MX2015000495A - Sistemas y metodos pozo abajo activados por presion. - Google Patents

Abstract

Sistemas y métodos para activar una herramienta pozo abajo en un pozo de sondeo; un pistón es móvil de una primera posición a una segunda posición para activar la herramienta pozo abajo; el pistón incluye un primer lado expuesto a una cámara de activación, y un segundo lado operativamente acoplado a la herramienta pozo abajo; un elemento de ruptura tiene un primer lado expuesto a la cámara de activación y un segundo lado expuesto al interior de una tubería base; el elemento de ruptura está configurado para romperse cuando un diferencial de presión entre la cámara de activación y el interior alcanza un valor de umbral predeterminado, en cuyo punto el elemento de ruptura permite la comunicación de fluido entre el interior y la cámara de activación para presurizar la cámara de activación y mover el pistón, activando así la herramienta pozo abajo.

Description

SISTEMAS Y METODOS POZO ABAJO ACTIVADOS POR PRESION ANTECEDENTES DE LA INVENCION La presente invención se refiere a sistemas y métodos utilizados en aplicaciones pozo abajo. De manera más particular, la presente invención se refiere a la fijación de una herramienta pozo abajo en diversas aplicaciones pozo abajo utilizando diferenciales de presión entre diversas cámaras de fluido que rodean o están en las inmediaciones de la herramienta pozo abajo.

En el curso del tratamiento y preparación de un pozo subterráneo para producción, herramientas pozo abajo tales como obturadores, comúnmente se corren dentro del pozo en un transportador tubular tal como una sarta de trabajo, sarta de tubería de revestimiento, o tubería de producción. El propósito del obturador de pozo no es solamente soportar la tubería de producción y otro equipo de completación, tal como ensambles de control de arena adyacentes a una formación de producción, sino también sellar el anillo entre el exterior del transportador tubular y el interior de la tubería de revestimiento del pozo o el pozo de sondeo en sí mismo. Como resultado, sustancialmente se evita el movimiento de fluidos a través del anillo y pasando la ubicación desplegada del obturador .

Algunos obturadores de pozo están diseñados para que se fijen utilizando circuitos electrónicos complejos que con frecuencia fallan o que de otra manera pueden presentar un mal funcionamiento en la presencia de ambientes pozo abajo corrosivos y/o severos. Otros obturadores de pozo requieren que un tapón especializado u otro dispositivo de pozo de sondeo sea enviado hacia abajo del pozo para fijar el obturador. Aunque son confiables en algunas aplicaciones, estos y otros métodos para fijar obturadores de pozo agregan una complejidad y costos adicionales e innecesarios al proceso de obturación.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención se refiere a sistemas y métodos utilizados en aplicaciones pozo abajo. De manera más particular, la presente invención se refiere a la fijación de una herramienta pozo abajo en diversas aplicaciones pozo abajo utilizando diferenciales de presión entre diversas cámaras de fluido que rodean o están en las inmediaciones de la herramienta pozo abajo.

En algunas modalidades, un sistema para activar una herramienta pozo abajo en un pozo de sondeo incluye un pistón móvil desde una primera posición a una segunda posición para activar la herramienta pozo abajo. El pistón incluye un primer lado de pistón expuesto a una primera cámara, y un segundo lado de pistón expuesto a una segunda cámara. Se proporciona un elemento de ruptura y éste tiene un primer lado de elemento expuesto a la primera cámara y un segundo lado de elemento expuesto a una tercera cámara. El elemento de ruptura está configurado para evitar la comunicación de fluido entre la primera cámara y la tercera cámara únicamente hasta que un diferencial de presión entre la primera cámara y la tercera cámara alcanza un valor de umbral predeterminado, en cuyo punto el elemento de ruptura se rompe y permite la comunicación de fluido entre la primera cámara y la tercera cámara. Cuando el diferencial de presión está por debajo del valor de umbral y el elemento de ruptura está intacto, el pistón queda en la primera posición, y cuando el diferencial de presión alcanza el valor de umbral y el elemento de ruptura se rompe, el pistón se mueve a la segunda posición y activa la herramienta pozo abajo.

En otras modalidades, se proporciona un método para activar una herramienta pozo abajo en un pozo de sondeo. La herramienta pozo abajo está acoplada a una tubería base colocada dentro del pozo de sondeo y la tubería base coopera con una superficie interior del pozo de sondeo para definir un anillo. El método incluye hacer avanzar la herramienta dentro del pozo de sondeo a una ubicación en el anillo, e incrementar la presión en el anillo a una presión por arriba de un valor de umbral, el cual rompe un elemento de ruptura y crea un diferencial de presión entre una primera cámara en un primer lado del pistón móvil y una segunda cámara en un segundo lado del pistón móvil. El pistón se mueve en respuesta al diferencial de presión para activar la herramienta pozo abajo.

En otras modalidades todavía, un sistema de pozo de sondeo incluye una tubería base que se puede mover a lo largo del pozo de sondeo. La tubería base incluye un ensamble de manga que define una primera cámara, una segunda cámara, y una tercera cámara. Un pistón móvil separa de manera fluida la primera cámara y la segunda cámara. Una herramienta pozo abajo está colocada alrededor de la tubería base. La herramienta pozo abajo es acoplada de forma operativa al pistón y opera en respuesta al movimiento del pistón. Un elemento de ruptura separa de manera fluida la primera cámara de la tercera cámara únicamente hasta que un diferencial de presión entre la primera cámara y la tercera cámara alcanza un valor de umbral predeterminado, en cuyo punto el elemento de ruptura se rompe y permite la comunicación de fluido entre la primera cámara y la tercera cámara, reduciendo así la presión en la primera cámara y ocasionando que el pistón se mueva hacia la primera cámara para operar la herramienta pozo abajo.

