MX2014009984A - Sistema y metodo para sellado mejorado de elementos tubulares para pozo. - Google Patents

Abstract

En aspectos, la presente descripción proporciona un aparato de aislamiento de pozo para SU uso en un sondeo. El aparato puede incluir un elemento de sellado radialmente expansible configurado para acoplar una pared interior del elemento tubular de sondeo; un cono de expansión radialmente expansible en relación telescópica con el elemento de sellado, el cono de expansión se configura para expandir el elemento de sellado; y un abre-tubos configurado para acoplar y expandir telescópicamente el cono de expansión. Los ejemplos antes citados de características de la descripción de hecho se han resumido ampliamente con el fin de que pueda entenderse mejor la siguiente descripción detallada de la misma, y con el fin de que puedan apreciarse las contribuciones a la técnica.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA SELLADO MEJORADO DE ELEMENTOS TUBULARES PARA POZO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente descripción se refiere a dispositivos y métodos para aislar una o más zonas seleccionadas en un sondeo.

En la industria del petróleo y gas, un pozo se perfora en un depósito de hidrocarburos subterráneo. Una sarta de tubería de revestimiento entonces se introduce en el pozo, y la sarta de tubería de revestimiento se cementa en su lugar. La sarta de tubería de revestimiento puede entonces perforarse y completarse el pozo en el depósito. Una sarta de producción puede colocarse concéntricamente dentro de la sarta de tubería de revestimiento. Durante la perforación, la fase de terminación y producción, los operadores consideran necesario realizar diversos trabajos de reparación, reparación y mantenimiento al pozo, la sarta de tubería de revestimiento, y la sarta de producción. Por ejemplo, pueden crearse orificios en el miembro tubular accidentalmente o intencionalmente. Alternativamente, los operadores pueden considerar benéfico aislar ciertas zonas. Independientemente de la aplicación específica, es necesario colocar ciertos ensambles del fondo de la perforación tal como un parche de tubería revestida dentro del miembro tubular, y a su vez, anclar y sellar los ensambles del fondo de la perforación dentro del miembro tubular.

Se han intentado numerosos dispositivos para crear un sello y anclaje para esos ensambles del fondo de la perforación. Por ejemplo, la Patente de los Estados Unidos No. 3,948,321 titulada "TUBERÍA REVESTIDA Y ABRE-TUBOS DE REFUERZO PARA CONDUCTO EN UN SONDEO Y MÉTODO y APARATO PARA AJUSTAR EL MISMO" para Owen et al, describe un método y aparato para emplazar una tubería revestida en un conducto con el uso de medios de enderezado y una herramienta de ajuste. La descripción de Owen et al fija y sella la tubería revestida dentro del sondeo.

Aunque los dispositivos de sellado de sondeo convencionales han sido en general adecuados, pueden surgir situaciones en las cuales tales dispositivos de sellado convencionales no pueden emplearse eficientemente. Por ejemplo, un diámetro interno de un pozo tubular puede complicar la inserción de dispositivos de sellado convencionales. En aspectos, la presente descripción aborda esos y otros inconvenientes de la téenica anterior.

En aspectos, la presente descripción proporciona un aparato de aislamiento de pozo para su uso en un sondeo. El aparato puede incluir un elemento de sellado radialmente expansible configurado para acoplar una pared interior del sondeo tubular; un cono de expansión radialmente expansible en relación telescópica con el elemento de sellado, el cono de expansión se configura para expandir el elemento de sellado; y un abre-tubos configurado para acoplar telescópicamente y expandir el cono de expansión.

