BRPI0900758A2 - aparelho e método de fundo de poço - Google Patents

Abstract

APARELHO E MéTODO DE FUNDO DE POçO. A presente invenção refere-se a um aparelho e conjunto para criar uma vedação em um furo de poço ao redor de um cabo ou linha. O conjunto inclui um corpo longitudinal e uma parte inchável que inclui um material selecionado para aumentar em volume na exposição a pelo menos um fluido de ativação. A parte inchável tem uma formação aberta à superfície longitudinal que prove um caminho para um cabo ou linha se estender através da parte inchável, e uma inserção de material inchável. Em uma modalidade da invenção, a inserção parcialmente ou completamente envolve ou encapsula o cabo ou linha. Um aspecto da invenção é caracterizado pela provisão de uma formação que é aberta a uma superfície longitudinal externa do corpo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHOE MÉTODO DE FUNDO DE POÇO".

A presente invenção refere-se a aparelho para uso em fundo depoço ou em oleodutos, e métodos de uso, em particular no campo de explo-ração e produção de óleo e gás. A invenção refere-se também a componen-tes para um aparelho de fundo de poço e métodos de formá-los.

No campo de exploração e produção de óleo e gás, várias fer-ramentas são usadas para prover uma vedação fluídica entre dois compo-nentes em um furo de poço. Ferramentas de isolamento foram projetadaspara vedar uma coroa anular entre dois componentes de fundo de poço paraprevenir fluxo indesejável de fluidos de furo de poço na coroa anular. Porexemplo, um vedador pode ser formado na superfície externa de uma colunade completação que se estende dentro de um revestimento externo ou umfuro não revestido. O vedador se estende com a completação para uma lo-calização de fundo de poço, e é inchado ou expandido em contato com asuperfície interna do revestimento externo ou poço aberto para criar umavedação na coroa anular. Para prover uma vedação efetiva, fluido deve serprevenido: de passar através do espaço ou micro, anel entre o vedador e acompletação, como também entre o vedador e o revestimento externo oupoço aberto.

As ferramentas de isolamento não se estendem exclusivamenteem colunas de completação. Por exemplo, em algumas aplicações elas for-mam uma vedação entre um mandril que forma parte de uma ferramentaespecializada e uma superfície externa. Em outras aplicações eles podem seestender em tubulação bobinada, linha de fio e ferramentas de linha de alisar.

Os vedadores convencionais são movidos por sistemas mecâni-cos ou hidráulicos. Mais recentemente, foram desenvolvidos vedadores quecompreendem mantos de material elastomérico inchável formados ao redorde corpos tubulares. Os elastomeros incháveis são selecionados para au-mentar em volume na exposição a pelo menos um fluido de ativação, quepode ser um fluido de hidrocarboneto ou um fluido aquoso. O vedador podeser extendido a uma localização de fundo de poço em seu estado não ex-pandido, não-inchado, onde ele é exposto a um fluido de furo de poço e cau-sado a inchar. O projeto, dimensões, e características de inchação são sele-cionados de tal modo que o manto inchável cria uma vedação fluídica nacoroa anular, assim isolando uma seção de furo de poço de outra. Os veda-dores incháveis têm várias vantagens sobre os vedadores convencionais,incluindo atuação passiva, simplicidade de construção, e robustez em apli-cações de isolamento de longo termo. Os exemplos de vedadores incháveise materiais satisfatórios são descritos na GB 2411918.

É comum a um cabo ou linha ser extendido paralelamente a tu-bulação de produção ou outra tubulação no poço. O cabo ou linha podempor exemplo ser um conduto para fluidos, uma linha de controle hidráulico,ou pode ser um condutor elétrico ou óptico que transmite potência, dados ouum sinal de controle. O cabo será preso à tubulação em recessos, por bra-cadeiras, que provêm também uma função protetora. Será freqüentementenecessário a um cabo ou linha passar por um vedador que cria uma vedaçãona coroa anular entre a tubulação e um revestimento externo. Convencio-nalmente, seções de cabo ou linha foram integradas no corpo de vedador,com conexões terminais providas acima e abaixo do vedador para permitir ocaminho provido pelo cabo ou linha a ser restabelecido. Porém, prover co-nexões para cabos ou linhas deste modo tem desvantagens. Estas compre-endem contato pobre, debilidades mecânicas no cabo ou linha, e caminhosde corrosão ou vazamento. A montagem dos vedadores e conexão do caboou linhas de controle no piso de equipamento pode ser também difícil e de-morada.

A figura 1 dos desenhos mostra um vedador inchável de acordocom o WO 04/057715, geralmente esboçado em 10, formado em um corpotubular 12 tendo um eixo longitudinal L. O vedador 10 compreende um man-to de expandir 14 de forma cilíndrica localizado em torno do corpo 12. Omanto de expandir 14 é formado de um material selecionado para expandirna exposição ao pelo menos um fluido predeterminado, e é mostrado aquiem sua condição inchada. As dimensões do vedador 10 e as característicasdo material inchável da parte de expandir 14 são selecionadas de tal formaque a parte de expandir forma uma vedação com um revestimento 16 emuso, que previne o fluxo de fluidos passado o corpo 12. Um cabo 18 se es-tende através do vedador 10 em uma abertura 20, e é disposto na aberturaatravés de uma fenda 22.