En otras modalidades todavía, un sistema para activar una herramienta pozo abajo en un pozo de sondeo incluye una tubería base que define un interior y un exterior. Un pistón está ubicado en el exterior de la tubería base y es móvil desde una primera posición a una segunda posición para activar la herramienta pozo abajo. El pistón incluye un primer lado de pistón expuesto a una primera cámara, y un segundo lado de pistón acoplado con la herramienta pozo abajo. Un elemento de ruptura tiene un primer lado de elemento expuesto a la primera cámara y un segundo lado del elemento expuesto al interior. El elemento de ruptura está configurado para evitar la comunicación de fluido entre la primera cámara y el interior únicamente hasta que un diferencial de presión entre la primera cámara y el interior alcanza un valor de umbral predeterminado, en cuyo punto el elemento de ruptura se rompe y permite la comunicación de fluido entre la primera cámara y el interior. Cuando el diferencial de presión está por debajo del valor de umbral y el elemento de ruptura está intacto, el pistón queda en la primera posición. Cuando el diferencial de presión alcanza el valor de umbral y el elemento de ruptura se rompe, el pistón se mueve a la segunda posición y activa la herramienta pozo abajo.

En otras modalidades todavía, un método para activar una herramienta pozo abajo en un pozo de sondeo incluye hacer avanzar la herramienta pozo abajo dentro del pozo de sondeo. La herramienta pozo abajo está acoplada a una tubería base colocada dentro del pozo de sondeo, y la tubería base define un interior y un exterior. La herramienta pozo abajo está ubicada en el exterior. La presión en el interior aumenta a una presión por arriba de un valor de umbral. Un elemento de ruptura colocado entre el interior y una primera cámara en un primer lado de un pistón móvil se rompe cuando la presión en el interior excede el valor de umbral, ocasionando así un incremento de la presión en la primera cámara. El pistón se mueve para activar la herramienta pozo abajo en respuesta al incremento de la presión en la primera cámara.

En otras modalidades todavía, un sistema de pozo de sondeo incluye una tubería base móvil a lo largo del pozo de sondeo. La tubería base define un interior e incluye un ensamble de manga definiendo una primera cámara. Un pistón móvil incluye un primer extremo expuesto a la primera cámara. Una herramienta pozo abajo está colocada alrededor de la tubería base. La herramienta pozo abajo está operativamente acoplada a un segundo extremo del pistón y opera en respuesta al movimiento del pistón. Un elemento de ruptura separa de manera fluida la primera cámara del interior únicamente hasta que un diferencial de presión entre la primera cámara y el interior alcanza un valor de umbral predeterminado, en cuyo punto el elemento de ruptura se rompe y permite la comunicación de fluido entre la primera cámara y el interior, incrementando así la presión en la primera cámara y moviendo el pistón para operar la herramienta pozo abajo.

Características y ventajas de la presente invención serán fácilmente aparentes para aquellos expertos en la téenica al momento de una lectura de la descripción de las modalidades preferidas a continuación.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Las siguientes figuras se incluyen para ilustrar algunos aspectos de la presente invención, y no debieran ser vistas como modalidades exclusivas. La materia sujeto divulgada tiene la capacidad para una modificación, alteración y equivalentes considerables en forma y función, tal como se le ocurrirá a aquellos expertos en la técnica y quienes gocen del beneficio de esta divulgación.

La figura 1 ilustra una vista en sección transversal de una porción de una tubería base y sistema de activación acompañante, de acuerdo con una o más modalidades divulgadas.

La figura 2 ilustra una vista agrandada de una porción del sistema de activación que se muestra en la figura 1 La figura 3 ilustra una vista agrandada de otra porción del sistema de activación que se muestra en la figura 1.

La figura 4 ilustra una vista agrandada adicional de la porción del sistema de activación que se muestra en la figura 3.

La figura 5 ilustra una vista agrandada de una porción de una modalidad alternativa de un sistema de activación, de acuerdo con una o más modalidades aquí divulgadas.

La figura 6 ilustra una vista en sección transversal de una porción de una tubería base y un sistema de activación acompañante, de acuerdo con una o más modalidades alternativas divulgadas.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La presente invención se refiere a sistemas y métodos utilizados en aplicaciones pozo abajo. De manera más particular, la presente invención se refiere a la fijación de una herramienta pozo abajo en diversas aplicaciones pozo abajo utilizando diferenciales de presión entre diversas cámaras de fluido que rodean o están en las inmediaciones de la herramienta pozo abajo.

Sistemas y métodos aquí divulgados se pueden configurar para activar y fijar una herramienta pozo abajo, tal como un obturador de pozo, a fin de aislar el espacio anular definido entre un pozo de sondeo y una tubería base (por ejemplo, tubería de producción), ayudando así a evitar la migración de fluidos a través de una columna de cemento y hacia la superficie. Otras aplicaciones serán fácilmente aparentes para aquellos expertos en la téenica. Se divulgan sistemas y métodos que permiten que la herramienta pozo abajo sea fijada hidráulicamente sin el uso de circuitos electrónicos, señalización o medios mecánicos. Los sistemas y métodos sacan ventajas de los diferenciales de presión entre, por ejemplo, el espacio anular entre el pozo de sondeo y la tubería base y una o más cámaras formadas en o alrededor de la herramienta en sí misma y/o la tubería base. En consecuencia, los sistemas y métodos divulgados simplifican el proceso de fijación y reducen problemas potenciales que de otra manera evitarían que el obturador o herramienta pozo abajo se fijaran. Para facilitar un mejor entendimiento de la presente invención, se proporcionan los siguientes ejemplos. Se debiera observar que los ejemplos proporcionados no van a ser leídos como limitando o definiendo el alcance de la invención.