Los ejemplos anteriormente enumerados de las características de la descripción se han resumido más ampliamente con el fin de que la descripción detallada de la misma que sigue pueda entenderse mejor, y con el fin de que las contribuciones a la téenica puedan apreciarse. Existen, por su puesto, características adicionales de la descripción que se describirán en lo sucesivo y que formarán el objeto de las reivindicaciones anexas a la misma.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una comprensión detallada de la presente descripción, se debe hacer referencia a la siguiente descripción detallada de la modalidad preferida, tomada junto con los dibujos anexos, en cuyos elementos similares se han proporcionado como números y en donde: La FIGURA 1 es una vista en sección esquemática de una modalidad de un aparato de la presente descripción a medida que se coloque dentro de un sondeo que cruza un yacimiento subterráneo; las FIGURAS 2A-C ilustran una modalidad de un aislador de pozo de acuerdo con la presente descripción en diversas etapas de la instalación; y las FIGURAS 3A-C ilustran una modalidad de un sistema de aislamiento de pozo de acuerdo con la presente descripción para desplegar las Figuras 2A-C de aislador de pozo.

La presente descripción se refiere a dispositivos y métodos para anclar una o más herramientas del fondo de la perforación y/o aislar una sección de un sondeo. La presente descripción es susceptible a modalidades de formas diferentes. Se muestran en los dibujos, y en la presente se describirán a detalle, modalidades especificas de la presente descripción con el entendimiento de que la presente descripción se considerará una ejemplificación de los principios de la descripción, y no se pretende para limitar la descripción a aquella ilustrada y descrita en la presente.

Ahora con referencia a la FIGURA 1, se muestra un pozo que tiene un sondeo 10 formado en un yacimiento 12 subterráneo. El pozo puede ser horizontal, multilateral, agujero delgado, de un solo agujero o geotérmico. El sondeo 10 incluye una tubería 14 de revestimiento que puede cementarse en su lugar. En la superficie, una cabeza 16 de pozo y equipo asociado se colocan sobre el sondeo 10. Como se conoce, los fluidos de producción tales como petróleo y gas fluyen hacía arriba del sondeo 10 a la superficie. En algunas situaciones, una zona 18 en el sondeo 10 puede requerir aislamiento para evitar que los fluidos de sondeo tal como fluido de perforación que invaden una zona de producción, fluidos del yacimiento (por ejemplo, agua) entren al sondeo 10, y / o estabilizar los elementos tubulares del sondeo. Tal flujo de fluido indeseable o inestabilidad tubular pueden originarse debido a discontinuidades 20 (por ejemplo, perforaciones hechas por humanos, corrosión, etc.). En algunos casos, transportar herramientas de reparación a la zona 18 puede complicarse por una o más secciones 22 de diámetro reducido que limitan el diámetro externo de las herramientas que pueden transportarse a la zona 18.

Las modalidades de la presente descripción incluyen un sistema 26 de aislamiento de pozo diametralmente compacto que puede utilizarse para proporcionar aislamiento de larga duración / resistencia en las perforaciones, divisiones, corrosión y/o fugas en los elementos tubulares del sondeo (por ejemplo, tubería revestida, tubería de revestimiento, tubería de producción, etc.) en tales situaciones. El sistema 26 de aislamiento de pozo puede incluir un aislador 30 que se activa por una herramienta 28 de ajuste. El sistema 26 de aislamiento de pozo puede maniobrarse en el sondeo mediante un dispositivo 29 de transporte adecuado (por ejemplo, línea eléctrica/alámbrica, línea de recuperación, tubería, tubería de perforación o tubería continua).

La herramienta 28 de ajuste puede ser un dispositivo conocido que genere cargas axiales. La herramienta 28 de ajuste puede energizarse utilizando energía eléctrica, fluido presurizado, material energético, o cualquier otro método conocido. Como se describirá en mayor detalle en lo siguiente, el sistema 26 de aislamiento de sondeo puede dimensionarse para pasar a través de las restricciones del fondo de la perforación, pero tiene un margen de expansión diametral que permite el acoplamiento con un diámetro interno de una tubería 14 de revestimiento u otro elemento tubular de pozo del fondo de la perforación. Adicional ente, el sistema 26 de aislamiento de sondeo puede utilizar varios componentes de expansión para proporcionar un ensamble de sellado apilado progresivamente.

