BRPI0911149B1 - Aparelho de liberção de tampão e sistema de tampão para uso em um furo de poço, e, método para ativar um aparelho de liberação de tampão - Google Patents
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Abstract
aparelho de liberação de tampão e sistema de tampão para uso em um furo de poço, e, método para ativar um aparelho de liberação de tampão um aparelho para liberação de tampão para uso (10) em um furo de poço, o aparelho tendo um recipiente (16), um tampão revestido (14) e uma conexão (12). o tampão revestido pode ser liberavelmente fixado ao recipiente (16) via um primeiro mecanismo de liberação (18). a conexão (12) pode ser liberavelmente fixada ao recipiente (16) via um segundo mecanismo de liberação (20). o primeiro mecanismo de liberação (18) pode ser configurado para liberar o tampão revestido (14) do recipiente (16) em uma primeira pressão e o segundo mecanismo de liberação (20) pode ser configurado para liberar o recipiente (16) da conexão (12) em uma segunda pressão.
Description
“APARELHO DE LIBERAÇÃO DE TAMPÃO E SISTEMA DE TAMPÃO PARA USO EM UM FURO DE POÇO, E, MÉTODO PARA ATIVAR UM APARELHO DE LIBERAÇÃO DE TAMPÃO”
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [001] Esta invenção refere-se a um aparelho de liberação de tampão usado na introdução e separação de fluidos de um poço, tais como a introdução e separação de lama de cimento e deslocamento de fluido em um poço de óleo ou gás.
[002] O cimento é usado em poços de óleo ou gás para várias finalidades. Uma finalidade é prender uma coluna tubular (p. ex., um envoltório ou um revestimento) dentro do furo de poço. Isto é tipicamente realizado bombeando-se cimento para baixo da coluna tubular e forçando-o de volta para cima sobre um espaço anular entre o lado externo da coluna e o furo de poço ou uma coluna de diâmetro maior em que a primeira coluna mencionada é disposta. Para separar a lama de cimento da lama de perfuração tipicamente dentro do poço quando a operação de cimentação começa, um tampão de cimentação de fundo é colocado em linha e bombeado para baixo da coluna pela força da lama de cimento seguindo. Este tampão de fundo serve para minimizar a contaminação do cimento quando ele está sendo bombeado para baixo para a coluna tubular. Ele também limpa qualquer película de lama acumulada do diâmetro interno da coluna e empurra-a para frente. Para separar um fluido deslocando-se a seguir usado para empurrar a lama de cimento para fora da coluna tubular e para cima do espaço anular, um tampão de cimentação de topo é colocado em linha e empurrado coluna abaixo pelo fluido deslocando-se. Este tampão de topo segue o cimento e limpa qualquer película de cimento acumulada do diâmetro interno da coluna tubular. Ele também evita ou reduz qualquer contaminação do cimento pelo fluido deslocando-se.
[003] Nos poços perfurados na terra, aparelhos de liberação de tampão
Petição 870180165932, de 20/12/2018, pág. 10/23 / 10 montado na superfície são usados em muitos trabalhos de cimentação, para liberar os tampões de cimentação no tempo apropriado. Operações normais de trabalho terão o tampão de cimentação de fundo carregado dentro do aparelho de liberação de tampão antes de bombear o cimento. O tampão de cimentação de topo tipicamente será carregado após o tampão de fundo ser liberado.
