para no comprometer la integridad general de la columna de tubería 10. Como se muestra en la Figura 7, una vez rota, el cemento 100 fluye desde la vía de paso 28 a través de la compuerta 34 hacia el canal 66 y dentro del anillo 14 en un sitio por arriba de la obstrucción 104. De este modo, se evita la creación de una zona "hueca" anular donde la columna de tubería 10 no es soportada .

En general, la herramienta de cementación 20 puede estar localizada dentro de la columna de tubería 10 a una elevación más alta que la obstrucción 104. El conocimiento de las formaciones a través de las cuales el pozo está siendo perforado puede ayudar al operador en la colocación de una herramienta de cementación 20 dentro de la columna de tubería 10 en un sitio que es probable que esté a una elevación más alta que donde una obstrucción 104 o huecos es probable que se forme. En ciertas operaciones, no obstante, puede ser difícil prever esta información. En estas situaciones, una pluralidad de herramientas de cementación 20 puede ser periódicamente instalada entre las secciones 18 de tubería de revestimiento a lo largo de la longitud de la columna de tubería 10. La frecuencia de colocación de las herramientas de cementación 20 puede variar dependiendo de las condiciones que se esperan encontrar en el pozo, no obstante, en ciertas modalidades, las herramientas de cementación pueden ser colocadas dentro de la columna de tubería 10 a un espaciamiento de aproximadamente cada (30.48 metros (100 pies), al menos 6.2 metros (250 pies), al menos cada 152.4 metros (500 pies) , o al menos cada 304 metros (1000 pies) . El uso de una pluralidad de herramientas de cementación 20 incrementa la probabilidad de que al menos una herramienta de cementación 20 estará localizada en una elevación más alta que la obstrucción, de modo que la obstrucción puede ser desviada .

En modalidades que comprenden una pluralidad de herramientas de cementación 20 localizadas dentro de la columna de tubería 10, puede ser posible que un operador detecte la presencia de una obstrucción 104 y determine su elevación aproximada dentro del anillo 14. De este modo, mediante el control de la presión dentro del orificio central 32 de la tubería de revestimiento, el operador puede ser capaz de accionar selectivamente el o los discos de ruptura 62 llevados por una herramienta de cementación 20 particulares, mientras que deja el o los otros discos de ruptura de otras herramientas de cementación, intactos. En otras modalidades, la presión del cemento dentro del orificio central 32 de la tubería de revestimiento, puede ser ajustada para provocar la ruptura de todos los discos de ruptura 62 dentro de la columna de tubería 10, o únicamente aquellos localizados a elevaciones por arriba de la obstrucción 104. En ciertas modalidades, con el fin de facilitar esta ruptura selectiva de los discos de ruptura 62, los discos de ruptura de diferentes características de estallido pueden ser empleados a todo lo largo de la columna de tubería 10.

En otras modalidades de la presente invención, la presión de estallido de los discos de ruptura 62 puede ser seleccionada para romperse automáticamente después de encontrar presiones elevadas dentro del orificio central 32 que son atribuibles al encuentro de una obstrucción 104 para prevenir el daño a la tubería de revestimiento. En ciertas modalidades, la detección efectiva y la identificación de la localización de una obstrucción es evitada y las operaciones de cementación pueden continuar sin ninguna interrupción significativa en el flujo del cemento dentro del anillo 14.

En otras modalidades adicionales, pueden ser empleadas una pluralidad de herramientas de cementación 20, para llevar a cabo así operaciones de cementación de etapas múltiples. En ciertos casos puede ser deseable cementar selectivamente ciertas elevaciones de la columna de tubería 10. Por ejemplo, los pozos con bajas presiones de formación pueden no ser capaces de sustentar las fuerzas hidrostáticas de una columna completa de cemento. En otras aplicaciones, puede ser deseable aislar ciertas secciones del pozo de sondeo o utilizar diferentes mezclas de cemento en el pozo de sondeo. Todavía, en la cementación de orificios calientes, profundos, los tiempos de bombeo de cemento pueden ser limitados para prevenir así la cementación en el sondeo completo de la columna de tubería durante una etapa simple. En estos ejemplos y otras situaciones, puede ser deseable cementar la columna de tubería 10 en dos o más etapas.

Típicamente, la etapa de operación de cementación comienza como se describe anteriormente, ya que el cemento 100 es cemento corrido a través del orificio central 32 de la tubería de revestimiento hacia su margen en el fondo del pozo 102, más bajo punto en el cual el cemento es dirigido hacia el anillo 14 y fluye con dirección hacia arriba hacia la superficie. Aun cuando una obstrucción o hueco pueda no ser encontrado, una vez que el cemento ha alcanzado una altura deseada en el anillo 14, el flujo de cemento es detenido. En este punto, puede ya no ser posible reasumir el flujo del cemento en el anillo 14 por el flujo de cemento hacia abajo al margen más bajo 102 y nuevamente hacia la superficie. Más bien, el operador puede accionar los discos de ruptura 62 a una elevación deseada, de modo que el flujo de cemento dentro del anillo 14 puede reasumirse, comenzando de este modo una segunda etapa de cementación. Este proceso puede ser repetido como sea necesario o deseado.

