BRPI0819298B1

BRPI0819298B1 - Ferramenta de furo abaixo, sistema e método para circular fluido dentro de um furo de poço

Info

Publication number: BRPI0819298B1
Application number: BRPI0819298-7A
Authority: BR
Inventors: Jeffery Ronald Clausen; Nicholas Marchand
Original assignee: National Oilwell Varco, L.P.
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2019-03-12
Also published as: RU2440482C1; US20100252276A1; CA2705295A1; CA2705295C; EP2222935A4; WO2009067485A3; MX2010005598A; BRPI0819290A2; GB201008271D0; BRPI0819290B1; GB2467263A; EP2222935A2; EP2222935B1; WO2009067485A2; US8863852B2; CA2913365A1; BRPI0819298A2; NO2222935T3; WO2009067588A3; WO2009067588A2

Abstract

ferramenta de furo abaixo, sistema e método para circular fluido dentro de um furo de poço junção ou válvula de circulação de furo abaixo (105) inclui um alojamento tubular com uma fresta externa (140) e um pistão de válvula (170) disposto deslizavelmente no alojamento. um trajeto de fluxo de fluido primário (130) se estende através de uma cavidade de fluxo interno do alojamento e pistão de válvula. em uma primeira posição, o pistão de válvula isola a fresta externa para impedir comunicação fluídica entre a cavidade de fluxo interno e um segmento circular de furo de poço. em uma segunda posição, o pistão de válvula é movido para obstruir a cavidade de fluxo interno e expor a fresta externa à cavidade de fluxo interno e permitir comunicação fluídica entre a cavidade de fluxo interno e o segmento circular de furo de poço. um mecanismo de alinhamento (165) é acoplado entre o alojamento e o pistão de válvula para guiar o pistão de válvula entre as primeira e segunda posições. em alguns modos de realização, o mecanismo de alinhamento inclui um componente rotativo (175).

Description

“FERRAMENTA DE FURO ABAIXO, SISTEMA E MÉTODO PARA CIRCULAR FLUIDO DENTRO DE UM FURO DE POÇO”

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS CORRELATOS [001] Este pedido reivindica o benefício do pedido provisório US 60/989.345, depositado em 20 de novembro de 2007, intitulado “Circulation Sub With Indexing Slot.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] A presente invenção refere-se a um aparelho e método circular fluido seletivamente em um furo de poço. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a uma junção ou válvula de circulação seletiva e continuamente atuável e a seu método de uso em operações de furo de poço, incluindo perfuração, completação, intervenção, limpeza de poço, ajustes de atravessamento e obturador. Ao se perfurar um poço de óleo ou gás, um furo de partida é perfurado primeiramente e, em seguida, a torre de perfuração é instalada sobre o mesmo. A tubulação de perfuração é acoplada a um conjunto de fundo de furo, que tipicamente inclui uma broca de perfuração, colares de perfuração, estabilizadores, escareadores e outras junções variadas, para formar uma coluna de perfuração. A coluna de perfuração é acoplada a uma junta Kelly e mesa rotativa e, depois, baixada para o furo de partida. Quando a broca de perfuração atinge a base do furo de partida, a mesa

X rotativa é acionada e a perfuração iniciada. A medida que a perfuração progride, fluido ou lama de circulação é circulado para baixo através da tubulação de perfuração para lubrificar e resfriar a broca, bem como, para prover um veículo para a remoção de detritos de perfuração do furo de poço. O fluido de perfuração também pode prover força hidráulica a ummo0tor de lama. Após emergir da broca de perfuração. O fluido de perfuração ascende no furo de sondagem através do segmento circular formado pela coluna de perfuração e o furo de sondagem, ou o segmento circular do furo de poço.