[004] Completações submarinas (piso do oceano) são diferentes das operações de cimentação baseadas em terra acima mencionadas, pelo fato de que os tampões de cimento usados para separar os fluidos são preferivelmente localizados na coluna tubular abaixo do piso do oceano. Isto é preferido porque estes tampões têm um diâmetro bastante grande para limpar o diâmetro interno da coluna tubular estendendo-se abaixo do piso de oceano e esta coluna tubular (e assim cada tampão) tipicamente tem um diâmetro maior do que necessário para ser usado para conectar esta coluna com o equipamento sobre o aparelho na superfície do oceano. Assim, a lama de cimento é preferivelmente bombeada da superfície através de uma coluna de tubos de perfuração menores do que a coluna sendo cimentada, dita coluna menor estendendo-se entre o aparelho de superfície e a coluna de furo abaixo a ser cimentada. Assim, há um segundo tipo de recipiente de tampão que aloja elementos que podem amplamente ser chamados “tampões” também, que são de diâmetro menor para permitir que estes tampões passem através da coluna de conexão mais estreita e para dentro dos tampões de cimento de furo abaixo. Um sistema utilizando esta técnica é o sistema de liberação de subsuperfície da Halliburton Energy Servides (“Método de Tampão de Cimentação “SSR). Este sistema provê um meio de limpar diferentes tamanhos de tubo; portanto, tubo de perfuração de diâmetro menor pode ser usado como descrito, em vez do envoltório de diâmetro maior que de outro modo seria colocado entre o piso do aparelho e o fundo do oceano.
[005] Muitos trabalhos de envoltório fora da costa colocam tubo do furo abaixo por todo o trajeto até a cabeça de poço sobre o piso do oceano. Para
Petição 870180165932, de 20/12/2018, pág. 11/23 / 10 realizar isto, o envoltório é fixado ao tubo de perfuração e abaixado em posição a partir do fundo do oceano. Os trabalhos de revestimento são extremamente similares ao trabalho de envoltório fora da costa pelo fato de usarem tubo de perfuração para abaixar o revestimento em posição, exceto que o topo do tubo não é localizado na cabeça de poço no fundo do oceano. Em vez disso, o topo do tubo é localizado em alguma parte dentro de outra coluna de envoltório abaixo do piso do oceano ou abaixo da superfície de um trabalho baseado em terra. O conjunto de tampão usado em um trabalho de revestimento fora da costa é referido como um SSR. O conjunto de tampão de revestimento tem uma configuração similar e pode ser colocado fora da costa ou em terra.
[006] Estes SSR ou tampões de cimentação de revestimento operados em tubo de perfuração não operam como projetado. E alguns exemplos isto pode (1) evitar que o cimento seja deslocado do revestimento ou envoltório, (2) faz com que o gancho prematuramente se solidifique e/ou (3) faz com que discos de ruptura de ferramentas acima para se desenvolvam prematuramente. Isto resulta em um furo de poço cheio de cimento ou cimento sobredeslocado. Para remediar isto, perfurar para fora, perfurar em torno, extermínio do poço ou recuperação do revestimento podem ser necessários, todos sendo muito dispendiosos. Em casos extremos, o abandono do furo de poço pode ocorrer porque o SSR ou tampão de revestimento não se libera. Embora a exata causa do problema não seja conhecida, algumas possibilidades incluem o seguinte: detritos interferindo com o mecanismo de liberação dentro do mecanismo de liberação de tampão; obstáculos tais como ressaltos no tubo ou ferramentas de perfuração, que positivamente param o tampão de fechamento abaixo; ou fecho hidráulico entre o tampão de fechamento abaixo e o mecanismo de liberação.
SUMÁRIO [007] Esta invenção refere-se a um aparelho de liberação de tampão usado
Petição 870180165932, de 20/12/2018, pág. 12/23 / 10 na introdução e separação de fluidos em um poço, tal como a introdução e separação de lama de cimento e fluido deslocando-se em um poço de óleo ou gás.
[008] Em uma forma de realização, um aparelho de liberação de tampão para uso em um furo de poço compreende um recipiente, um tampão de revestimento liberavelmente fixado ao recipiente via um primeiro mecanismo de liberação e uma conexão liberavelmente fixada ao recipiente via um segundo mecanismo de liberação. O primeiro mecanismo de liberação desta forma de realização é configurado para liberar o tampão de revestimento do recipiente em uma diferente pressão e o segundo mecanismo de liberação desta forma de realização é configurado para liberar o recipiente da conexão em uma segunda pressão.