Haciendo referencia a la figura 1 se ilustra una vista en sección transversal de un sistema de activación ejemplar 100, de acuerdo con una o más modalidades. El sistema 100 puede incluir una tubería base 102 extendiéndose dentro de un pozo de sondeo 104 que ha sido perforado en la superficie de la tierra para penetrar diversos estratos de la tierra que contienen, por ejemplo, formaciones de hidrocarburos. Se apreciará que el sistema 100 no está limitado a algún tipo especifico de pozo, sino que se puede utilizar en todos los tipos tales como pozos verticales, pozos horizontales, pozos multilaterales (por ejemplo, inclinados), combinaciones de los mismos, y similares. Una tubería de revestimiento 106 puede ser colocada dentro del pozo de sondeo 104 y así definir un anillo 108 entre la tubería de revestimiento 106 y la tubería base 102. La tubería de revestimiento 106 forma un recubrimiento protector dentro del pozo de sondeo 104 y puede estar hecho de materiales tales como metales, plásticos, materiales compuestos, o similares. En algunas modalidades, la tubería de revestimiento 106 se puede expandir o no expandir como parte de un procedimiento de instalación y/o se puede segmentar o puede ser continua. En al menos una modalidad, la tubería de revestimiento 106 se puede omitir y el anillo 108 entonces se pude definir entre la pared interior del pozo de sondeo 104 y la tubería base 102.

La tubería base 102 puede incluir una o más juntas tubulares, teniendo conexiones roscadas metal-a-metal o de otra manera unidas en forma roscada para formar una sarta de tubería. En otras modalidades, la tubería base 102 puede formar una porción de una tubería enrollada. La tubería base 102 puede tener una forma generalmente tubular, con una superficie radial interior 102a y una superficie radial exterior 102b teniendo secciones transversales sustancialmente concéntricas y circulares. Sin embargo, otras configuraciones pueden ser convenientes, dependiendo de las condiciones y circunstancias particulares. Por ejemplo, algunas configuraciones de la tubería base 102 pueden incluir agujeros de compensación, bolsillos laterales, etcétera. La tubería base 102 puede incluir porciones formadas de una construcción no uniforme, por ejemplo, una junta de tubería que tiene compartimientos, cavidades u otros componentes en la misma o sobre la misma. Además, la tubería base 102 se puede formar de diversos componentes, incluyendo pero no limitado a, una tubería de revestimiento con juntas, un acoplamiento, una zapata inferior, un componente cruzado, o cualquier otro tipo de componente conocido por aquellos expertos en la téenica. En algunas modalidades, diversos elementos pueden ser unidos a través de conexiones roscadas metal-a-metal, soldadas, o de otra manera unidas para formar la tubería base 102. Cuando se forma a partir de roscas de tubería de revestimiento con sellos metal-a-metal, la tubería base 102 puede omitir materiales elastoméricos u otros sujetos a envejecimiento, y/o sujetos a ataque por químicos o condiciones ambientales.

El sistema 100 además puede incluir al menos una herramienta pozo abajo 110 acoplada o de otra manera colocada alrededor de la tubería base 102. En algunas modalidades, la herramienta pozo abajo 110 puede ser un obturador de pozo. En otras modalidades, no obstante, la herramienta pozo abajo 110 puede ser una herramienta de aislamiento de anillo de tubería de revestimiento, una herramienta de cementación de etapa, una herramienta multi-etapa, zapatas o collares de obturador de la formación, combinaciones de los mismos, o cualquier otra herramienta pozo abajo. A medida que la tubería base 102 se corre dentro del pozo, el sistema 100 se puede adaptar para aislar sustancialmente la herramienta pozo abajo 110 contra cualesquiera acciones de fluido desde el interior de la tubería de revestimiento 106, aislando así de manera efectiva la herramienta pozo abajo 110 de manera que se mantiene la circulación dentro del anillo 108 hasta que se activa la herramienta pozo abajo 110.

En una o más modalidades, la herramienta pozo abajo 110 puede incluir un elemento de fijación de compresión estándar que se expande radialmente hacia fuera cuando se somete a compresión. De manera alternativa, la herramienta pozo abajo 110 puede incluir una deslizadera compresible en un elemento hinchable, un elemento de fijación de compresión que se colapsa parcialmente, un elemento en rampa, un elemento tipo copa, un sello tipo Chevron, uno o más elementos infiables, una epoxi o gel introducidos en el anillo 108, combinaciones de los mismos, u otros elementos de sellado.

La herramienta pozo abajo 110 se puede colocar alrededor de la tubería base 102 en un número de formas. Por ejemplo, en algunas modalidades la herramienta pozo abajo 110 puede contactar directa o indirectamente la superficie radial exterior 102b de la tubería base 102. Sin embargo, en otras modalidades la herramienta pozo abajo 110 puede estar acomodada alrededor o de otra manera radialmente desviada de otro componente de la tubería base 102.

Haciendo referencia también a la figura 2, el sistema 100 puede incluir un pistón 112 acomodado externo a la tubería base 102. Tal como se ilustra, el pistón 112 puede incluir una porción de pistón agrandada 112a y una porción de vástago 112b que se extiende axialmente desde la porción de pistón 112a y que interpone la herramienta pozo abajo 110 y la tubería base 102. La porción de pistón 112a incluye un primer lado 112c expuesto a una primera cámara 114 y delimitando la misma, y un segundo lado 112d expuesto a una segunda cámara 115 y delimitando la misma. Tanto la primera cámara 114 como la segunda cámara 115 pueden ser definidas al menos parcialmente por un elemento retenedor 116 acomodado alrededor de la tubería base 102 adyacente a un primer extremo axial 110a (figura 1) de la herramienta pozo abajo 110. En la modalidad ilustrada, uno o más puertos de entrada 120 pueden ser definidos en el elemento retenedor 116 y pueden proporcionar comunicación de fluido entre el anillo 108 y la segunda cámara 115. En otras modalidades, el segundo lado 112d de la porción de pistón 112a se puede exponer directamente al anillo 108. La porción de vástago 112b se puede acoplar a una manga de compresión 118 (figura 1) acomodada junto a y potencialmente en contacto con un segundo extremo axial 110b (figura 1) de la herramienta pozo abajo 110.