[003] Durante operações de perfuração, pode ser desejável interromper

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 9/35 / 19 periodicamente o fluxo de fluido de perfuração para o conjunto de fundo de furo e desviar o fluido de perfuração do interior da coluna de perfuração através de um trajeto de fluxo para o segmento circular acima do conjunto de fundo de furo, desviando, assim do conjunto de fundo de furo. Por exemplo, o motor de lama ou broca de perfuração no conjunto de fundo de furo permite uma maior taxa de circulação ser estabelecida no segmento circular. Isto é especialmente útil em aplicações onde uma maior taxa de circulação pode ser necessária para efetuar um bom transporte de detritos e limpeza de furo antes da coluna de perfuração ser recuperada. Após um período de tempo, o fluxo de fluido de perfuração para o conjunto de fundo de furo pode ser restabelecido. O redirecionamento do fluxo de fluido de perfuração dessa maneira é, tipicamente, obtido pelo emprego de uma junção ou válvula der circulação, posicionado sobre a coluna de perfuração cima da broca de perfuração.

[004] Junções de circulação típicas são limitadas quanto ao numero de vezes que podem ser atuados em um percurso abaixo do furo de sondagem. Por exemplo, uma junção de circulação típica pode se seletivamente aberto três ou quatro vezes antes de ser colocado para fora do furo de sondagem e reajustado. Tal ferramenta é operada pelo uso de uma combinação de esferas de queda deformáveis e esferas de queda duras menores para direcionar o fluxo de fluido da ferramenta para o segmento circular do furo de sondagem X ou através da ferramenta. À medida que cada esfera passa através da ferramenta, um agarrador de esfera, posicionado na extremidade de do furo abaixo da ferramenta, recebe a esfera. Uma desvantagem desta junção de circulação é o fato da ferramenta poder ser atuada vias uma queda de esfera apenas por um numero limitado de vezes, ou até que o agarrador de esfera esteja lotado. Uma vez que o agarrador de esfera esteja cheio, a ferramenta tem que ser retornada para a superfície para ser descarregado. Após o agarrador ser esvaziado, a ferramenta pode ser colocada de volta furo abaixo

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 10/35 / 19 para reuso subsequente. Desse modo, circulação de fluido no furo de sondagem exige retornar repetidamente a ferramenta para a superfície para descarregamento e, depois, percorrer de volta a ferramenta furo abaixo para reuso, o que é tanto consumidor de tempo como oneroso. Além disso, estas junções de circulação não manuseiam adequadamente ambientes de fluido impuro, incluindo material de circulação perdido, nem incluem diâmetros internos abertos para acomodar ferramentas traspassantes ou membros de obturação.

[005] Desse modo, permanece a necessidade de um aparelho e método custoefetivos para circular fluido seletiva mente dentro de um furo de poço, incluindo atuação contínua de válvula e redução de percurso de válvula.

SUMÁRIO [006] Uma junção ou válvula de circulação de furo abaixo inclui um alojamento tubular com uma fresta externa e um pistão de válvula disposto deslizavelmente no alojamento. Um trajeto de fluxo de fluido primário se estende através de uma cavidade de fluxo interno do alojamento e pistão de válvula. Em uma primeira posição, o pistão de válvula isola a fresta externa para impedir comunicação fluídica entre a cavidade de fluxo interno e um segmento circular de furo de poço. Em uma segunda posição, o pistão de válvula é movido para obstruir a cavidade de fluxo interno e expor a fresta externa à cavidade de fluxo interno e permitir que comunicação fluídica entre a cavidade de fluxo interno e o segmento circular de furo de poço. Em alguns modos de realização, a junção de circulação é seletivamente configurável para incluir múltiplos trajetos de fluxo, incluindo um trajeto de fluxo primário através da junção, um trajeto de fluxo secundário ao redor de uma esfera assentada e através da junção, e um trajeto de fluxo desviado pelo qual o fluxo é desviado para o segmento circular de furo de poço.