[009] Em uma forma de realização, um sistema de tampão para uso em um furo de poço compreende um aparelho de liberação de tampão, um tampão de fechamento embaixo e um colar de desembarque. O aparelho de liberação de tampão desta forma de realização compreende um recipiente, um tampão de revestimento liberavelmente fixado ao recipiente via um primeiro mecanismo de liberação e uma conexão liberavelmente fixada ao recipiente via um segundo mecanismo de liberação. O primeiro mecanismo de liberação desta forma de realização é configurado para liberar o tampão de revestimento do recipiente em uma primeira pressão e o segundo mecanismo de liberação desta forma de realização é configurado para liberar o recipiente da conexão em uma segunda pressão.
[0010] Os aspectos e vantagens da presente invenção será prontamente evidente para aqueles hábeis na arte. Embora numerosas mudanças possam ser feitas por aqueles hábeis na arte, tais mudanças estão dentro do espírito da invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0011] Estes desenhos ilustram certos aspectos de algumas das formas de
Petição 870180165932, de 20/12/2018, pág. 13/23 / 10 realização da presente invenção e não devem ser usados para limitar ou definir a invenção.
[0012] A Fig. 1 é uma vista lateral de um aparelho de liberação de tampão de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
[0013] A Fig. 2 é uma vista lateral do aparelho de liberação de tampão da Fig. 1, mostrando nele um tampão de fechamento embaixo.
[0014] A Fig. 3 é uma vista lateral do aparelho de liberação de tampão das Figs. 1 e 2, mostrando o tampão de fechamento em baixo em outra posição ali.
[0015] A Fig. 4 é uma vista lateral do aparelho de liberação de tampão das Figs. 1 - 3, após a liberação de um mecanismo de liberação.
[0016] A Fig. 5 é uma vista lateral do aparelho de liberação de tampão das Figs. 1 - 3, após liberação de um mecanismo de liberação alternativo.
[0017] A Fig. 6 é um aparelho de liberação de tampão de acordo com outra forma de realização da presente invenção.
DESCRIÇÃO DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS [0018] Esta invenção refere-se a um aparelho de liberação de tampão usado na introdução e separação de fluidos em um poço, tal como a introdução e separação da lama de cimento e fluido de deslocamento em um poço de óleo ou gás.
[0019] Com referência agora aos desenhos e, mais particularmente, às Figs. 1 e 2, o aparelho de liberação de tampão 10 é liberavelmente fixado a uma extremidade inferior de uma ferramenta de circulação, uma ferramenta de escorrimento ou similar (não mostrada) via conexão 12 ou qualquer outra conexão adequada para unir aparelho de liberação de tampão 10 e uma coluna de perfuração. O tampão de revestimento 14 é liberavelmente conectado ao recipiente 16. Em uma forma de realização, pinos de cisalhamento são usados para prover mecanismo de liberação 18 entre o tampão de revestimento 14 e o recipiente 16 e para prover mecanismo de liberação 20 entre o recipiente 16 e
Petição 870180165932, de 20/12/2018, pág. 14/23 / 10 conexão 12.
[0020] Com referência agora à Fig. 2, o tampão de fechamento embaixo 22 pode passar através da coluna de trabalho, após a conexão 12 e para dentro do recipiente 16. A parte de nariz 24 do tampão de fecho embaixo 22 pode apoiar no ressalto 26 formado no tampão de revestimento 14, como indicado na Fig.
3. Mais especificamente, a parte de nariz 24 pode apoiar no ressalto 26 com um perfil de igualação. A pressão pode então ser aplicada até os mecanismos de liberação 18 ou 20 serem liberados, permitindo que o tampão de revestimento 4 e o tampão de fecho embaixo 22 mover-se para baixo para engate com o colar de apoio 28. Em particular, a arte de nariz 30 do tampão de revestimento 14 pode engatar em um ressalto de perfil de igualação 32 do colar de apoio 28. O ressalto 32 pode ser afilado para criar um efeito autolimpante.