Tal como se analiza a continuación, el pistón 112 es móvil en respuesta a la creación de un diferencial de presión a través de la porción de pistón 112a para fijar la herramienta pozo abajo 110. En una modalidad, un diferencial de presión experimentado a través de la porción de pistón 112a empuja el pistón 112 para que se traslade axialmente dentro de la primera cámara 114 en una dirección A a medida que busca el equilibrio de presión. A medida que el pistón 112 se traslada en la dirección A, la manga de compresión 118 acoplada a la porción de vástago 112b es forzada contra el segundo extremo axial 110b de la herramienta pozo abajo 110, comprimiendo así y expandiendo radialmente la herramienta pozo abajo 110. A medida que la herramienta pozo abajo 110 se expande radialmente, ésta puede acoplar la pared de la tubería de revestimiento 106 y de manera efectiva puede aislar partes del anillo 108 por arriba y por debajo de la herramienta pozo abajo 110.

Tal como se observó antes, la segunda cámara 115 se comunica con el anillo 108 a través de los puertos 120 y por lo tanto contiene fluido sustancialmente a la misma presión hidrostática que está presente en el anillo 108. Por lo tanto, a medida que el sistema 100 avanza dentro del pozo de sondeo 104 y se mueve hacia abajo dentro de la tierra, la presión hidrostática en el anillo 108 y la presión correspondiente en la segunda cámara 115 aumentan. La primera cámara 114 también puede ser llenada con fluido, tal como, por ejemplo, fluido hidráulico, agua, aceite, combinaciones de los mismos, o similares. A medida que el sistema 100 avanza dentro del pozo de sondeo 104, la porción de pistón 112a se puede configurar para transmitir la presión generada en la segunda cámara 115 al fluido en la primera cámara 114 de manera que la segunda cámara 115 y la primera cámara 114 permanecen en equilibrio hidrostático sustancial, y el pistón 112 entonces permanece sustancialmente estacionario.

Haciendo referencia también a las figuras 3 y 4, el sistema 100 además puede incluir un elemento de ruptura 122.

En algunas modalidades, el elemento de ruptura 122 se puede configurar para romperse cuando se somete a un diferencial de presión de umbral predeterminado. La ruptura del elemento de ruptura 122 a su vez puede establecer un diferencial de presión a través de la porción de pistón 112a (figuras 1 y 2) suficiente para trasladar el pistón 112 en la dirección A, ocasionando asi que la herramienta pozo abajo 110 se fije tal como se describió antes en forma general. El elemento de ruptura 122 puede ser o incluir, entre otras cosas, un disco de estallido, un sello elastomérico, un sello metálico, una placa con un área de sección transversal reducida, un elemento giratorio mantenido en una posición cerrada por pasadores de cizalladura diseñados para fallar en respuesta a una carga de cizalladura predeterminada, un componente diseñado con empujadores de tensión integrados de una configuración particular, y/o sustancialmente cualquier otro componente que específicamente esté diseñado para romperse o fallar en una manera controlada cuando se somete a un diferencial de presión de umbral predeterminado. El elemento de ruptura 122 puede funcionar sustancialmente como un sello entre las cámaras aisladas únicamente hasta que un diferencial de presión entre las cámaras aisladas alcanza el valor de umbral predeterminado, en cuyo punto el elemento de ruptura falla, estalla o de otra manera se abre para permitir que el fluido fluya desde la cámara a una presión superior hacia la cámara a una presión inferior. El tamaño, tipo y configuración específicos del elemento de ruptura 122 generalmente se elige de manera que el elemento de ruptura 122 se romperá a un diferencial de presión deseado. En algunas modalidades, el diferencial de presión deseado puede corresponder a una profundidad deseada dentro del pozo de sondeo 104 en el cual se va a fijar la herramienta pozo abajo 110.

En la modalidad de las figuras 1 a 4, el elemento de ruptura 122 está expuesto a y delimita la primera cámara 114 contra una tercera cámara 124. De manera más específica, un primer lado del elemento de ruptura 122 está expuesto a la primera cámara 114, y un segundo lado del elemento de ruptura 122 está expuesto a la tercera cámara 124. Tal como se muestra en la figura 3, la tercera cámara 124 es definida por una carcasa 128 que tiene un primer extremo 130 acoplado, por ejemplo, a un acoplamiento de transmisión de presión hidráulica 142 y un segundo extremo 132 en acoplamiento sellado directo o indirecto con la superficie radial exterior 102b de la tubería base 102. El acoplamiento de transmisión de presión hidráulica 142 puede definir un conducto 148 que se comunique con o de otra manera forme una parte integral de la primera cámara 114. Ejemplos de otros componentes que pueden definir el conducto 148 incluyen una zapata inferior, un componente de cruce, y similar. El elemento de ruptura 122 está ubicado en un extremo del conducto 148 y actúa como un sello entre la primera cámara 114 y la tercera cámara 124 cuando el elemento de ruptura 122 está intacto.

En la modalidad ilustrada, la tercera cámara 124 está sustancialmente sellada y es mantenida a una presión de referencia, tal como presión atmosférica. Aquellos expertos en la téenica reconocerán que la tercera cámara 124 puede ser presurizada sustancialmente a cualquier presión de referencia calculada con base en la presión hidrostática anticipada a una profundidad deseada para fijar la herramienta 110, y el valor de umbral de diferencial de presión asociado con el elemento de ruptura especifico 122 que está en uso. En algunas modalidades, la tercera cámara 124 puede contener un fluido compresible, tal como aire u otro gas, pero en otras modalidades puede contener otros fluidos tales como fluido hidráulico, agua, aceite, combinaciones de los mismos, o similar.