[007] Em alguns modos de realização, um mecanismo de alinhamento é acoplado entre o alojamento e o pistão de válvula para mover o pistão de

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 11/35 / 19 válvula entre as primeira e segunda posições. Em alguns modos de realização, o mecanismo de alinhamento inclui um componente rotativo. Em certos modos de realização, o componente rotativo do mecanismo de alinhamento gira independentemente tanto do alojamento quanto do pistão de válvula. Em alguns modos de realização, o mecanismo de alinhamento pode se usado para mover continuamente o pistão de válvula entre as primeira e segunda posições em um percurso único para um furo de poço. Em alguns modos de realização, o pistão de válvula e o mecanismo de alinhamento são acionados pela manipulação de pressões de fluido na junção de circulação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [008] Para uma descrição mais detalhada dos modos de realização apresentados, será feita referência agora aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 ilustra esquematicamente uma seção transversal de uma porção de coluna de perfuração exemplificativa, na qual os vários modos de realização de uma junção de circulação de acordo com os princípios aqui revelados podem ser utilizados;

a figura 2 é uma vista ampliada do acoplamento entre a junção de topo e a junção de circulação mostrado na figura 1;

a figura 3 é uma vista ampliada do acoplamento entre a junção de fundo e a junção de circulação mostrado na figura 1;

a figura 4 é uma vista ampliada da porção superior da junção de circulação mostrado na figura 1;

a figura 5 é uma vista ampliada da porção média da junção de circulação mostrado na figura 1;

a figura 6 é uma vista ampliada da porção inferior da junção de circulação mostrado na figura 1;

a figura 7 ilustra a junção de circulação da figura 1 em uma configuração inserida;

a figura 8 é uma vista em perspectiva de um alinhador da

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 12/35 / 19 junção de circulação da figura 7 em uma configuração inserida;

a figura 9 ilustra a junção de circulação da figura 1 em uma configuração através de ferramenta;

a figura 10 é uma vista em perspectiva do alinhador da junção de circulação da figura 9 em uma configuração através de ferramenta;

a figura 11 é uma vista em perspectiva do alinhador da figura 10 em uma posição reajustada;

a figura 12 ilustra a junção de circulação da figura 1 em uma configuração de desvio; e a figura 13 é uma vista em perspectiva do alinhador da junção de circulação da figura 12 em uma configuração de desvio.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS MODOS DE REALIZAÇÃO PREFERIDOS [009] Nos desenhos e descrição a seguir, partes iguais estão, tipicamente, marcadas por todo o relatório e desenhos com os mesmos números de referência. As figuras não estão necessariamente em escala. Certas feições da invenção podem estar mostradas em escala exagerada ou de uma forma um tanto esquemática e alguns detalhes de elementos convencionais podem não estar mostrados para salvar a clareza e concisão. A presente revelação é susceptível a modos de realização de formas diferentes. Modos de realização específicos estão descritos em detalhe e mostrados nos desenhos, com o entendimento de que a presente revelação deve ser considerada como exemplificativa dos princípios da invenção, e não pretende limitar a revelação ao aqui ilustrado e descrito. Deve ser inteiramente reconhecido que os diferentes ensinamentos dos modos de realização abaixo mostrados podem ser empregados separadamente ou em qualquer combinação adequada para produzir resultados desejados.

[0010] Na explicação e nas reivindicações a seguir, os termos “incluindo” e “compreendendo” são usados em um modo aberto, devendo,

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 13/35 / 19 desse modo, ser interpretados como ”incluindo, mas não de modo limitativo....”. A menos que expresso de modo diferente, qualquer uso de qualquer forma dos termos “conectar”, “engrenar”, “acoplar”, “unir” ou qualquer outro termo descrevendo uma interação entre elementos não tem a intenção de limitar a interação à interação direta entre elementos e podem incluir também interação indireta entre os elementos descritos. Referência a para cima ou para baixo serão feitas para fins de descrição, com para cima, mais acima, ascendentemente ou a montante, significando em direção à superfície do poço e, com para baixo, mais abaixo, descendentemente ou a jusante significando em direção à extremidade terminal do poço, independentemente da orientação do furo de poço. As várias características acima mencionadas, bem como, outros aspectos e características descritos a seguir em maior detalhe, serão facilmente perceptíveis para aquele experiente na técnica, da leitura da descrição detalhada a seguir dos modos de realização, e pela referência aos desenhos anexos.