[0021] Pode ser desejável recuperar o recipiente 16 para reuso. Genericamente, isto pode ser conseguido selecionando-se um ponto de disparo de mais baixa pressão para liberar o mecanismo 8 do que para liberar o mecanismo 20. Nesta forma de realização, o mecanismo de liberação 18 pode ser considerado um mecanismo de liberação “primário” e o mecanismo de liberação 20 pode ser considerado um mecanismo de liberação “secundário” ou de “reserva”. Como mostrado na Fig. 4, quando o mecanismo de liberação 18 entre o tampão de revestimento 14 e o recipiente 16 tiver um ponto de acionamento de mais baixa pressão 20, entre o recipiente 16 e conexão 12, o recipiente 16 separar-se-á do tampão de revestimento 14 sem disparar o mecanismo de liberação 20 entre o recipiente 16 e conexão 12. Assim, o recipiente 16 pode subsequentemente ser trazido para a superfície e mais tarde reutilizado.
[0022] Embora seja genericamente desejável recuperar o recipiente 16, várias condições podem evitar que o mecanismo de liberação 18 entre o recipiente 16 e o tampão de revestimento 4 libere-se. Por exemplo, isto pode
Petição 870180165932, de 20/12/2018, pág. 15/23 / 10 ocorrer quanto detritos interferir com o mecanismo de liberação 18 ou quando o fecho hidráulico ocorrer entre o tampão de fechamento embaixo e o mecanismo de liberação 18. No evento que o mecanismo de liberação 18, entre o recipiente 16 e o tampão de revestimento 14 não se libere na pressão desejada, pressão adicional pode ser aplicada até a pressão de disparo do mecanismo de liberação entre o recipiente 16 e conexão 12 seja conseguida. A quantidade de pressão adicional necessária para disparar o mecanismo de liberação 20 pode variar, dependendo das circunstâncias particulares. Em alguns exemplos, o mecanismo de liberação 20 pode ser configurado para liberação na mesma pressão que o mecanismo de liberação 18 ou, possivelmente, em uma pressão menor, assim invertendo os mecanismos de liberação “primário” e “secundário”. Nas várias configurações, o tampão de revestimento 14 pode liberar-se da conexão 12 pelo mecanismo de liberação 18 ou pelo mecanismo de liberação 20, assim reduzindo ou eliminando a probabilidade de experimentar muitas das desvantagens associadas com excessiva pressão. Por exemplo, em dispositivos convencionais, quando o tampão de revestimento não se libera da conexão, o cimento não pode ser deslocado do revestimento ou envoltório, o gancho pode endurecer prematuramente e/ou os discos de ruptura das ferramentas acima podem ser desenvolvidos prematuramente. Isto resulta em cimento duro dentro do revestimento e uma falta de cimento em torno do lado externa, o que requer perfurar fora, perfurar em volta, extermínio do poço, recuperação do revestimento ou abandono do furo de poço.
[0023] Como indicado na Fig. 5, quando o mecanismo de liberação 2 for disparado, o recipiente 16 pode deslocar-se para o fundo do poço com o tampão de revestimento 14. Assim, pode ser desejável para o recipiente ser construído de materiais perfuráveis, tal como alumínio, ferro fundido, latão ou compósitos.
[0024] Com referência agora à Fig. 6, uma forma de realização alternativa
Petição 870180165932, de 20/12/2018, pág. 16/23 / 10 mostra o ressalto 26 em uma parte inferior do tampão de revestimento 4 em relação à posição do ressalto 26, ilustrado nas Figs. 1-5. Esta posição modificada de ressalto 26 permite que o recipiente 16 seja mais curto, visto que o tampão de fecho embaixo 22 pode ser “engolido” no tampão de revestimento 14.
[0025] Em uma forma de realização exemplar, o recipiente 16 é tubular e construído de alumínio, o mecanismo de liberação tem pinos de cisalhamento de 1.350 psi (94,91 kg/cm2) e o mecanismo de liberação 20 pode ter pinos de cisalhamento que fazem com que o mecanismo de liberação 20 dispare a 4.500 psi () ou 5.000 psi (316,38 kg/cm2). Uma pessoa de habilidade na arte apreciará que a pressão de liberação dos pinos de cisalhamento para liberar os mecanismos 18 e 20 pode variar para se adequar às condições particulares e aplicação desejada. Além disso, os mecanismos de liberação 18 e/ou 20 não são limitados a pinos de cisalhamento, contanto que eles sejam liberáveis. Por exemplo, os mecanismos de liberação 18 e 20 podem ser um sistema de pinça, uma luva de tensão ou qualquer um de numerosos outros dispositivos.