Tal como se muestra en las figuras 1 y 3, el sistema 100 también puede incluir un ensamble de copa 150 que tenga al menos una, por ejemplo dos tal como se ilustra, copas 152 ubicadas debajo de los puertos 120. En operación ejemplar, las copas 152 pueden funcionar como válvulas de una vía dentro del anillo 108 y pueden permitir el flujo en la dirección pozo arriba (es decir, a la izquierda en las figuras) pero pueden prevenir o restringir sustancialmente el flujo en la dirección pozo abajo (es decir, a la derecha en las figuras). Los componentes que se pueden utilizar como copas 152 incluyen, por ejemplo, una copa de hisopo, un solo limpiador, un tapón limpiador modificado, una copa de limpiador modificada, y similar, cada uno de los cuales se puede formar en caucho, espuma, plástico u otros materiales flexibles o convenientes. Al restringir el flujo en la dirección pozo abajo, las copas 152 permiten a un operador incrementar la presión en el anillo 108 mientras que el sistema 100 permanece sustancialmente en la misma ubicación dentro del pozo de sondeo 104. El ensamble de copa 150 y/o las copas 152 pueden ser una porción integral del sistema 100 o pueden ser un componente separado conectado de manera sellada a o con la tubería base 102.

Haciendo referencia ahora a las figuras 2 a 4, a medida que el sistema 100 avanza en el pozo de sondeo 104, generalmente aumenta la presión hidrostática en el anillo 108. La presión en la segunda cámara 115 también aumenta debido a la comunicación de fluido proporcionada por los puertos 120. A medida que aumenta la presión en la segunda cámara 115, se mantiene el equilibrio hidrostático entre la segunda cámara 115 y la primera cámara 114 mediante el pistón 112 y el sello proporcionado por el elemento de ruptura intacto 122. Por lo tanto, la presión en la primera cámara 114 también aumenta. Por otra parte, la presión en la tercera cámara 124 puede permanecer sustancialmente igual o puede cambiar a una velocidad diferente que la presión en la primera cámara 114. Como resultado, se puede desarrollar un diferencial de presión a través del elemento de ruptura 122. En general, el diferencial de presión a través del elemento de ruptura 122 aumenta a medida que el sistema avanza dentro del pozo de sondeo 104.

Dependiendo de la aplicación especifica, la herramienta pozo abajo 110 puede avanzar en el pozo de sondeo 104 hasta que la presión hidrostática en el anillo 108 aumenta lo suficiente para provocar que el diferencial de presión alcance el valor de umbral asociado con el elemento de ruptura 122, rompiendo asi el elemento de ruptura 122. En otras aplicaciones, la herramienta pozo abajo 110 puede ser colocada en el pozo de sondeo 104 en una ubicación deseada y un operador puede operar equipo ubicado por arriba o pozo arriba de la herramienta pozo abajo 110 para incrementar la presión en el anillo 108 hasta que el diferencial de presión a través del elemento de ruptura 122 alcanza el valor de umbral.

Sin considerar la forma en que el diferencial de presión alcanza el valor de umbral, cuando el valor de umbral es alcanzado y el elemento de ruptura 122 se rompe, el fluido fluye desde la primera cámara de presión superior 114, a través del conducto 148, y dentro de la tercera cámara de presión inferior 124, reduciendo asi la presión en la primera cámara 114. Por lo tanto, la presión en el primer lado 112c de la porción de pistón 112a se reduce. Debido a que el segundo lado 112d de la porción de pistón 112a queda expuesto a la presión hidrostática en el anillo 108 por medio de la segunda cámara 115 y los puertos 120, se crea un diferencial de presión a través de la porción de pistón 112a. El pistón 112 entonces se mueve axialmente en la dirección A a medida que busca volver a obtener el equilibrio hidrostático. A medida que el pistón 112 se mueve axialmente en la dirección A, la manga de compresión 118 de manera correspondiente es forzada contra el segundo extremo axial 110a de la herramienta pozo abajo 110, teniendo asi como resultado la compresión y expansión radial de la herramienta pozo abajo 110. Como resultado, la herramienta pozo abajo 110 se expande radialmente y acopla la pared de la tubería de revestimiento 106 para aislar de manera efectiva partes del anillo 108 por arriba y por debajo de la herramienta pozo abajo 110.

Haciendo referencia ahora a la figura 5, en una modalidad alternativa, el elemento de ruptura 122 puede estar ubicado entre el puerto 120 y la segunda cámara 115. En al menos una modalidad, el elemento de ruptura 122 puede estar acomodado o de otra manera colocado dentro del puerto 122. En la modalidad de la figura 5, por ejemplo, solamente hay un puerto 120 proporcionando comunicación de fluido entre el anillo 108 y la segunda cámara 115, y ese puerto 120 tiene el elemento de ruptura 122 ubicado en el mismo. A medida que el sistema 100 avanza dentro del pozo de sondeo 104, la primera cámara 114 y la segunda cámara 115 permanecen en equilibrio sustancial mientras que la presión en el puerto 120 aumenta a medida que se incrementa la presión hidrostática en el anillo 108. En la modalidad de la figura 5, la primera y segunda cámaras 114, 115 pueden contener un fluido compresible, tal como aire u otro gas, que es mantenido a una presión de referencia tal como presión atmosférica. Tal como se analizó previamente, la presión de referencia puede ser seleccionada con base, entre otras cosas, en la presión hidrostática anticipada a una profundidad deseada para fijar la herramienta 110, y el valor de umbral de diferencial de presión asociado con el elemento de ruptura especifico 122 que está en uso. En otras modalidades en las cuales el elemento de ruptura está ubicado entre el puerto 120 y la segunda cámara 115, una o ambas de la primera cámara 114 y la segunda cámara 115 puede contener otros fluidos tales como fluido hidráulico, agua, aceite, combinaciones de los mismos o similar.