[0011] A Figura 1 apresenta esquematicamente uma porção de coluna de perfuração exemplificativa, uma das muitas nas quais uma junção ou válvula de circulação e métodos associados aqui apresentados podem ser empregados. Além disso, outros meios de transporte são contemplados pela presente invenção, como aqueles usados em operações de completação ou intervenção. Uma coluna de perfuração é utilizada para facilitar o detalhamento dos vários modos de realização aqui apresentados. Uma porção de coluna de perfuração 100 inclui uma junção de circulação 105 acoplada a uma junção de topo 110 em sua extremidade superior 115 e a uma junção de fundo 120 em sua extremidade inferior 125. Como será descrito aqui, a junção 105 é seletiva e continuamente atuável, desse modo, também podendo ser referido como uma junção de circulação de múltiplas aberturas, ou MOCS. O MOCS 105 inclui um furo de escoamento 135. O acoplamento de junção de topo 110 e de junção de fundo 120 ao MOCS 105 estabelece um trajeto de fluxo de fluido

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 14/35 / 19 primário 130 que também se acopla fluidicamente ao trajeto de fluxo de fluido na coluna de perfuração 100.

[0012] Como será descrito abaixo em detalhe, o MOCS 105 é configurável seletivamente para permitir fluxo de fluido ao longo de um dos vários trajetos de fluido. Em uma primeira configuração ou configuração inserida, o líquido escoa ao longo do trajeto 130 na junção de topo 110 através do MOCS 105 via furo de escoamento 135 para a junção de fundo 120 e outros componentes que podem estar posicionados furo abaixo da junção de fundo 120, como uma broca de perfuração. Alternativamente, quando o MOCS 105 assume uma segunda configuração, ou configuração de ferramenta traspassante, o fluido escoa ao longo do trajeto 130 na junção de topo 110, ao redor de uma esfera 245 e frestas traspassantes 260 e, finalmente, de volta ao furo de escoamento 135 para religar o trajeto 130 à junção de fundo 120 e outros componentes abaixo do mesmo. Em uma posição alternativa adicional, quando o MOCS 105 assume uma terceira configuração, ou configuração de desvio, o fluido é desviado do trajeto 130 através de um trajeto de fluxo 132 no MOCS 105 para o segmento circular de furo de poço 145, localizado entre a porção de coluna de perfuração 100 e a formação circundante 147. Em alguns modos de realização, o trajeto de fluxo de desvio através do MOCS 105 é alcançado através de uma ou mais frestas 140. Uma vez no segmento circular de furo de poço 145, o fluido retorna à superfície, se desviando da junção de fundo 120 e de outros componentes que podem estar posicionados furo abaixo da junção de fundo 120. Um mecanismo de alinhamento 165 guia o MOCS 105 entre essas várias configurações e posições.

[0013] A Figura 2 é uma vista ampliada do acoplamento entre a junção de topo 110 e o MOCS 105 mostrado na Figura 1. Como mostrado, a junção de topo 110 e a extremidade superior 115 do MOCS 105 são acoplados através de uma conexão com roscas 112. Em modos de realização

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 15/35 / 19 alternativos, os componentes 110, 105 podem ser acoplados por outros meios conhecidos na indústria.

[0014] Do mesmo modo, a Figura 3 é uma vista ampliada do acoplamento entre o MOCS 105 e a junção de fundo 120 mostrado na Figura

1. Como mostrado, a junção de fundo 120 e a extremidade inferior 125 do MOCS 105 são acoplados através de uma conexão com roscas 122. Em modos de realização alternativos, os componentes 120, 105 podem ser acoplados por outros meios conhecidos na indústria.