[0026] Acredita-se que o tampão de fecho embaixo 22 pode empurrar detritos em frente do primeiro limpador 34. Estes detritos podem retirar-se quando alcançam o ressalto 26. Caso isto aconteça, o mecanismo de liberação 20, localizado acima do tampão de fecho embaixo 22 e os detritos experimentarão a mesma pressão de liberação destinada para o mecanismo de
X liberação 18. À medida que a pressão aumenta a um predeterminado ponto acima da pressão de disparo para o mecanismo de liberação 18, o mecanismo de liberação 20, que não é dificultado por detritos, liberará o tampão de revestimento de liberação 14, mecanismo de liberação 18 e detritos no furo abaixo.
[0027] Alguns acreditam que um fecho hidráulico pode estar ocorrendo entre o primeiro limpador 34 e o mecanismo de liberação 18, evitando que a pressão total seja aplicada para liberar o mecanismo de liberação 18. Se isto
Petição 870180165932, de 20/12/2018, pág. 17/23 / 10 acontecer, o mecanismo de liberação 20 funcionará da mesma maneira que para a retirada dos detritos entre o tampão trinco embaixo 22 e o mecanismo de liberação 18.
[0028] Outra situação que foi vista nos trabalhos de gancho de revestimento é o rompimento de um mecanismo equalizador elastomérico, localizado acima do tampão de revestimento 14. O aparelho da presente invenção pode eliminar a necessidade do inteiro mecanismo equalizador colocando-se uma derivação (um conjunto de furos) localizada imediatamente acima do mecanismo de liberação 18. Quando o tampão de revestimento 14 acomoda-se no ressalto 26, anéis-o selam tanto em cima como embaixo o furo de derivação. O fechamento da derivação é necessário de modo que o topo do tampão de revestimento 14 seja selado quando ele apóia no colar de apoio 28.
[0029] Outros aspectos da invenção podem reduzir o custo ou melhorar a confiabilidade do sistema e incluir o seguinte: substituição de um girador com pinos de cisalhamento que giram dentro dos sulcos; e o fecho embaixo, perfil de selagem entre o tampão de revestimento 14 e colar de apoio 28. Substituir o girador com pinos de cisalhamento pode permitir que o tampão de revestimento 14 gire, assim eliminando a necessidade de um girador acima do aparelho de liberação de tampão 10. Um mandril de engate livre, fixado no tampão de revestimento 14 também permitira a rotação durante os procedimentos de instalação, melhorando a capacidade de montar os tampões de revestimento 14, sem adversamente afetar o mecanismo de liberação 18.
[0030] Além disso, um sistema de liberação de contingência (isto é, recipiente 16, completamente alojando o tampão de trinco embaixo 22, acoplado com o mecanismo de liberação 20 acima de uma extremidade superior de tampão de revestimento 14, ajuda a assegurar liberação do tampão de revestimento 14. A confiabilidade melhorada do sistema de lançamento ajuda a assegurar que trabalhos problemas não ocorram com o resultado indesejado do tampão de revestimento 14 sendo enchido com cimento. Assim,
Petição 870180165932, de 20/12/2018, pág. 18/23 / 10 o mecanismo de liberação 20 trata a deficiente confiabilidade dos mecanismos de liberação de tampão de revestimento convencional.
[0031] Isto pode também eliminar a necessidade de uma interface de selagem entre o fundo do tampão de revestimento 14 e o colar de apoio 28. A carga pode ser transferida através do tampão de trinco embaixo 22 e o colar de apoio 28.
[0032] Os ensinamentos desta descrição podem prover fechamento positivo via um sistema de transporte de carga trinco abaixo. Entretanto, embora um sistema de tampão de revestimento seja usado para ilustrar a invenção, seria adequado para várias aplicações de conjunto de lançamento de sub-superfície incluindo, mas não limitado a, operações tampões de cimentação e gancho de revestimento.