A disposição do WO 04/057715 prove um mecanismo para pas-sar um cabo ou uma linha através de um vedador, mas sofre desvantagens.Primeiramente, a fenda é projetada para ser fechada antes da inchação doaparelho, e deve ser aberta com equipamento especializado que mantémaberta uma parte da fenda enquanto o cabo é disposto na abertura. Esteequipamento exige despesa de capital, operação para pessoal treinado, eespaço no piso do equipamento.

Além de permitir abertura efetiva da fenda, o material usado parao vedador deve ser suficientemente flexível. Isto coloca limitações nos mate-riais usados, que podem significar que materiais de inchação preferidos paraalguns ambientes de poços não estão disponíveis. A fenda é projetada paraser de fechamento autônomo, mas um material suficientemente flexível nãopode feehar-eficazmente, o que poderia deixar o aparelho sujeito a acomo-dar-se ou bater em saliências durante a extensão para dentro. Se o caboacomodar-se, ele poderia se tornar deslocado da fenda.

A fenda e a abertura do WO 04/057715 devem ser formadas u-sando ferramenta especial, e a abertura deve ser formada para um tamanhocorrespondente ao cabo ou linha para a aplicação particular.

O WO 05/090743 descreve um sistema para vedar um espaçoanular ao redor de uma linha de controle para um dispositivo de controle deafluência (ICD). Uma camada de vedação tem uma superfície interna provi-da com um recesso para receber uma linha de controle, e em um lado opos-to é provido com uma fenda que permite a camada de vedação a ser abertapara aplicação radial a uma tubulação.

Embora a ferramenta do WO 05/090743 seja um modo conveni-ente de aplicar uma vedação a uma tubulação, ela tem limitações. A linha decontrole e sua cobertura é colocada contra a tubulação e se estende atravésda camada vedada. Isto cria um caminho de vazamento potencial entre acobertura e o tubo, que será mantido até mesmo depois da inchação da ca-mada de vedação, e que limita as capacidades de isolamento do dispositivo.Adicionalmente, a integridade da vedação se baseia completamente napressão de inchação radial. A vedação da camada contra a tubulação é de-pendente da força suficiente através do raio da camada de vedação entre asuperfície cilíndrica da tubulação e a superfície interna do furo de poço.

A aplicação da camada de vedação no WO 05/090743 se baseiana deformação elástica do material de vedação. Isto coloca limitações nosmateriais que podem ser usados, que pode significar que materiais de in-chação preferidos para alguns ambientes de poço não estão disponíveis.Adicionalmente, o método de aplicação se baseia na resiliencia criada pelorecesso longitudinal para a linha de controle. Isto pode criar algumas limita-ções aos tipos de linha de controle que podem ser acomodadas. Por exem-pio, uma linha de controle única exigiria um recesso menor, que não podeser suficientemente grande para permitir deformação do membro de veda-ção em torno da tubulação. Além disso, existem limitações no número derecessos longitudinais que podem ser providos na camada de vedação, namedida em que isto afetará a integridade global da vedação e a força de fi-xação que pode ser aplicada ao dispositivo.

A provisão de furos para receber os parafusos é claro, removevolume do material de vedação e pode criar um ponto de fraqueza potencialna vedação. O mecanismo de fixação por si mesmo inibe também o perfil deinchação natural do membro de vedação na redondeza do parafuso, resul-tando em tensão e forças de cizalhamento sendo aplicadas à vedação. Aolongo de uso continuo, que pode compreender inchação cíclica, isto podeintroduzir modos de falha na vedação.

Existe geralmente uma necessidade para prover um vedadore/ou método de alimentar um cabo ou linha associado o qual possa ser fa-bricado e montado mais eficazmente do que no caso da técnica anterior, eque é flexível na aplicação para uma variedade de cenários de furo de poço.

Está entre as metas e objetivos da invenção superar ou mitigaras desvantagens e desvantagens do aparelho e métodos da técnida anterior.

As metas e objetivos adicionais se tornarão claros da descriçãoseguinte.

De acordo com um primeiro aspecto da invenção é provido umaparelho para criar uma vedação em um furo de poço, o aparelho compre-endendo:

uma parte inchavel compreendendo um material selecionadopara expandir na exposição a pelo menos um fluido predeterminado, em quea parte inchavel compreende uma formação aberta a uma superfície longitu-dinal, a formação configurada para prover um caminho para um cabo ou li-nha para se estender através da parte inchavel.

A parte inchavel pode ter uma condição expandida que proveuma vedação em uma coroa anular de furo de poço. O aparelho pode com-preender um corpo longitudinal, em cujo caso a parte inchavel pode proveruma vedação entre o corpo longitudinal e uma superfície externa. A superfí-cie externa pode ser a superfície interna de um revestimento ou um furo depoço não revestido.

A formação pode ser configurada para receber uma inserção. Ainserção pode ser configurada para ser disposta entre o caminho para umcabo ou linha e uma superfície externa da parte inchavel. A inserção podeser configurada para criar uma vedação entre o caminho para o cabo ou li-nha e uma superfície externa. Alternativamente ou adicionalmente, a inser-ção pode ser configurada para prover uma vedação com a parte inchavele/ou um corpo longitudinal do aparelho.