Una vez que han sido completadas las operaciones de cementación, la perforación dentro del pozo puede ser continuada meramente al perforar el cemento dentro del orificio central 32 de la columna de tubería. No existen herramientas que necesiten ser perforadas junto con el cemento. Alternativamente, una vez que es completada la cementación o una etapa de la cementación, cualquier cemento que permanezca dentro del orificio central 32 puede ser bombeado o circulado hacia afuera antes de curarse completamente, de modo que el paso de perforación a través del cemento puede ser evitado.

Las Figuras 11-13 ilustran otra modalidad de herramienta de cementación de acuerdo a la presente invención. Una herramienta de cementación 106 es ilustrada teniendo un par de miembros 108 de formación de canal que están integrados con la pared lateral 110 de la herramienta. La herramienta de cementación 106 comparte ciertas características estructurales y funcionales con las modalidades de la herramienta de cementación 20 discutida anteriormente. Sin embargo, las diferencias más notables conciernen a la configuración de los miembros 108 de formación de canal y la colocación del montaje de disco de ruptura 118. Los miembros de formación de canal 108 comprenden regiones engrosadas de la pared lateral 110 que tienen canales 112 formados en éstos. En ciertas modalidades, los canales 112 comprenden orificios longitudinales en general circulares, principalmente para la facilidad de maquinación, pero pueden ser también utilizadas otras configuraciones y orientaciones para los canales 112. Una compuerta 114 es formada en la pared lateral 110, la cual hace posible la comunicación fluida entre el pasaje central 116 de la herramienta y el canal 112. De este modo, es establecida una trayectoria de flujo entre el interior de la herramienta 106 y el anillo en el fondo del pozo.

Un montaje de disco de ruptura 118 es colocado dentro del canal 112 en relación de bloqueo de fluido, normalmente, entre la compuerta 114 y una salida de canal 120. El montaje de disco de ruptura 118 incluye un disco de ruptura 122 y puede ser configurado similarmente a los montajes de disco de ruptura 36, 52 discutidos anteriormente. En una modalidad, el montaje de disco de ruptura 118 es roscadamente recibido y asegurado dentro de una porción roscada correspondiente 124 del canal 112. Cuando está en su estado no roto, el disco de ruptura 122 previene que el fluido o el cemento que fluyen a través del pasaje 116 de la herramienta pasen a través de la salida 120 del canal y hacia el anillo en el fondo del pozo. Una válvula de retención 126, opcional, puede ser instalada hacia la salida 120 para prevenir que el fluido que está circulando dentro del anillo u otro material entre el canal 112 e interfiera con la operación del montaje de disco de ruptura 118.

En una modalidad, la compuerta 114 es formada por la maquinación de un orificio 128 a través del miembro 108 formador de canal y la pared lateral 110 hasta que es alcanzado el pasaje central 106. De igual modo, el canal 120 puede ser formado por la maquinación de un orificio a través del miembro 108 formador de canal, que está perpendicular al orificio 128. El orificio 130 en el miembro 108 formador de canal puede posteriormente ser obturado.

La instalación y la operación de la herramienta de cementación 106 es similar a aquella descrita anteriormente con respecto a la herramienta de cementación 20.

La siguiente descripción establece las modalidades ejemplares de acuerdo a la presente invención. Se debe entender, no obstante, que estos ejemplos son proporcionados a manera de ilustración y nada en éstos deben ser considerados como una limitación sobre el alcance completo de la invención.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (33)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Una herramienta de cementación configurada para el acoplamiento a una columna de tubería, caracterizada porque comprende : un cuerpo tubular que comprende una pared lateral cilindrica que tiene una superficie interna y una superficie externa, la superficie interna de la pared lateral define un pasaje central,- al menos un miembro de formación de canal que define un canal que está localizado afuera del pasaje central, teniendo el canal al menos un extremo abierto; al menos una compuerta formada en la pared lateral que define una trayectoria para el flujo del fluido entre el pasaje central y el canal; y al menos un montaje de disco de ruptura que comprende un disco de ruptura, el disco de ruptura, cuando está en el estado no roto, es colocado en relación de bloqueo de fluido entre el pasaje central y al menos un extremo abierto .

2. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos un miembro formador de canal es asegurado a la superficie de la pared lateral exterior y coopera con la superficie de la pared lateral exterior para definir el canal.

3. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos una compuerta se extiende entre las superficies de pared lateral, interior y exterior.

4. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el montaje de disco de ruptura es recibido en al menos una compuerta y asegurado a la pared lateral.

5. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el montaje de disco de ruptura está localizado dentro del canal.

6. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos un miembro formador de canal comprende un segmento alargado que tiene márgenes extremos longitudinales, espaciados, cada uno de los márgenes extremos está asegurado a la superficie exterior de la pared lateral.

7. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque el segmento alargado comprende un perfil en sección transversal en forma de V.

8. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque el segmento alargado comprende un perfil seccional transversal arqueado.

9. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos un miembro formador de canal está integralmente formado con la pared lateral .

10. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque el canal comprende un orificio en general circular.

11. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos un miembro formador de canal comprende un extremo sellado.

12. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos un montaje de disco de ruptura comprende un accesorio sobre el cual es asegurado el disco de ruptura.

13. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el accesorio es ajustado a presión dentro de al menos una compuerta formada en la pared lateral.

14. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque el accesorio comprende una primera porción cilindrica y una segunda porción cilindrica, la primera porción cilindrica es de diámetro más grande que la segunda porción cilindrica.

15. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque la primera porción cilindrica está configurada para ser recibida en una porción interna de al menos una compuerta, y la segunda porción cilindrica está configurada para ser recibida en una porción externa de al menos una compuerta.

16. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque el accesorio comprende un caequillo internamente roscado que es asegurado al menos a una compuerta, y una tuerca externamente roscada configurada para ser recibida dentro del casquillo y sobre la cual es asegurado el disco de ruptura.

17. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la pared lateral incluye al menos dos compuertas formadas en ésta y la herramienta comprende al menos dos montajes de disco de ruptura .

18. La herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el cuerpo tubular comprende regiones extremas opuestas que tienen la estructura conectadora configurada para ser acoplada con una sección de la tubería de revestimiento.

19. Una columna de tubería, caracterizada porque comprende : al menos una sección de tubería de revestimiento que incluye un orificio central; y una herramienta de cementación de conformidad con la reivindicación 1, acoplada a un extremo de al menos una sección de la tubería de revestimiento.

20. La columna de tubería de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque comprende una pluralidad de herramientas de cementación interconectadas con una pluralidad de secciones de tubería de revestimiento.

21. La columna de tubería de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque el orificio central de la tubería de revestimiento está sustancialmente concéntrico con el cuerpo tubular de la herramienta de cementación .

22. La columna de tubería de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque al menos un miembro formador de canal yace completamente externo de un margen exterior presentado por al menos una sección de la tubería de revestimiento .

23. Un método de cementación de una columna de tubería, caracterizado porque comprende: la colocación de una columna de tubería que comprende un orificio central y al menos una herramienta de cementación en una formación en el fondo del pozo, la columna de tubería y la formación definen un anillo localizado entre éstos, y la herramienta de cementación incluye un cuerpo tubular que comprende una pared lateral cilindrica que tiene una superficie interna y una superficie externa, la superficie interna de pared lateral define un pasaje central; al menos una compuerta formada en la pared lateral que define, al menos en parte, una trayectoria para el flujo del fluido entre el pasaje central y el anillo; y al menos un montaje de disco de ruptura que comprende un disco de ruptura, el disco de ruptura cuando está en el estado no roto es colocado en relación de bloqueo de fluido entre el pasaje central y el anillo; y la inyección de cemento en el fondo del pozo a través del orificio central de la columna de tubería, y provocar que el cemento fluya dentro del anillo.

24. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la columna de tubería presenta un margen en el fondo del pozo más bajo, y el paso de inyección comprende inyectar el cemento a través del orificio central de la columna de tubería hacia el margen en el fondo del pozo más bajo donde el cemento es dirigido dentro del anillo y fluye con dirección hacia arriba en éste.

25. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque incluye además: la ruptura de al menos un disco de ruptura, con lo cual se permite que el cemento fluya a través de al menos una compuerta y dentro del anillo.

26. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque el paso de ruptura de al menos un disco de ruptura es realizado como una parte de una operación de cementación de etapas múltiples.

27. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque el paso de ruptura de al menos un disco de ruptura es en respuesta automática a la presencia de una obstrucción al flujo del cemento en el anillo .

28. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque el paso de ruptura de al menos un disco de ruptura es realizado por el incremento de la presencia del cemento que fluye hacia el fondo del pozo a través del orificio central de la columna de tubería.

29. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque la herramienta de cementación comprende además al menos un miembro formador de canal que define un canal que está localizado fuera del pasaje central, teniendo el canal al menos un extremo abierto .

30. El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el paso de ruptura de al menos un disco de ruptura da como resultado el flujo del cemento a través de al menos una compuerta, hacia el canal y hacia el anillo vía al menos un extremo abierto.

31. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la columna de tubería comprende una pluralidad de herramientas de cementación localizadas a una pluralidad de elevaciones dentro de la formación en el fondo del pozo.

32. El método de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque está presente una obstrucción o hueco en el anillo, el método comprende además determinar una elevación aproximada de la obstrucción o hueco y el paso de ruptura comprende romper al menos un disco de ruptura y llevado por una de las herramientas de cementación a una elevación por arriba de aquella de la obstrucción y el hueco .

33. El método de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque después de la ruptura de al menos un disco de ruptura, se provoca que el cemento fluya a través de la compuerta abierta de una herramienta de cementación y dentro del anillo, con lo cual se desvía la obstrucción o el hueco.