Al igual que las modalidades de las figuras 1 a 4, la modalidad de la figura 5 se puede hacer avanzar dentro del pozo de sondeo 104 hasta que la presión hidrostática en el anillo 108 aumenta de manera que el diferencial de presión entre el anillo 108 y la segunda cámara 115 alcanza el valor de umbral predeterminado del elemento de ruptura 122. De manera alternativa, el sistema 100 se puede colocar en el pozo de sondeo 104 en una ubicación deseada y un operador puede incrementar la presión en el anillo 108 de manera que el diferencial de presión entre el anillo 108 y la segunda cámara 115 alcanza el valor de umbral predeterminado del elemento de ruptura 122. De cualquier forma, cuando el diferencial de presión alcanza el valor de umbral predeterminado del elemento de ruptura 122, el elemento de ruptura 122 se rompe y el fluido de presión superior en el anillo 108 fluye dentro de la segunda cámara de presión inferior 115. La presión en la segunda cámara 115 aumenta, creando asi un diferencial de presión a través de la porción de pistón 112a y ocasionando que el pistón 112 se mueva axialmente en la dirección A a medida que busca un nuevo equilibrio de fluido. El movimiento del pistón 112 en la dirección A fija la herramienta pozo abajo 110 en la manera antes analizada.

Haciendo referencia también a la figura 6, en otra modalidad alternativa, el sistema 100 se puede configurar para activación en respuesta al incremento de la presión en un interior 160 de la tubería base 102. En este aspecto, el sistema 100 puede incluir uno o más puertos 120 que se extienden a través o de otra manera definidos por o en la tubería base 102 y/u otros componentes de sistema para proporcionar comunicación de fluido entre el interior 160 de la tubería base 102 y una cámara de activación 166 definida alrededor del exterior de la tubería base 102. En al menos una modalidad, el elemento de ruptura 122 se puede acomodar o de otra manera colocar dentro del puerto 120 definido por la tubería base 102 de manera que, siempre y cuando el elemento de ruptura 122 esté intacto, el elemento de ruptura 122 aísla de manera fluida el interior 160 contra la cámara de activación 166.

En la modalidad de la figura 6, la cámara de activación 166 es definida en parte por una o más mangas externas 170 colocadas alrededor de la tubería base 102. Un elemento móvil, tal como el pistón 112, puede tener un primer extremo 178 expuesto a la cámara de activación 166 y un segundo extremo 182 operativamente acoplado a o de otra manera desviando la herramienta pozo abajo 110 de manera que el movimiento del pistón 112 ocasiona que la herramienta pozo abajo 110 se active y fije. Aunque el sistema ilustrado de la figura 6 muestra el pistón 112 directamente acoplando la herramienta pozo abajo 110, también se pueden proporcionar diversas mangas, guias y otras estructuras intermedias entre el pistón 112 y la herramienta pozo abajo 110 dependiendo de la configuración o necesidades de una aplicación particular. En otras modalidades, el pistón 112 se puede desviar axialmente de la herramienta pozo abajo 110 por una distancia corta y únicamente contactando la herramienta pozo abajo 110 al momento de ser activado, tal como se describe a continuación. En la configuración de la figura 6, la herramienta pozo abajo 110 puede incluir un elemento de expansión resiliente configurado para expandirse radialmente hacia fuera cuando es movido sobre una superficie de leva en rampa 168, aunque también se podría utilizar cualquiera de las configuraciones de herramienta pozo abajo alternativas antes descritas.

En uso, la tubería base 102 se hace avanzar dentro del pozo de sondeo 104 hasta que la herramienta pozo abajo 110 está en la ubicación deseada. Un tapón (que no se muestra), el cual puede ser en la forma de una bola, dardo, u otro elemento de obstrucción de caudal, es colocado pozo abajo del puerto 120 para evitar o restringir el caudal de fluido sustancial más allá del tapón en la dirección pozo abajo. El tapón permite a un operador incrementar la presión en el interior 160 de la tubería base 102 utilizando equipo ubicado encima o pozo arriba (por ejemplo, en la superficie) de la herramienta pozo abajo 110. A medida que aumenta la presión en el interior 160, el diferencial de presión entre el interior 160 y la cámara de activación 166 también aumenta hasta que el diferencial de presión alcanza el valor de umbral del elemento de ruptura 122 y ocasiona que el elemento de ruptura 122 se rompa. Cuando el elemento de ruptura 122 se rompe, la presión proveniente del interior 160 de la tubería base 102 es comunicada a través del puerto 120 y dentro de la cámara de activación 166. El incremento en la presión en la cámara de activación 166 ocasiona que el pistón 112 se mueva, por ejemplo, a la izquierda en la figura 6. El movimiento del pistón empuja el elemento de expansión resiliente de la herramienta pozo abajo 110 sobre la superficie de leva en rampa 168, expandiendo así el elemento de expansión y ocasionando que la herramienta pozo abajo 10 se fije.

Por consiguiente, el sistema divulgado 100 y métodos relacionados se pueden utilizar para fijar remotamente la herramienta pozo abajo 110. El elemento de ruptura 122 activa la acción de fijación de la herramienta pozo abajo 110 sin la necesidad de dispositivos electrónicos, imanes o accionadores mecánicos sino que más bien se basa en diferenciales de presión entre el anillo 108, el interior 160 y diversas cámaras proporcionadas en y/o alrededor de la herramienta 110 en si misma.

En la descripción anterior de las modalidades representativas de la invención, términos de dirección tales como "encima", "debajo", "superior", "inferior", etcétera se utilizan por conveniencia al hacer referencia a los dibujos acompañantes. En general, "encima", "superior", "hacia arriba" y términos similares se refieren a la dirección hacia la superficie de la tierra a lo largo de un pozo de sondeo, y "debajo", "inferior", "hacia abajo" y términos similares se refieren a una dirección lejos de la superficie de la tierra a lo largo del pozo de sondeo.

Las modalidades aquí divulgadas incluyen la modalidad A, modalidad B y modalidad C.