A inserção pode pelo menos parcialmente envolver o cabo oulinha em uso. A inserção pode ser configurada para ser disposta entre o ca-bo ou linha e uma superfície externa da parte inchavel. A inserção pode serconfigurada para criar uma vedação entre o cabo ou linha e uma superfícieexterna. Alternativamente ou adicionalmente, a inserção pode ser configura-da para prover uma vedação entre o cabo ou linha e a parte inchavel e/ouum corpo longitudinal do aparelho.

A inserção e a formação podem em conjunto definir o caminhopara o cabo ou linha através da parte inchável.

A inserção pode ser configurada para ser acoplada a um caboou linha. A inserção pode ser configurada acoplada a um cabo ou linha de talforma que o cabo ou linha seja pelo menos parcialmente envolvido ou en-capsulado.

A inserção pode ser configurada para ser acoplada a um caboou linha antes de ser recebida na formação. Deste modo o cabo ou linha e ainserção podem em conjunto serem recebidos na formação.

A inserção é preferencialmente provida com um recesso parareceber um cabo ou linha. O recesso pode ser dimensionado para um ajustede interferência com um cabo ou linha. A inserção pode ser provida com par-tes de engate para acoplar a um cabo ou linha.

A inserção pode compreender um perfil externo substancialmen-te retangular. O perfil externo pode ser dimensionado de ser um ajuste deinterferência com a formação da parte inchável. A inserção pode ser alonga-da, e pode ser formada para um comprimento substancialmente igual aocomprimento da parte inchável.

A inserção pode compreender um corpo principal e um par deparedes laterais, e pode compreender um perfil substancialmente conforma-do em U ou perfil conformado em C. O perfil conformado em U ou conforma-do em C pode definir um recesso para receber o cabo ou linha.

A inserção pode ser elástica e pode reter o cabo ou linha, porexemplo, circundando parcialmente ou completamente o cabo ou linha. Ainserção pode compreender um membro de prender que prende ao redor deum cabo ou linha, e pode ser retido na posição através do uso de um adesi-vo ou outro agente de colagem.

Preferencialmente, a inserção compreende um material selecio-nado para expandir na exposição o pelo menos um fluido predeterminado. Ainserção pode ser formada de um material selecionado para ter substancial-mente as mesmas características de inchação como a parte inchável. Alter-nativamente, a inserção pode ser formada de um material selecionado paradiferir em uma ou mais das características seguintes: penetração de fluido,absorção de fluido, coeficiente de inchação, taxa de inchação, coeficiente dealongamento, dureza, resiliência, elasticidade, e densidade. Pode ser dese-jável para a inserção expandir em uma taxa diferente para a parte inchável.

O aparelho pode adicionalmente compreender meios para pren-der a inserção e/ou cabo à parte inchável e/ou corpo, que pode compreenderum agente de colagem. Alternativamente, ou adicionalmente, o aparelho po-de compreender meios de fixação mecânicos para prender a inserção e/oucabo à parte inchável e/ou corpo, que é preferencialmente um anel de ex-tremidade. O meio de fixação mecânico pode ser preso sobre o corpo, e po-de compreender uma pluralidade de membros de fixação articulados. Alter-nativamente, o meio de de fixação mecânico é configurado para ser desliza-do sobre o corpo.

O aparelho pode compreender um anel de extremidade tendoum recesso para receber o cabo ou linha. O anel de extremidade pode com-preender um membro de prender removível que retém um cabo ou linha quese estende através do recesso no anel de extremidade. O membro de pren-der pode ser configurado para ser preso ao anel de extremidade sobre umcabo ou linha que se estende através do recesso.

De acordo com um segundo aspecto da invenção é provido umconjunto para criar uma vedação em um furo de poço, o conjunto compreendendo:

um corpo longitudinal;

uma parte inchável formada no corpo, a parte inchável compre-endendo um material selecionado para expandir na exposição o pelo menosum fluido predeterminado e tendo uma formação provendo um caminho paraum cabo ou linha para se estender através da parte inchável;

e uma inserção configurada para ser recebida na formação.O aparelho do segundo aspecto da invenção pode compreenderuma ou mais características de primeiro aspecto ou suas modalidades preferidas.

De acordo com um terceiro aspecto da invenção é provido ummétodo de formar um aparelho de fundo de poço, o método compreendendoas etapas de:

(a) prover uma parte inchável em um corpo longitudinal, a parteinchável compreendendo um material selecionado para expandir na exposi-ção o pelo menos um fluido predeterminado;

(b) prover uma formação aberta em uma superfície longitudinalda parte inchável, a formação aberta configurada para receber um cabo oulinha.

O método pode incluir a etapa adicional de prover um cabo oulinha na formação.

O método pode incluir a etapa adicional de prover uma inserçãona formação.

O método pode incluir a etapa de acoplar uma inserção a umcabo ou linha e prover a inserção e cabo ou linha combinados na formação.

De acordo com um quarto aspecto da invenção, é provido um método de formar uma vedação em um ambiente de fundo de poço, o méto-do compreendendo as etapas de:

(a) prover um aparelho de acordo com o primeiro aspecto dainvenção ou um conjunto de acordo com um segundo aspecto da invenção;

(b) extender o aparelho ou conjunto para uma localização defundo de poço;

(c) expor a parte inchável a um fluido de furo de poço para ex-pandir a parte inchável e criar uma vedação.