[0015] Voltando à Figura 1, os detalhes do MOCS 105 serão descritos com referência adicional às vistas ampliadas das porções superior, média e inferior do MOCS 105, conforme ilustrado nas Figuras 4, 5 e 6, respectivamente. Com referência, primeiro, à Figura 1, o MOCS 105 inclui um corpo de válvula ou alojamento 150, um pistão flutuante 155, um mandril de válvula 160, um mecanismo de alinhamento de 165 e um pistão de válvula com fresta 170 dispostos de modo deslizante no alojamento 150. O corpo de válvula 150 do MOCS 105 se acopla à junção de topo 110 via conexão com roscas 112 e à junção de fundo 120 via conexão com roscas 122, conforme descrito acima, com referência às Figuras 2 e 3. Prosseguindo da extremidade superior do furo 115 para a extremidade de fundo de furo 125 do MOCS 105, o pistão de válvula com fresta 170, o alinhador 165 e o pistão flutuante 155 estão posicionados concentricamente dentro do corpo de válvula 150. O mandril de válvula 160 está posicionado concentricamente dentro da válvula de pistão com fresta 170, o alinhador 165 e o pistão flutuante 155 entre a junção de topo 110 e a junção de fundo 120. Em alguns modos de realização, o mandril de válvula 160, o pistão de válvula com fresta 170 e outros componentes representados similarmente nas figuras são membros ou luvas cilíndricas, vazados.

[0016] O alinhador 165 inclui múltiplos componentes interrelacionados, cuja combinação permite que o MOCS 105 seja configurado seletivamente

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 16/35 / 19 para permitir o fluxo de fluido através do MOCS 105 ao longo do trajeto 130 ou para desviar o fluxo de fluido do MOCS 105 ao longo do trajeto 132. Como será descrito mais adiante neste documento, a atuação seletiva entre múltiplas configurações e trajetos de fluxo é alcançada continuamente durante um percurso abaixo do furo de sondagem, e não está limitada a um número predeterminado de atuações. Com referência resumidamente às Figuras 4, 5 e 6, o alinhador 165 inclui um anel de alinhamento 175, anel de alinhamento dentado 180, uma mola grande 185, uma mola pequena 190, uma luva estriada 195 e um espaçador de estria 200. A luva estriada 195 é acoplada no lado de dentro do alojamento 150 de modo a ser rotativa e axialmente fixada em relação ao alojamento 150. O anel de alinhamento 175 é rotativo e axialmente móvel em relação ao alojamento 150 e ao pistão 170, com a mola pequena 190 solicitando o anel de alinhamento 175 em direção à luva estriada 195. A mola grande 185 provê uma força de solicitação ascendente sobre o pistão 170. Outras relações e operações do alinhador 165 estão descritas abaixo.

[0017] A forma pela qual os componentes do MOCS 105 se movem um em relação ao outro será mais bem entendida considerando-se as várias configurações que o MOCS 105 pode assumir. Nos modos de realização ilustrados pelas Figuras 1 a 13, temos múltiplas configurações que o MOCS 105 pode assumir para executar múltiplos trajetos de fluxo: a configuração inserida, a configuração de ferramenta traspassante, e a configuração de desvio. A configuração inserida refere-se à configuração do MOCS 105 quando ele é percorrido furo abaixo e permite o fluxo de fluido de perfuração ao longo do trajeto 130, como ilustrado pelas Figuras 7 e 8. A configuração de ferramenta traspassante do MOCS 105 permite que o fluido de perfuração continue escoando ao longo do trajeto 130, com apenas um ligeiro desvio ao redor do membro de obturação 245 e através das frestas 260. Este trajeto de fluxo está ilustrado nas Figuras 9 e 10. A configuração de desvio do MOCS

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105 desvia o fluido de perfuração do trajeto 130 na junção superior 110 para o segmento circular de furo de poço 145 via trajeto 132, através das frestas 140. A configuração de desvio do MOCS 105 está ilustrada pelas Figuras 12 e 13. [0018] A Figura 7 mostra o MOCS 105 na configuração inserida inicial. Nesta configuração, o mandril de válvula 160 está posicionado entre o pistão de válvula com fresta 170 e a junção de fundo 120 com uma pequena quantidade de folga 205, visível nas figuras 1, 6 e 7, entre o mandril de válvula 160 e a junção de fundo 120. A porção superior 171 do pistão de válvula 170 é ombreada em 173, enquanto o corpo do pistão de válvula 170 bloqueia, ou isolada as frestas de segmento circular 140, provendo, desse modo, um trajeto de fluxo primário desimpedido 130 através da ferramenta. Quando o MOCS 105 é percorrido furo abaixo, o alinhador 165 também assume uma configuração inserida inicial, como mostrado na Figura 8.