Modalidad A: Un sistema para activar una herramienta pozo abajo en un pozo de sondeo, el sistema comprende: una tubería base que define un interior y un exterior; un pistón ubicado en el exterior de la tubería base y móvil desde una primera posición a una segunda posición para activar la herramienta pozo abajo, el pistón incluyendo un primer lado de pistón expuesto a una cámara de activación, y un segundo lado de pistón acomodado axialmente junto a la herramienta pozo abajo; y un elemento de ruptura que separa la cámara de activación contra el interior y que está configurado para evitar la comunicación de fluido entre los mismos hasta que un diferencial de presión entre la cámara de activación y el interior alcanza un valor de umbral predeterminado, en cuyo punto el elemento de ruptura se rompe y permite la comunicación de fluido entre la cámara de activación y el interior, en donde cuando el elemento de ruptura está intacto, el pistón está en la primera posición, y cuando el elemento de ruptura se rompe, el pistón queda configurado para moverse a la segunda posición y activa la herramienta pozo abajo.

La modalidad A puede tener uno o más de los siguientes elementos adicionales en cualquier combinación: Elemento Al: el sistema en donde el pistón es axialmente móvil.

Elemento A2: el sistema en donde el elemento de ruptura es roto al incrementar la presión en el interior al valor de umbral predeterminado.

Elemento A3: el sistema en donde la tubería base define un puerto que se extiende entre el interior y la cámara de activación, y en donde el elemento de ruptura está ubicado en el puerto.

Elemento A4: el sistema además comprende un tapón ubicado debajo del puerto, y en donde el tapón permite el incremento del diferencial de presión entre la cámara de activación y el interior al incrementar la presión en el interior.

Elemento A5: el sistema en donde el pistón es móvil dentro de la cámara de activación.

Elemento A6: el sistema en donde el pistón es móvil en respuesta a un incremento de presión en la cámara de activación que ocurre en respuesta a la ruptura del elemento de ruptura.

Modalidad B: Un método para activar una herramienta pozo abajo en un pozo de sondeo, comprendiendo: hacer avanzar la herramienta pozo abajo dentro del pozo de sondeo, la herramienta pozo abajo está acoplada a una tubería base definiendo un interior y un exterior, en donde la herramienta pozo abajo está ubicada en el exterior; incrementar la presión en el interior a una presión por arriba de un valor de umbral; romper un elemento de ruptura colocado entre el interior y una cámara de activación en comunicación de fluido con un primer lado de un pistón móvil cuando la presión en el interior excede el valor de umbral, ocasionando asi un incremento de presión en la cámara de activación; y mover el pistón para activar la herramienta pozo abajo en respuesta al incremento de la presión en la cámara de activación.

La modalidad B puede tener uno o más de los siguientes elementos adicionales en cualquier combinación: Elemento Bl: el método en donde la tubería base define un puerto que se extiende entre el interior y la cámara de activación, en donde el elemento de ruptura está ubicado en el puerto, y en donde el incremento de la presión en el interior además comprende: aterrizar un ensamble de tapón en el interior por debajo del puerto, y evitar el caudal de fluido en el interior pasando el ensamble de tapón.

Elemento B2: el método en donde la ruptura del elemento de ruptura además comprende abrir una trayectoria de comunicación de fluido entre el interior y la cámara de activación.

Elemento B3: el método en donde el movimiento del pistón además comprende mover el pistón axialmente a lo largo del exterior de la tubería base.

Elemento B4: el método en donde el incremento de la presión en el interior además comprende operar equipo ubicado pozo arriba de la herramienta pozo abajo.

Modalidad C: Un sistema de pozo de sondeo, comprendiendo: una tubería base móvil a lo largo del pozo de sondeo, la tubería base definiendo un interior e incluyendo un ensamble de manga definiendo una cámara de activación; un pistón móvil que tiene un primer extremo expuesto a la cámara de activación; una herramienta pozo abajo colocada alrededor de la tubería base y acomodada axialmente junto a un segundo extremo del pistón, la herramienta pozo abajo opera en respuesta al movimiento axial del pistón; y un elemento de ruptura que separa de manera fluida la cámara de activación del interior únicamente hasta que un diferencial de presión entre la cámara de activación y el interior alcanza un valor de umbral predeterminado, en cuyo punto el elemento de ruptura se rompe y permite la comunicación de fluido entre la cámara de activación y el interior, incrementado así la presión en la cámara de activación y moviendo el pistón para operar la herramienta pozo abajo.

La modalidad C puede tener uno o más de los siguientes elementos adicionales en cualquier combinación: Elemento Cl: el sistema de pozo de sondeo además comprende un tapón ubicado en el interior debajo de la herramienta pozo abajo, en donde el tapón restringe el caudal de fluido pasando el tapón en una dirección pozo abajo.

Elemento C2: el sistema de pozo de sondeo en donde la herramienta pozo abajo es un obturador anular, el sistema además comprende una superficie de leva colocada alrededor de la tubería base y una manga de expansión acoplando el segundo extremo del pistón, y en donde el movimiento del pistón empuja la manga de expansión sobre la superficie de leva para fijar el obturador anular.

Elemento C3: el sistema de pozo de sondeo en donde el segundo extremo del pistón queda expuesto a un anillo del pozo de sondeo.

Elemento C4: el sistema de pozo de sondeo en donde el elemento de ruptura es un disco de estallido.

Elemento C5: el sistema de pozo de sondeo en donde la tubería base define un puerto que se extiende entre el interior y la cámara de activación, y en donde el elemento de ruptura está ubicado en el puerto.