Ahora con referencia a las FIGURAS 2A-C, se muestra en mayor detalle una modalidad de un aislador 30 de sondeo que puede utilizarse para aislar una sección deseada de un pozo. La FIGURA 2A representa el aislador 30 cuando se inserta en el orificio y antes de la ajuste. El aislador 30 puede incluir un abre-tubos 32 que es un componente tubular no deformante con un extremo 34 ahusado, un cono 36 de expansión que es un elemento deformadle con un extremo 38 ahusado , y un elemento 40 de sellado que es un elemento deformable que se acopla y se sella contra una superficie interna de un sondeo tubular. El cono 36 de expansión y el elemento 40 de sellado puede tener extremos abocinados para recibir un elemento adyacente. En un sentido, el abre-tubos 32, el cono 36 de expansión, y el elemento 40 de sellado pueden ser miembros tubulares alineados en serie que se acoplen telescópicamente entre sí. Por telescópicamente, se entiende que un tubo se desliza en un orificio de un tubo adyacente.

El elemento 40 de sellado puede incluir una sección 42 de sello que se configura para anclarse y/o sellarse contra una superficie tubular del pozo deseado. La sección 42 de sello puede incluir nervaduras circunferenciales, anillos tóricos, u otras características para proporcionar un sello hermético al fluido adecuado (por ejemplo, hermético al líquido o hermético al gas). El elemento 40 de sellado también puede incluir un extremo 44 de conector conformado para recibir o conectarse con elementos adicionales (por ejemplo, una unión sustituta 90 de perfil de la FIGURA 3A).

Ahora con referencia a la FIGURA 2B, el abre-tubos 32 se muestra después de guiarse radialmente en el extremo abocinado del cono 36 de expansión y antes de la expansión del elemento 40 de sellado. Debido a que el abre-tubos 32 se fabrica de un material que es más duro o más rígido que aquel del cono 36 de expansión, una superficie 52 exterior del cono 36 de expansión se expande diametralmente hacia afuera desde un primer diámetro (mostrado en la FIGURA 2A) hasta un segundo diámetro más grande.

Ahora con referencia a la FIGURA 2C, el abre-tubos 32 y el cono 36 de expansión se muestran después de guiarse radialmente en el elemento 40 de sellado. Debido a que el abre-tubos 32 también se fabrica de un material que es más duro o más rígido que aquel del elemento 40 de sellado, una superficie 54 exterior de la sección 42 de sello se expande también diametralmente hacia afuera desde un primer diámetro (mostrado en la FIGURA 2B) hasta un segundo diámetro más grande. El cono 36 de expansión también puede formarse de un material que es más duro o más rígido que aquel del elemento 40 de sellado.

Debe apreciarse que el diámetro expandido del elemento 40 de sellado es más grande que aquel que se puede obtener al insertar únicamente el abre-tubos 32 o el cono 36 de expansión en el elemento 40 de sellado. Es decir, los espesores radiales combinados del abre-tubos 32 y el cono 36 de expansión permiten al elemento 40 de sellado expandirse a un diámetro exterior más grande que aquel de otro modo alcanzable. De manera ventajosa, el espesor radial combinado del abre-tubos 32 y el cono 36 de expansión únicamente se produce después de que el aislador 30 ya ha pasado a través de la sección 22 de diámetro reducido mostrado en la FIGURA 1.

Ahora con referencia a las FIGURAS 1 y 3A-C, se muestran aspectos adicionales del sistema 26 de sellado de sondeo. El sistema 26 de aislamiento de sondeo puede incluir un ensamble 60 de accionador que provoque un acoplamiento secuencial entre el abre-tubos 32, cono 36 de expansión, y el elemento 40 de sellado del aislador 30. El ensamble 60 de accionador puede operarse utilizando la herramienta 28 de ajuste (FIGURA 1). Por secuencial, se entiende que el inicio de cada acoplamiento que provoca la expansión radial se escalona a tiempo.