O aparelho ou conjunto podem compreender uma inserção, ainserção compreendendo um material selecionado para expandir na exposi-ção o pelo menos um fluido predeterminado, e o método pode compreendera etapa adicional de expor a inserção a um fluido de furo de poço para ex-pandir a inserção.

O método do terceiro ou quarto aspecto da invenção podem in-cluir uma ou mais características do primeiro ou segundo aspecto ou suasmodalidades preferidas.

De acordo com um quinto aspecto da invenção é provido umaparelho para prover uma vedação em um furo de poço, o aparelho compre-endendo: um corpo longitudinal; uma parte inchável formada no corpo, a par-te inchável compreendendo um material selecionado para expandir na expo-sição o pelo menos um fluido predeterminado e tendo uma formação pro-vendo um caminho para um cabo ou linha estender-se através da parte in-chável; em que a formação é um recesso longitudinal aberto à superfícieexterna da parte inchável.

O recesso pode ser aberto à superfície externa em uma condi-ção não-inchada da parte inchável. O recesso pode acomodar uma inserção.As modalidades do quinto aspecto da invenção podem compreender carac-terísticas preferidas e opcionais de qualquer um dos primeiro a quarto as-pectos da invenção, e/ou características das reivindicações anexas.

Várias modalidades da invenção serão agora descritas, somentepor meio de exemplo, com referência ao desenhos, dos quais:

a Figura 1 é uma vista em corte transversal de um vedador defuro de poço de acordo com a técnica anterior;

a Figura 2 é uma vista explodida em perspectiva, de um vedadorde furo de poço de acordo com uma modalidade da invenção;

a Figura 3 é uma vista em corte transversal do vedador da Figura 2;

a Figura 4 é uma vista transversal longitudinal do vedador ou Figura 2;

as Figuras 5 a 8 mostram componentes que formam parte dovedador da Figura 2;

as Figuras 9 a 11 são vistas transversais de inserção em conjun-tos de cabo de acordo com modalidades alternativas da invenção;

as Figuras 12 a 14 são vistas em corte transversal de vedadoresde acordo com modalidades alternativas da invenção;

a figura 15 é uma vista esquemática em corte transversal mos-trando perfis de seção transversal de recessos que podem ser usados commodalidades da invenção.

Referindo-se às Figuras 2 a 8 dos desenhos, é mostrado es-quematicamente um aspecto da invenção corporificado como um vedador defuro de poço, geralmente esboçado em 100, formado em um corpo tubular12 tendo um eixo longitudinal L. O vedador 100 compreende um expandir ouparte inchável 15 de forma cilíndrica localizada em torno do corpo 12 e umpar de anéis de extremidade 16, 17 localizados respectivamente em fins ad-versários da parte inchável 15. A parte inchável 15 é formada de um materialselecionado para expandir na exposição o pelo menos um fluido predetermi-nado. Nesta modalidade, o material inchável é monômero de dieno propilenoetileno (EPDM), selecionado para aumentar em volume na exposição a umfluido de hidrocarboneto. Outros materiais adequados são conhecidos da-queles qualificados na técnica de ferramentas de fundo de poço inchável. Asfunções dos anéis de extremidade 16, 17 incluem: prover reserva e proteçãopara o vedador 100 e a tubulação 12, retendo axialmente a parte inchável15, e mitigando a extrusão da parte e expansão 15 em uso.

A parte inchável é provida com uma formação 18 que é aberta àsuperfície longitudinal externa 20 da parte inchável. A formação 18 é abertana condição não-inchada do vedador 100, e é formado usinando uma fendaaberta na superfície 20 da parte inchável 15. A formação 18 é dimensionadapara prover um caminho para um cabo ou linha, que pode, por exemplo, seruma linha de controle, conduto de fluido, cabo elétrico ou pacote de fibraóptica. Nesta modalidade, o cabo 22 é acoplado a uma inserção 24, que éformada de um material inchável de propriedades semelhantes ao materialformando a parte inchável 15. Neste exemplo, a inserção é formada de umaborracha de EPDM, e aumenta em volume na exposição a um fluido de hi-drocarboneto. A inserção 24 é dimensionada para criar um ajuste de interfe-rência com a formação 18.

Os anéis de extremidade 16, 17 são providos com recessos 26,que são alinhados com a formação 18 para prover um caminho contínuo pa-ra o cabo 22. Uma seção de retenção 28 se ajusta sobre o cabo 22 em umaseção usinada do anel de extremidade para reter a posição de cabo. Emmodalidades alternativas, podem ser providas braçadeiras de retenção emintervalos ao longo do comprimento do vedador 100.

Como mostrado mais claramente na Figura 8, a inserção 24 éalongada e compreende um corpo principal 30 e um par de paredes laterais32, 34, que juntas definem um perfil substancialmente conformado em U. Orecesso 36 definido pela inserção 24 é dimensionado para receber o cabo22. Nesta modalidade, a superfície mais inferior 38 do cabo 22 se situa nomesmo plano com as bordas das paredes laterais 32, 34. A inserção é ex-trudada de EPDM, selecionada para aumentar em volume na exposição aum fluido de hidrocarboneto.