[0033] Portanto, a presente invenção é bem adaptada para obter as finalidades e vantagens mencionadas, bem como aquelas que são inerentes. As formas de realização particular descrita acima são ilustrativas somente, visto que a presente invenção pode ser modificada e praticada em diferentes mas equivalentes maneiras evidentes para aqueles hábeis na arte, tendo o benefício dos ensinamento aqui. Além disso, nenhuma limitação é pretendida para os detalhes de construção ou projeto aqui mostrados, exceto como descrito nas reivindicações abaixo. É, portanto, evidente que as formas de realização ilustrativas particulares descritas acima podem ser alteradas ou modificadas e todas tais variações são consideradas dentro do escopo e espírito da presente invenção. Além disso, os artigos indefinidos “um” ou “uma”, como usados nas reivindicações, são definidos aqui como significando um ou mais do que um do elemento que introduz. Também os termos das reivindicações têm seu significado evidente, comum, a menos que de outro modo explicita e claramente definido pelo patenteado.
Claims (12)
1. Aparelho de liberação de tampão (10) para uso em um furo de poço, compreendendo:
um recipiente (16);
um tampão de revestimento (14) liberavelmente fixado ao recipiente (16) via um primeiro mecanismo de liberação (18); e, uma conexão (12) liberavelmente fixada ao recipiente (16) via um segundo mecanismo de liberação (20);
em que o primeiro mecanismo de liberação (18) é configurado para liberar o tampão de revestimento (14) do recipiente (16) em uma primeira pressão; e em que o segundo mecanismo de liberação (20) é configurado para liberar o recipiente (16) da conexão (12) em uma segunda pressão;
caracterizado pelo fato de que:
o primeiro mecanismo de liberação (18) tem um ponto de disparo de mais baixa pressão do que o segundo mecanismo de liberação (20), de forma que o tampão de revestimento (14) é liberado do recipiente (16) na primeira pressão sem disparar o segundo mecanismo de liberação (20) e o recipiente (16) é então configurado para ser reutilizado.
2. Aparelho de liberação de tampão (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o recipiente (16) é construído de um material perfurável.
3. Aparelho de liberação de tampão (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro mecanismo de liberação (18) compreende pelo menos um pino de cisalhamento.
4. Aparelho de liberação de tampão (10), de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de o segundo mecanismo de liberação (20) compreender pelo menos um pino de cisalhamento.
5. Aparelho de liberação de tampão (10), de acordo com a
Petição 870180165932, de 20/12/2018, pág. 20/23
2 / 3 reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tampão de revestimento (14) tem uma parte de nariz (30) configurada para engatar em um ressalto (32) de um colar de apoio (28).
6. Aparelho de liberação de tampão (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tampão de revestimento (14) compreende um ressalto (26) configurado para engatar uma parte de nariz (24) de um tampão de fecho embaixo (22).
7. Aparelho de liberação de tampão (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o ressalto (26) é em uma parte superior do tampão de revestimento (14).
8. Aparelho de liberação de tampão (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o ressalto (26) é em uma parte inferior do tampão de revestimento (14), de modo que o tampão de revestimento (14) é configurado para envolver completamente o tampão de fecho embaixo (22).
9. Aparelho de liberação de tampão (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o aparelho de liberação de tampão (10) é adicionalmente configurado para permitir que o tampão de revestimento (14) gire.
10. Sistema de tampão para uso em um furo de poço, caracterizado pelo fato de compreender:
um aparelho de liberação de tampão (10) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9;
um tampão de evacuação (22); e, um colar de apoio (28).
11. Método para ativar um aparelho de liberação de tampão, caracterizado pelo fato de compreender:
prover um aparelho de liberação de tampão (10) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9;
Petição 870180165932, de 20/12/2018, pág. 21/23
3 / 3 aplicar uma pressão suficiente para disparar pelo menos um de uma pluralidade de mecanismos de liberação, para liberar um tampão de revestimento (14) de uma conexão (12); e, determinar se qualquer um da pluralidade de mecanismos de liberação seja disparado.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente aplicar uma segunda pressão suficiente para disparar outro da pluralidade de mecanismos de liberação, para liberar o tampão de revestimento (14) da conexão (12).
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