En una modalidad, el ensamble 60 de accionador puede incluir una varilla 62 de sincronización, un manguito 64 de liberación, un miembro 66 de bloqueo superior, un miembro 68 de bloqueo inferior, un manguito 70 de compresión, y una unión sustituta 72 de perfil. La varilla 62 de sincronización puede ser un elemento alargado rígido que se recibe telescópicamente en el manguito 64 de liberación en forma de tubo. La varilla 62 de sincronización se conecta a la herramienta 28 de ajuste (FIGURA 1) de manera que la varilla 62 de sincronización puede jalarse hacia arriba, o más generalmente, en una dirección opuesta al movimiento del abre-tubos 32. El manguito 64 de liberación puede incluir una porción 74 de diámetro exterior alargado que mantenga el miembro 66 de bloqueo superior en una posición acoplada y una porción 76 de cuello de diámetro más pequeño que permita al miembro 66 de bloqueo superior retraerse radialmente a una posición desacoplada.

Los miembros 66, 68 de bloqueo y el manguito 70 de compresión cooperan para transferir las cargas axiales desde el cono 36 de expansión hasta la unión sustituta 72 de perfil. La unión sustituta 72 de perfil puede conectarse al elemento 40 de sellado mediante una conexión adecuada, tal como roscas 78 de acoplamiento. En una disposición, los miembros 66, 68 de bloqueo pueden ser collarines u otros dispositivos de anclaje selectivamente que puedan extenderse y retraerse radialmente. El miembro 66 de bloqueo superior puede colocarse para acoplar un rebajo 80 adecuado en el cono 36 de expansión y el miembro 68 de bloqueo inferior puede colocarse para acoplar un rebajo 82 en la unión sustituta 72 de perfil. El manguito 70 de compresión se anida entre los miembros 66, 68 de bloqueo superiores e inferiores.

Durante la fase inicial de la instalación, la carga axial provocada por el abre-tubos 32 que entra al cono 36 de expansión se transfiere al miembro 66 de bloqueo superior. El miembro 66 de bloqueo superior transmite la carga al manguito 70 de compresión, que después carga axialmente al miembro 68 de bloqueo inferior. El miembro 68 de bloqueo inferior transfiere la carga a la unión sustituta 72 de perfil. De este modo, la carga axial provocada por el abre-tubos 32 no se aplica inicialmente al elemento 40 de sellado.

Una operación ejemplar del sistema 30 de sellado de sondeo se discutirá con referencia a las FIGURAS 1, 3A-C. El sistema 26 de sellado de sondeo puede colocarse en la ubicación 18 seleccionada en el sondeo 10 utilizando el dispositivo 29 de transporte. Debe apreciarse que el perfil en sección transversal relativamente pequeño del sistema 26 de aislamiento de sondeo desensamblado permite el paso a través de las restricciones 22 de agujero. Una vez que se colocó apropiadamente, la herramienta 28 de ajuste se activa por una fuente de energía adecuada (por ejemplo, fluido presurizado, electricidad, material energético, etc.) para guiar el abre-tubos 32 en el cono 36 de expansión. El miembro 66 de bloqueo superior mantiene el cono 36 de expansión fijo al transferir la carga axial provocada por el abre-tubos 32 a la unión sustituta 72 de perfil mediante el manguito 70 de compresión y el miembro 68 de bloqueo inferior. A medida que el abre-tubos 32 se desliza en el cono 36 de expansión, el cono 36 de expansión incrementa en tamaño diametral.

Aunque la herramienta 28 de ajuste guia el abre-tubos 32 en el cono 36 de expansión, la herramienta 28 de ajuste también jala la varilla 62 de sincronización hacia arriba o en una dirección axial opuesta a la del abre-tubos 32. La varilla 62 de sincronización incluye un reborde 86 en un extremo 88 inferior que puede acoplar por interferencia un extremo 89 del manguito 64 de liberación. Después del acoplamiento, la varilla 62 de sincronización empuja el manguito 64 de liberación axialmente hacia arriba. El traslado axial del manguito 64 de liberación desliza la porción 74 de diámetro exterior alargado hacia afuera de debajo del miembro 66 de bloqueo superior. Poco después, la porción 76 de cuello se desliza debajo del miembro 66 de bloqueo superior y permite al miembro 66 de bloqueo superior retraerse en la porción 76 de cuello. De este modo, el cono 36 de expansión se libera y es libre para deslizarse en la sección 42 de sello del elemento 40 de sellado.