Em uso, a parte inchável 15 é formada no corpo, e a formação18 é usinada. Convenientemente, a formação 18 pode ser usinada a um ta-manho padrão, para o qual as dimensões externas da inserção 24 são for-madas. Realmente, a inserção 24 pode ser selecionada de acordo com ocabo ou linha a ser alimentado através do vedador. Por exemplo, uma varie-dade de inserções, todas com dimensões externas padronizadas mas perfisinternos diferindo, podem estar disponíveis no local da construção. A inser-ção correta pode ser selecionada para ajustar com o cabo ou linha particular,sem necessitar qualquer mudança para o tamanho da formação. Deste mo-do o mesmo tamanho de formação 18 pode ser usado para acomodar umavariedade de tamanhos de cabo ou linha.

O cabo 22 é colado à inserção, por exemplo usando um adesivobaseado em cianoacrilato. Outros agentes de colagem são adequados, in-cluindo adesivos baseados em poliuretano, adesivos baseados em acrílico,adesivos baseados em epóxi ou adesivos baseados em silicone ou vedan-tes.

A combinação de inserção e cabo é então inserida na formação18, e colada no lugar, usando novamente um adesivo baseado em cianoacri-lato ou outro adesivo adequado. As partes de retenção 28 são então presasaos anéis de extremidade usando parafusos (não mostrados).

As figuras 9 a 11 mostram modalidades alternativas da invençãotendo diferentes inserção e/ou perfis de cabo. A figura 9 mostra um cabo 122e inserção 124 tendo correspondentes perfis de engate 126. A natureza e-lástica do material da inserção funciona para reter a inserção e cabo juntos,o que pode remover a exigência de colagem.A figura 10 mostra um cabo 132 e inserção 134 que inclui o caboem sua superfície mais inferior 136. O cabo é localizado na inserção via aabertura 138. A natureza elástica do material da inserção funciona para fe-char a abertura e reter a inserção e cabo juntos.

A figura 11 mostra uma modalidade alternativa na qual as pare-des laterais da inserção 144 compreendem formações de retenção 146 quecorrespondem a formações providas no cabo 142.

As figuras 12 a 14 são vistas em corte transversal de modalida-des alternativas adicionais da invenção. A figura 12 mostra um vedador 200no qual a formação 218 na parte inchável 215 é formada para a tubulação debase. A inserção 224 é semelhante à inserção 134 da Figura 10, mas é di-mensionada para se ajustar à profundidade da formação 218.

Na modalidade da Figura 13, o vedador 300 tem uma formação302 com paredes laterais 304 que são interiormente anguladas de tal formaque a abertura 306 da formação é mais estreita que a base 308 da inserção310. As paredes laterais da inserção 308 são correspondentemente angula-das. Isto facilita a retenção da inserção na formação.

Na modalidade da Figura 14, o vedador 400 tem uma formação402 com paredes laterais 404 que são anguladas exteriormente de tal formaque a abertura 406 da formação é mais larga do que a base 408 da inserção410. As paredes laterais da inserção 308 são correspondentemente angula-das. Isto facilita a localização da inserção na formação.

Em modalidades alternativas, partes de engate podem ser for-madas entre a parte inchável e a inserção, como descrito com referência àFigura 15. A Figura 15 é um corte transversal através de um vedador 500,semelhante ao vedador 100 descrito com referência às Figuras 2 a 4. O ve-dador 500 compreende uma parte inchável 515 localizada ao redor de umcorpo tubular 12. Como com as modalidades anteriores, a parte inchável 515é formada de um material como EPDM, selecionado para aumentar em vo-lume na exposição ao fluido de hidrocarboneto. A parte inchável 515 é provi-da com formações 518, 519, 520 e 521, mostradas circunferencialmente es-paçadas no corpo. Nesta modalidade, são formadas múltiplas formações naparte inchável, embora em disposições alternativas a parte inchável podecompreender somente uma formação. Qualquer número de formações podeser provido na parte inchável dentro do âmbito da invenção.

As formações 518, 519, 520, 521 são recessos longitudinais a-bertos formados na superfície longitudinal externa da parte inchável 515. Asformações são formadas para uma profundidade de ao redor de 85% da pro-fundidade da parte inchável. Foi verificado que em uma profundidade deformação de aproximadamente 80% a 90% de profundidade da parte inchá-vel pode ser obtida inchação uniforme sem afetar adversamente a capacida-de de vedação do vedador. A formação 518 é substancialmente quadradaem perfil, mas inclui um par de recessos de engate 530 usinados dentro daparede lateral da formação 518. A largura do recesso principal 518 é apro-ximadamente 16,1 mm, e a largura na extensão máxima dos recessos 530 éde aproximadamente 19,0 mm. A forma dos recessos 530 corresponde aoperfil da inserção 532, que inclui cumes salientes externamente 534 forma-dos para o formato dos recessos. A borda interior dos recessos é anguladacom respeito à parede lateral da formação, e neste exemplo o ângulo é a-proximadamente de 15 graus para a parede lateral da formação. As forma-ções providas na inserção têm um ângulo correspondente. Este facilita acolocação radial da inserção na formação 518. A superfície superior do re-cesso prove uma superfície de limite de retenção 536 para a superfície cor-respondente nos cumes 534.