[0019] Com referência agora à Figura 8, o anel de alinhamento 175, o anel de alinhamento dentado 180 e a luva estriada 195 estão posicionados concentricamente ao redor do pistão de válvula com fresta 170 com uma folga 215 entre um ressalto 220 do pistão de válvula com fresta 170 e o anel de alinhamento 175. O anel de alinhamento 175 inclui um ou mais entalhes curtos 225 distribuídos ao redor de sua circunferência. O anel de alinhamento 175 também inclui um ou mais entalhes longos 230 distribuídos ao redor de sua circunferência, em posições alternando com os entalhes curtos 225. Entre cada entalhe curto 225 e cada entalhe longo 230, a extremidade inferior 240 do anel de alinhamento 175 é inclinada para formar uma superfície de came. O anel de alinhamento 175 também pode ser referido como um entalhe de alinhamento.

[0020] A luva estriada 195 inclui uma pluralidade de abas inclinadas 235 se estendendo de uma extremidade superior da luva estriada 195 com estrias 198 correspondentes se estendendo ao longo da superfície interna da luva estriada 195. Cada aba 235 e estria 198 da luva estriada 195 é dimensionada

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 18/35 / 19 para se encaixar em cada entalhe curto 225 e em cada entalhe longo 230 do anel de alinhamento 175. Quando o alinhador 165 assume a configuração inserida, como mostrado na Figura 8, cada aba 235 é encaixada com uma superfície inclinada 240 entre os entalhes curtos 225 e entalhes longos 230 para formar superfícies de came que se casam entre a luva estriada 195 e o anel de alinhamento 175.

[0021] Após o MOCS 105 ser posicionado furo abaixo na configuração inserida, pode se tornar desejável desviar o fluxo de fluido 130 para o segmento circular 145. Primeiro, o MOCS 105 deve ser atuado. Com referência novamente à Figura 1, uma esfera 245 cai ou é liberada na coluna de perfuração acoplada à junção de topo 110 da ferramenta 100. A esfera 245 é transportada pelo fluido de perfuração ao longo da coluna de perfuração através da junção de topo 110 para o MOCS 105 onde, com referência agora à Figura 4, a esfera 245 assenta em um assento de esfera 250 na parte superior 171 do pistão de válvula com fresta 170. Uma vez assentada, a esfera 245 obstrui o fluxo de fluido de perfuração através da entrada 257 do pistão de válvula com fresta 170 e provê um diferencial de pressão que atua o MOCS 105. Embora a esfera 245 seja utilizada para acionar o MOCS 105 neste modo de realização exemplificativo, outros membros de obturação conhecidos na indústria, por exemplo, um dardo, podem ser usados alternativamente para atuar o MOCS 105.

[0022] Com referência agora à Figura 5, em resposta à carga da pressão do fluxo do fluido de perfuração agora obstruído, o pistão de válvula com fresta 170 se desloca descendentemente, comprimindo a mola grande 185 contra a luva de espaçador de estria 200 em um ressalto 202. A luva de espaçador de estria 200 confina comum ressalto 210 do mandril de válvula 160. Desse modo, a carga de compressão do pistão de válvula com fresta 170 é transferida através da mola grande 185 e a luva de espaçador de estria 200 para o mandril de válvula 160 que está rosqueado no corpo de válvula 150 em

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162, acima da folga 205, como mostrado na Figura 6. O mandril de válvula 160, conectado às roscas 162, é apertado e não se move mais durante a operação do MOCS 105.