La velocidad de carrera de la varilla 62 de sincronización se selecciona para proporcionar un tiempo de desplazamiento suficiente para permitir al abre-tubos 32 acoplar telescópica y sustancialmente una sección sustancial del cono 36 de expansión. Es decir, la velocidad se selecciona de manera que el tiempo de desplazamiento necesario para que el reborde 86 haga contacto con el manguito 64 de liberación y el tiempo de desplazamiento necesario para que la porción 76 de cuello se deslice debajo del miembro 66 de bloqueo superior sea suficiente para permitir que el abre-tubos 32 expanda el cono 36 de expansión a un estado efectivo de funcionalidad. Específicamente, el abre-tubos 32 se expande lo suficiente del cono 36 de expansión de manera que el acoplamiento subsecuente con la sección 42 de sello permita al elemento 40 de sello tener un acoplamiento de sello deseado con una superficie adyacente. De este modo, el abre-tubos 32, el cono 36 de expansión, y el elemento 40 de sellado se han desplazado desde una disposición alineada de manera axial y serial hasta una disposición compactada principal y concéntricamente alineada.

Ahora con referencia a la FIGURA 3C, el abre-tubos 32 y el cono 36 de expansión se muestran en una posición instalada dentro del elemento 40 de sellado. El elemento 40 de sellado se ha expandido radialmente hacia afuera en el acoplamiento de sellado con una superficie adyacente (no mostrada). Como puede observarse, la herramienta 28 de ajuste ha comprimido axialmente el aislador 30 hasta una alineación concéntrica del abre-tubos 32, el cono 36 de expansión, y el elemento 40 de sellado en el sello formado entre el elemento de sellado y una superficie adyacente en el sondeo.

Para completar la instalación, la herramienta 28 de ajuste sigue jalando la varilla 62 de sincronización hacia arriba hasta que se hace contacto con un anillo 90 de liberación. Un anillo 90 de liberación puede ser un miembro anular que se configura para retraer el miembro 68 de bloqueo inferior. El anillo 90 de liberación se dispone en la boca del pozo de una cabeza 92 alargada de la varilla 62 de sincronización y se conforma para acoplar y retraer el miembro 68 de bloqueo inferior. A medida que la varilla 62 de sincronización se desplaza hacia arriba, la cabeza 92 alargada acopla y guia el anillo 90 de liberación axialmente en el miembro 68 de bloqueo inferior. La presión aplicada por el anillo 90 de liberación retrae el miembro 68 de bloqueo inferior para desacoplarse de la unión sustituta 72 de perfil. El miembro 66 de bloqueo superior ya se ha retraído. En este punto, el movimiento hacia arriba adicional de la varilla 62 de sincronización levanta los componentes internos del aislador de pozo 30 hacia arriba. En el momento apropiado, la herramienta de ajuste y esos elementos internos pueden extraerse a la superficie utilizando el dispositivo 29 de transporte o algún otro medio adecuado.

Como se utiliza en todo, el término "radialmente expansible" o "diametralmente" expansible significa que la expansión es un atributo diseñado que se pretende expresamente que realice una función específica. Como se discute en lo anterior, la función puede ser para inducir un acoplamiento de sellado de compresión.

Debe entenderse que los dispositivos de acuerdo con la presente descripción son susceptibles a diversas modalidades. Por ejemplo, con referencia a la Figura 3A, en ciertas modalidades, un manguito 95 de soporte puede utilizarse para reforzar una o más secciones del aislador 30. El manguito 95 puede ser un miembro tubular que sea lo suficientemente flexible para expandirse diametralmente mientras que al mismo tiempo se aplique una fuerza de compresión suficiente para reducir la deformación, rotura, u otro tipo de falla de la estructura subyacente. Debe entenderse que un manguito es simplemente ilustrativo de elementos de soporte que pueden utilizarse para reforzar una o más secciones del aislador 30. Otros elementos de soporte, incluyen, pero no se limitan a, bandas, anillos, abrazaderas, etc.