As bordas dos recessos e inserções são arredondadas, o quereduz a tendência das paredes laterais da formação a colapsar durante ainserção da inserção. Nesta modalidade, as partes de engate são formadaslongitudinalmente e estendidas ao longo do comprimento da formação e in-serção, mas em outras modalidades elas podem ser providas somente emlocalizações discretas ao longo de seus comprimentos.

A formação 519 é semelhante à formação 518, embora ela sejaprovida com um par de recessos 540 na parede lateral da formação comuma largura máxima maior do que aquela da formação 518. Isto prove umasuperfície de limite maior 542, e portanto maior forças de retenção da inser-ção 544 na formação. Neste exemplo, a largura máxima dos recessos é aoredor de 22,2 mm, e o ângulo da superfície inferior do recesso (e a superfíciecorrespondente da inserção) é aproximadamente de 30 graus para a paredelateral da formação.

A formação 520 é semelhante a formação 519, mas compreendedois pares de recessos nas paredes laterais da formação. A largura máximados recessos é aproximadamente 21,0 mm. A inserção 550 tem um perfilcorrespondente, e deste modo prove dois pares de cumes 552 se estenden-do externamente da parede lateral da inserção. Dois pares de superfícies delimite são providos para reter a inserção na formação.

A formação 521 é semelhante aos recessos 518, 519, tendo umsubstancialmente corte transversal de praça de perfil formado para uma lar-gura de aproximadamente 16,1 mm. Porém, a formação 520 difere naqueleé provido com recessos múltiplos 562 formadas em suas superfícies de pa-rede lateral que forma várias ranhuras correspondentes para cumes que 564formada na superfície exterior da inserção 560. Isto acordo prove uma áreade superfície maior de contato entre os cumes na inserção e as ranhuras naformação. Este permite a largura de máximo das partes descansadas daformação 521 para ser reduzido, comparadas a outras modalidades tendomenos ranhuras. Neste exemplo, a largura de máximo está ao redor19,1 mm. Isto pode facilitar inserção da inserção 560 no recesso 521, porqueos recessos e ranhuras exigem menos deformação.

Embora a modalidade de Figura 15 shows um vedador tendoformações múltiplas com diferentes perfis secionais, a inserção e perfis deformação pode ser idêntica em qualquer acordo de vedador dado. Alternati-vamente, qualquer combinação de formação e insere perfis podem ser usa-dos dentro do âmbito da invenção.

Provendo recessos na formação e cumes na inserção, a área desuperfície de contato entre os respectivos componentes é aumentada, o quemelhora a colagem e retenção de fricção devido à inchação. As disposiçõesprovêm também superfícies de limite que resistem à separação radial dosrespectivos componentes. Isto no entanto exige deformação da inserçãoe/ou da parte inchável para permitir à inserção ser corretamente recebida naformação. No sentido de facilitar isto, modalidades da invenção podem inclu-ir uma seleção de materiais para a inserção e/ou o material inchável que per-mite um grau apropriado de deformação, embora tendo ainda as requeridasresistência integral de forças de retenção necessárias para o funcionamentodo vedador. Por exemplo, o material da inserção pode ser uma borracha deEPDM, selecionada para aumentar em volume na exposição a fluido de hi-drocarboneto, tendo uma dureza ou rigidez que é maior do que a dureza ourigidez da parte inchável. Isto facilita a montagem, que pode envolver aplicarforças grandes para inserir a inserção dentro da formação. As bordas daformação resilientemente deformam para permitir a localização da inserção,e para reter subseqüentemente a inserção na formação. Alternativamente, adureza da parte inchável (ou uma parte dela em torno da abertura) pode sermaior do que a dureza do material selecionado para a inserção. Deste modo,na inserção da inserção na formação, os cumes na inserção tenderão a de-formar resilientemente para permitir localização apropriada na formação.

Variações de dureza podem ser alcançadas em um grande nú-mero de modos diferentes, conhecidos por aqueles versados na técnica demateriais elastoméricos, incluindo, por exemplo, variando a densidade deligação cruzada na borracha. Alternativamente, as composições dos elasto-meros podem variar; em termos das proporções de materiais constituintes,ou na composição química do elastomero propriamente.

Os valores de dureza típica para as borrachas usadas com ainvenção estão ao redor de 60 a 80 na escala Shore A. Os materiais para aparte inchável e a inserção podem ser selecionados de tal forma que suadureza difere por até 20 pontos de dureza na escala Shore A. Em uma mo-dalidade preferida, o material para a parte inchável tem uma dureza Shore Ade 55 a 75, e a dureza da inserção é mais alta, e na faixa de 65 a 85 na es-cala Shore A.

Embora a modalidade da Figura 15 mostre um vedador tendoformações com diferentes perfis de seção transversal, inserções e perfis deformação podem ser idênticos em qualquer dada disposição de vedador.Alternativamente, qualquer combinação de formação e perfis de inserçãopode ser usada dentro do âmbito da invenção.

O processo de formar o vedador oferece várias vantagens. Pri-meiramente, a formação aberta é mais direta para formar do que a fenda eabertura da técnica anterior, significando que não é requerido equipamentoespecializado.

Com as modalidades da presente invenção, o material que éremovido do vedador é substituído por um volume equivalente de material oucabo, linha de controle, fio etc, e o conjunto inteiro pode ser firmemente li-gado no lugar com agente de colagem que tem a mesma resistência ou re-sistência integral maior do que a borracha original antes de entrar no furo.