[0023] A translação continuada do pistão de válvula com fresta 170 para baixo sob a carga de pressão do fluido de perfuração também comprime a mola pequena 190 (Figura 4) contra o anel de alinhamento 175 e, eventualmente, fecha a folga 215 (Figura 8) entre o ressalto 220 do pistão de válvula com fresta 170 e o anel de alinhamento 175. Com referência à Figura 8, uma vez fechada a folga 215 e o ressalto 220 do pistão de válvula com fresta 170 confine com o anel de alinhamento 175, a translação continuada do pistão de válvula com fresta 170, para baixo, faz com que as superfícies inclinadas inferiores 240 do anel de alinhamento 175 deslizem ao longo das

X abas inclinadas 235 correspondentes da luva estriada 195. À medida que as superfícies 240 deslizam ao longo das abas inclinadas 235, o anel de alinhamento 175 gira ao redor do pistão de válvula com fresta 170 em relação à luva estriada 195 até que cada aba 235 da luva estriada 195 encaixe completamente um entalhe curto inclinado 225 do anel de alinhamento 175. Isso completa a atuação do MOCS 105, como mostrado na Figura 10.

[0024] Com referência agora à Figura 10, à medida que cada aba 235 da luva estriada 195 encaixa completamente um entalhe curto 225 do anel de alinhamento 175, o anel de alinhamento 175 é impedido de girar e o pistão de válvula com fresta 170 é impedido pelo anel de alinhamento 175 de se deslocar ainda mais para baixo ao redor do mandril de válvula 160. Esta configuração do alinhador 165 corresponde à configuração de ferramenta traspassante do MOCS 105, como mostrado na Figura 9. O anel de alinhamento 175 é restringido rotacionalmente pelo arranjo de intertravamento da aba 235 e entalhe 225, e axialmente restringido pelo confinamento com o ressalto de pistão 220 e luva estriada 195 (que está acoplada ao corpo 150).

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 20/35 / 19 [0025] Com referência agora à Figura 9, a esfera 245 continua a obstruir o fluxo de fluido de perfuração através da entrada 257 do pistão de válvula com fresta 170. O pistão de válvula deslocado descendentemente 170 também continua a isolar as frestas de segmento circular 140 e a impedir a comunicação fluídica entre o fluxo de fluido interno 130 e o segmento circular 145 do furo de poço. Desse modo, o fluido de perfuração escoa ao redor da esfera 245 e passa através de uma ou mais frestas 260 de diâmetro interno (ID) (ver também Figura 4) no pistão de válvula com fresta 170 para definir um trajeto de fluxo interno secundário como mostrado pelas setas 136. Depois de atravessar as frestas ID 260, o fluido de perfuração escoa através do furo de escoamento 255 do pistão de válvula com fresta 170 e continua ao longo do trajeto 130 através do furo de escoamento 135 do MOCS 105 para a junção de fundo 120 e quaisquer componentes que possam estar posicionados furo abaixo da junção de fundo 120. Desse modo, com o MOCS 105 na configuração de ferramenta traspassante, é permitido ao fluido de perfuração escoar da junção de topo 110 através da ferramenta 105 e para a junção de fundo 120.

[0026] Quando for desejado desviar todo ou parte do fluxo de fluido de perfuração para a junção de fundo 120 e/ou para quaisquer componentes posicionados furo abaixo da junção de fundo 120, como o motor de lama ou broca de perfuração, o MOCS 105 pode ser reconfigurado seletivamente da configuração de ferramenta traspassante para a configuração de desvio. Para reconfigurar o MOCS 105 desta forma, o fluxo de fluido de perfuração para o MOCS 105 é primeiro reduzido ou interrompido para permitir que o alinhador 165 seja reajustado. A redução da taxa de fluxo de fluido de perfuração remove a carga de pressão descendente sobre o pistão de válvula com fresta 170. Na ausência dessa carga de pressão, a mola grande 185 se expande, fazendo com que o anel de alinhamento 175 e o pistão de válvula com fresta 170 se desloquem para cima (Figura 4). Ao mesmo tempo, a ausência da