La descripción anterior se dirige a modalidades particulares de la presente descripción para el propósito de ilustración y explicación. Será aparente, sin embargo, para alguien experimentado en la téenica que son posibles muchas modificaciones y cambios a la modalidad establecida en lo anterior sin apartarse del alcance de la descripción. De este modo, se pretende que las siguientes reivindicaciones se interpreten como que abarcan todas las modificaciones y cambios.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de aislamiento de pozo para su uso en un sondeo, caracterizado porque comprende: Un aislador transportado en el sondeo por un dispositivo de transporte, el aislador incluye un abre-tubos, un cono de expansión, y un elemento de sellado en alineación sustancialmente en serie; un accionador configurado para acoplar secuencialmente el abre-tubos, el cono de expansión, y el elemento de sellado; y una herramienta de ajuste configurada para comprimir axialmente el aislador hasta una alineación concéntrica del abre-tubos, el cono de expansión, y el elemento de sellado en un sello formado entre el elemento de sellado y una superficie adyacente en el sondeo.

2. El aparato de aislamiento de pozo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el elemento de sellado es un elemento tubular radialmente expansible que tiene una sección de sello que acopla la superficie adyacente; el cono de expansión es un elemento tubular radialmente expansible que tiene un extremo ahusado que se desliza en la sección de sello y un extremo abocinado para recibir el abre-tubos; y - el abre-tubos es un elemento tubular que tiene un extremo ahusado que se desliza en el cono de expansión.

3. El aparato de aislamiento de pozo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el accionador incluye: una unión sustituta conectada al elemento de sellado; un manguito de compresión que transfiere una carga axial en el cono de expansión a la unión sustituta; un primer miembro de bloqueo que conecta el manguito de compresión al cono de expansión; un Segundo miembro de bloqueo que conecta el manguito de compresión a la unión sustituta; un manguito de liberación que tiene un primer diámetro configurado para mantener el primer miembro de bloqueo en una posición acoplada con el cono de expansión y un cuello de diámetro reducido; y una varilla de desplazamiento configurada para cambiar el manguito de liberación para deslizar el cuello en el acoplamiento con el primer miembro de bloqueo.

4. Un aparato de aislamiento de pozo para su uso en un sondeo, caracterizado porque comprende: un elemento de sellado radialmente expansible configurado para acoplar una pared interior de un sondeo tubular; - un cono de expansión radialmente expansible en relación telescópica con el elemento de sellado, el cono de expansión se configura para expandir el elemento de sellado; y - un abre-tubos configurado para acoplar y expandir telescópicamente el cono de expansión.

5. El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque comprende un accionador configurado para acoplar secuencialmente el elemento de sellado, el cono de expansión, y el abre-tubos.

6. El aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque comprende una unión sustituta conectada al elemento de sellado, y en donde el accionador incluye un manguito de compresión configurado para transferir una carga axial en el cono de expansión a la unión sustituta.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque comprende un primer miembro de bloqueo que conecta el manguito de compresión al cono de expansión, y un segundo miembro de bloqueo que conecta el manguito de compresión a la unión sustituta.

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende un manguito de liberación que tiene un primer diámetro configurado para mantener el primer miembro de bloqueo en una posición acoplada con el cono de expansión y un cuello de diámetro reducido.

9. El aparato de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque comprende una varilla de desplazamiento configurada para cambiar el manguito de liberación para deslizar el cuello en el acoplamiento con el primer miembro de bloqueo.

10. un método para aislar una sección de un elemento tubular en un sondeo, caracterizado porque comprende: Disponer un aislador, un accionador, y una herramienta de ajuste en el elemento tubular, en donde el aislador incluye un abre-tubos, un cono de expansión, y un elemento de sellado en alineación sustancialmente en serie; acoplar secuencialmente el abre-tubos, el cono de expansión, y el elemento de sellado utilizando el accionador; y activar la herramienta de ajuste para comprimir axialmente el aislador para alinear concéntricamente el abre-tubos, el cono de expansión, y el elemento de sellado a un sello formado entre el elemento de sellado y una superficie adyacente del elemento tubular.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque comprende retirar el accionador y la herramienta de ajuste del sondeo.