A presente invenção pode ser aplicada a uma variedade de ve-dadores a qualquer hora e pode ser aplicada a uma faixa de vedadores pro-prietários. A formação não precisa ser formada até depois que o vedador foifabricado. Isto significa que um vedador-padrão pode se tornar um vedadorde cabo alimentado passante depois da fabricação original O processo po-der ser eficazmente invertido inserindo e ligando uma inserção bruta na for-mação.

A presente invenção não se baseia no corte da formação oufenda para determinar o tamanho de cabo(s) para a aplicação específica.Um operador é portanto capaz de alterar o tamanho de cabo exigido depoisda fabricação mudando o tamanho do perfil interno da inserção. Isto dá ver-satilidade quando acoplado com a capacidade adicional para usinar a ranhu-ra(s) uma vez que os vedadores foram fabricados.

A invenção permite aos usuários finais a atrasar a decisão dequando e se eles precisarem de uma capacidade de cabo alimentado pas-sante até um tempo próximo ao desenvolvimento do vedador. As formaçõespodem ser usinadas localmente ou no centro de fabricação e a inserção cor-reta aplicadas para os tamanhos de cabos usados.

A presente invenção refere-se a aparelho para uso no fundo depoço, um conjunto, um método de formar um aparelho de fundo de poço, emétodos de uso. O aparelho da invenção pode ser convenientemente usadoem ferramentas e sistemas de isolamento, em furos revestido e não revesti-dos. A invenção prove capacidades de cabo passante alimentado a ferra-mentas de isolamento e vedadores que podem ser fabricados e montadosmais eficazmente do que no caso da técnica anterior, e que são flexíveis emsua aplicação a uma variedade de cenários de furo de poço.

Será observado por alguém versado na técnica que a invenção éaplicável a vedadores formados em tubulações, mandris, ou ferramentas devedação que são extendidas em linhas de fio. Adicionalmente, a presenteinvenção tem aplicação para as quais se estende além de vedadores con-vencionais. A invenção pode ser particularmente valiosa quando aplicadas aacoplamentos e junções em tubulações e mandris. A invenção pode sertambém aplicada a tubulação bobinada, para uso em perfuração ou opera-ções de intervenção.

A presente invenção prove um aparelho e conjunto para criaruma vedação em um furo de poço ao redor de um cabo ou linha. O conjuntoinclui um corpo longitudinal e uma parte inchável que inclui um material sele-cionado para aumentar em volume na exposição a pelo menos um fluido deativação. A parte inchável tem uma formação aberta à superfície longitudinalque prove um caminho para um cabo ou linha para se estender através daparte inchável, e um inserção de material inchável. Em uma modalidade dainvenção, a inserção em parte ou completamente envolve ou encapsula ocabo ou linha. Um aspecto da invenção é caracterizado pela provisão deuma formação que é aberta a uma superfície longitudinal externa do corpo.

Variações para as modalidades acima descritas estão dentro doâmbito da invenção, e combinações de outras características diferente da-quelas expressamente estabelecidas formam parte da invenção. A menosque o contexto exija de outra forma, as dimensões físicas, formas, perfis in-ternos, anéis de extremidade, e princípios de construção descritos aqui sãointercambiáveis e podem ser combinados dentro do âmbito da invenção. A-dicionalmente, embora a invenção seja particularmente adaptada para usoem fundo de poço ela pode também ser usada em aplicações do lado detopo e submarino tais como em sistemas de oleoduto.

Claims (42)

1. Conjunto para criar uma vedação em um furo de poço, o con-junto compreendendo: um corpo longitudinal; uma parte inchável formada nopara expandir na exposição a pelo menos um fluido predeterminado e tendouma formação que prove um caminho para um cabo ou linha se estenderatravés da parte inchável; e uma inserção localizada na formação, a inser-ção compreendendo um material selecionado para inchar na exposição apelo menos um fluido predeterminado.

2. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, em que a inserçãoé configurada para criar uma vedação entre o caminho para o cabo ou linhae uma superfície do furo de poço.

3. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que ainserção é configurada para proporcionar uma vedação entre o cabo ou linhae a parte inchável.

4. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-3, em que a inserção é configurada para prover uma vedação entre o caboou linha e um corpo longitudinal do aparelho.

5. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-3, em que a inserção encerra pelo menos parcialmente o cabo ou linha emuso.

6. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-5, em que a inserção e a formação em conjunto definem o caminho para ocabo ou linha através da parte inchável.

7. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-6, em que a inserção é proporcionada com um canal para receber um caboou linha.

8. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-7, em que o canal é acessível desde uma borda longitudinal da inserção.

9. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-8, em que a inserção é configurada para ser acoplada a um cabo ou linha.

10. Conjunto, de acordo com a reivindicação 9, em que o canal édimensionado para um ajuste de interferência com um cabo ou linha.

11. Conjunto, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, em que ainserção é provida com partes de engate para junção para acoplar a um ca-bo ou linha.

12. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 11, em que a inserção inclui um membro de presilha que prende ao redorde um cabo ou linha.

13. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 12, em que a inserção é formada para um comprimento substancialmenteigual ao comprimento da parte inchável.

14. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 13, em que a inserção compreende um perfil externo de perfil substancial-mente retangular.

15. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 14, em que o perfil externo da inserção é dimensionado para ser um ajustede interferência com a formação da parte inchável.

16. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 15, em que a inserção é formada de um material selecionado para tersubstancialmente as mesmas características de inchação como â parte in-chável.

17. Conjunto, de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 15, em que a inserção é formada de um material selecionado para diferir emuma ou mais das seguintes características: penetração de fluido, absorçãode fluido, coeficiente de inchação, taxa de inchação, coeficiente de alonga-mento, dureza, resiliência, elasticidade, e densidade.

18. Conjunto, de acordo com a reivindicação 17, em que a inser-ção compreende um material que tem uma característica de dureza que dife-re de uma característica de dureza do material selecionado para a parte in-chável.

19. Conjunto, de acordo com a reivindicação 18, em que a inser-ção compreende um material que é mais duro do que o material da parteinchável.

20. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 19, em que a inserção e a parte inchável compreendem correspondentespartes de engate.

21. Conjunto, de acordo com a reivindicação 20, em que as par-tes de engate compreendem pelo menos um conjunto de cumes e ranhurascooperativas que são longitudinais à formação e à inserção.

22. Conjunto, de acordo com a reivindicação 21, em que os cu-mes são proporcionados na inserção, e as ranhuras são providas na forma-ção.

23. Método para formar um conjunto para uso em um furo depoço, o método compreendendo as etapas de:- proporcionar uma parte inchável em um corpo longitudinal, aparte inchável compreendendo um material selecionado para expandir naexposição a pelo menos uma fluido predeterminado;- proporcionar uma formação aberta em uma superfície longitu-dinal da parte inchável;- localizar um cabo ou linha na formação de forma que ele seestenda através da parte inchável;- localizar uma inserção na formação, a inserção compreenden-do um material selecionado para expandir na exposição a pelo menos umfluido predeterminado.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, incluindo a etapaadicional de acoplar a inserção ao cabo ou linha.

25. Método de acordo com a reivindicação 23 ou 24, incluindo aetapa adicional de localizar o cabo ou linha em um canal longitudinal forma-do na inserção.

26. Método, de acordo com a reivindicação 24 ou 25, incluindoas etapas adicionais de acoplar a inserção e o cabo ou linha e localizar ainserção e cabo ou linha combinados na formação.

27. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23a 25, compreendendo a etapa de localizar o cabo ou linha ou inserção naformação de uma superfície longitudinal externa da parte inchável.

28. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23a 27, compreendendo as etapas adicionais de prender a inserção na forma-ção.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, em que a inser-ção é presa na formação por um agente de um hipotecar.

30. Método, de acordo com a reivindicação 28 ou 29, em que ainserção é presa na formação por um anexo mecânico.

31. Método, de acordo com a reivindicação 30, em que a inser-ção é presa na formação.

32. Método para formar uma vedação em um ambiente de fundode poço, o método compreendendo as etapas de:- formar um conjunto de acordo com o método como definido emqualquer uma das reivindicações 23 a 31;- estender o conjunto para uma localização de fundo de poço;- expor o conjunto para pelo menos um fluido de furo de poçopara expandir a parte inchável e a inserção para criar uma vedação em tornodo cabo ou linha.

33. Aparelho para criar uma vedação em um furo de poço, o a-parelho compreendendo: uma parte inchável compreendendo um materialselecionado para expandir na exposição a pelo menos um fluido predetermi-nado, a parte inchável compreendendo uma formação aberta a uma superfí-cie longitudinal que prove um caminho para um cabo ou linha para se esten-der através da parte inchável, em que a formação é configurada para rece-ber uma inserção compreendendo um material selecionado para inchar naexposição a um fluido predeterminado.

34. Aparelho, de acordo com a reivindicação 33, em que a for-mação é um canal rebaixado dimensionado para ser um ajuste de interfe-rência com a inserção.

35. Aparelho, de acordo com a reivindicação 33 ou 34, em que aformação compreende um perfil substancialmente retangular.

36. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações-33 a 35, em que a formação é aberta a uma superfície externa da parte in-chável.

37. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações-33 a 36, em que a formação compreende partes de engate correspondentesa partes de engate formadas na inserção.

38. Aparelho, de acordo com a reivindicação 37, em que as par-tes de engate compreendem pelo menos um cume ou ranhura longitudinal àformação.

39. Aparelho de acordo com a reivindicação 38, em que as par-tes de engate compreendem pelo menos uma ranhura longitudinal para aformação correspondendo a pelo menos um cume provido na inserção.

40. Inserção compreendendo um material selecionado para in-char na exposição a um fluido predeterminado e configurado para ser locali-zado na formação do aparelho como definido na reivindicação 33.

41. Aparelho para proporcionar uma vedação em um furo de po-ço, o aparelho compreendendo: um corpo longitudinal; uma parte inchávelformada no corpo, a parte inchável compreendendo um material selecionadopara expandir na exposição a pelo menos um fluido predeterminado e tendouma formação provendo um caminho para um cabo ou linha para se esten-der através da parte inchável; em que a formação é um recesso longitudinalaberto à superfície externa da parte inchável.

42. Aparelho, de acordo com a reivindicação 41, em que o re-cesso é aberto à superfície externa em uma condição não-inchada da parteinchável.