Por lo tanto, la presente invención se adapta bien para lograr los fines y ventajas mencionados así como aquellos que son inherentes en la misma. Las modalidades particulares antes divulgadas son únicamente ilustrativas, ya que la presente invención se puede modificar y practicar en maneras diferentes pero equivalentes que resulten aparentes para aquellos expertos en la téenica quienes gocen del beneficio de las presentes enseñanzas. Además, no se pretende que haya limitaciones debido a los detalles de construcción o diseño aquí mostrados diferentes a los descritos en las siguientes reivindicaciones. Por lo tanto, resulta evidente que las modalidades ilustrativas particulares antes divulgadas se pueden alterar, combinar o modificar y que todas esas variaciones se consideran dentro del alcance y espíritu y alcance de la presente invención. Además, los términos en las reivindicaciones tienen su significado pleno, ordinario a menos que de manera explícita y clara se defina de otra manera. Además, los artículos indefinidos "un" o "uno", tal como se utilizan en las reivindicaciones, son aquí definidos para indicar uno o más de uno de los elementos que se introducen. Si existe algún conflicto en los usos de una palabra o término en esta especificación y uno o más documentos de patente u otros que se pudieran incorporar aquí por referencia, las definiciones que sean consistentes con esta especificación se debieran adoptar.

Claims (18)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1.— Un sistema para activar una herramienta pozo abajo en un pozo de sondeo, el sistema comprende: una tubería base que define un interior y un exterior; un pistón ubicado en el exterior de la tubería base y móvil desde una primera posición a una segunda posición para activar la herramienta pozo abajo, el pistón incluyendo un primer lado de pistón expuesto a una cámara de activación, y un segundo lado de pistón acomodado axialmente junto a la herramienta pozo abajo; y un elemento de ruptura que separa la cámara de activación contra el interior y que está configurado para evitar la comunicación de fluido entre los mismos hasta que un diferencial de presión entre la cámara de activación y el interior alcanza un valor de umbral predeterminado, en cuyo punto el elemento de ruptura se rompe y permite la comunicación de fluido entre la cámara de activación y el interior, en donde cuando el elemento de ruptura está intacto, el pistón está en la primera posición, y cuando el elemento de ruptura se rompe, el pistón queda configurado para moverse a la segunda posición y activa la herramienta pozo abajo.

2.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el pistón es axialmente móvil.

3.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de ruptura es roto al incrementar la presión en el interior al valor de umbral predeterminado.

4.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la tubería base define un puerto que se extiende entre el interior y la cámara de activación, y en donde el elemento de ruptura está ubicado en el puerto.

5.- El sistema de conformidad con la reivindicación 4, que además comprende un tapón ubicado debajo del puerto, y en donde el tapón permite el incremento del diferencial de presión entre la cámara de activación y el interior al incrementar la presión en el interior.

6.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el pistón es móvil dentro de la cámara de activación.

7.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el pistón es móvil en respuesta a un incremento de presión en la cámara de activación que ocurre en respuesta a la ruptura del elemento de ruptura.

8.- Un método para activar una herramienta pozo abajo en un pozo de sondeo, que comprende: hacer avanzar la herramienta pozo abajo dentro del pozo de sondeo, la herramienta pozo abajo está acoplada a una tubería base definiendo un interior y un exterior, en donde la herramienta pozo abajo está ubicada en el exterior; incrementar la presión en el interior a una presión por arriba de un valor de umbral; romper un elemento de ruptura colocado entre el interior y una cámara de activación en comunicación de fluido con un primer lado de un pistón móvil cuando la presión en el interior excede el valor de umbral, ocasionando así un incremento de presión en la cámara de activación; y mover el pistón para activar la herramienta pozo abajo en respuesta al incremento de la presión en la cámara de activación.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la tubería base define un puerto que se extiende entre el interior y la cámara de activación, en donde el elemento de ruptura está ubicado en el puerto, y en donde el incremento de la presión en el interior además comprende: aterrizar un ensamble de tapón en el interior por debajo del puerto; y evitar el caudal de fluido en el interior pasando el ensamble de tapón.

10.- El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la ruptura del elemento de ruptura además comprende abrir una trayectoria de comunicación de fluido entre el interior y la cámara de activación.

11.- El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el movimiento del pistón además comprende mover el pistón axialmente a lo largo del exterior de la tubería base.

12.- El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el incremento de la presión en el interior además comprende operar equipo ubicado pozo arriba de la herramienta pozo abajo.

13.- Un sistema de pozo de sondeo, que comprende: una tubería base móvil a lo largo del pozo de sondeo, la tubería base definiendo un interior e incluyendo un ensamble de manga definiendo una cámara de activación; un pistón móvil que tiene un primer extremo expuesto a la cámara de activación; una herramienta pozo abajo colocada alrededor de la tubería base y acomodada axialmente junto a un segundo extremo del pistón, la herramienta pozo abajo opera en respuesta al movimiento axial del pistón; y un elemento de ruptura que separa de manera fluida la cámara de activación del interior únicamente hasta que un diferencial de presión entre la cámara de activación y el interior alcanza un valor de umbral predeterminado, en cuyo punto el elemento de ruptura se rompe y permite la comunicación de fluido entre la cámara de activación y el interior, incrementado asi la presión en la cámara de activación y moviendo el pistón para operar la herramienta pozo abajo.

14.- El sistema de conformidad con la reivindicación 13, que además comprende un tapón ubicado en el interior debajo de la herramienta pozo abajo, en donde el tapón restringe el caudal de fluido pasando el tapón en una dirección pozo abajo.

15.- El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la herramienta pozo abajo es un obturador anular, el sistema además comprende una superficie de leva colocada alrededor de la tubería base y una manga de expansión acoplando el segundo extremo del pistón, y en donde el movimiento del pistón empuja la manga de expansión sobre la superficie de leva para fijar el obturador anular.

16.- El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el segundo extremo del pistón queda expuesto a un anillo del pozo de sondeo.

17.- El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el elemento de ruptura es un disco de estallido.

18.- El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la tubería base define un puerto que se extiende entre el interior y la cámara de activación, y en donde el elemento de ruptura está ubicado en el puerto.