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 21/35 / 19 carga de pressão também permite que a mola pequena 190 se expanda, fazendo com que o pistão de válvula com fresta 170 se desloque para cima em relação ao anel de alinhamento 175 (Figura 4). Uma vez que a mola pequena 190 e a mola grande 185 tenham se expandido, o alinhador 165 é reajustado para a posição mostrada na Figura 11. Ao contrário da posição mostrada na Figura 8, o anel de alinhamento 175 está agora ligeiramente girado e as respectivas superfícies de came da extremidade do anel de alinhamento 240 e abas 235 estão alinhadas para guiar a luva estriada 195 para os entalhes longos 230 em vez de para os entalhes curtos 225.

[0027] Após o alinhador 165 ser reajustado, o fluxo de fluido de perfuração através da porção de coluna de perfuração 100 e junção de topo 110 do MOCS 105 pode ser aumentado, ou retomado, para fazer com que o MOCS 105 e o alinhador 165 assumam suas configurações de desvio. Como anteriormente, a carga de pressão do fluido de perfuração atuando sobre o pistão de válvula com fresta 170 obstruída provoca a translação do pistão 170 para baixo, comprimindo a mola pequena 190 (Figura 4) contra o anel de alinhamento 175 e, eventualmente, fechando a folga 215 (Figura 8) entre o ressalto 220 do pistão de válvula com fresta 170 e o anel de alinhamento 175.

[0028] Uma vez fechada a folga 215 e o ressalto 220 do pistão de válvula com fresta 170 confine com o anel de alinhamento 175, a translação continuada da válvula de pistão com fresta 170, para baixo, faz com que as superfícies inclinadas 240 do anel de alinhamento 175 deslizem ao longo das

X abas 235 da luva estriada 195. À medida que as superfícies inclinadas 240 deslizam ao longo das abas 235, o anel de alinhamento 175 gira da posição mostrada na Figura 11 ao redor do pistão 170 em relação à luva estriada 195 até que cada aba 235 se encaixe em um entalhe longo 230 do anel de alinhamento 175. Conforme mostrado na Figura 11, as abas 235 estão alinhadas com os entalhes 172 sobre o pistão de válvula 170. Após cada aba 235 da luva estriada 195 se encaixar em um entalhe longo 230 do anel de

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 22/35 / 19 alinhamento 175, os entalhes longos 230 ficam alinhados axialmente com as abas 235 e os entalhes 172, e o anel de alinhamento 175 é impedido de girar ainda mais.

[0029] Com referência agora à Figura 13, o pistão de válvula carregado por pressão 170 continua a se deslocar para baixo em relação à luva estriada fixa 195, devido ao fato das abas 235 estarem alinhadas com os entalhes longos 230 e entalhes 172. Os entalhes longos 230 e os entalhes 172 são guiados ao redor das estrias 198 até que o pistão da válvula 170 alcance a posição na luva estriada 195, como mostrado na Figura 13, onde um ressalto de pistão de válvula 178 (Figuras 4, 9 e 12), contatou um ressalto de mandril de válvula 164 para encostar o pistão de válvula 170 sobre o mandril 160. Esta configuração de alinhador 165 corresponde à configuração de desvio do MOCS 105 como mostrado na Figura 12.

[0030] Com referência à Figura 12, quando o MOCS 105 assume sua configuração de desvio, a esfera 245 continua a obstruir o fluxo de fluido de perfuração através da entrada 257 do pistão de válvula com fresta 170. Além disso, as frestas ID 260 do pistão de válvula com fresta 170 foram dispostas abaixo da extremidade superior do mandril de válvula 160 de modo que agora o mandril de válvula 160 bloqueia as frestas 260. Simultaneamente, as frestas de diâmetro exterior (OD) 140 no corpo de válvula 150 são expostas ao fluxo de fluido ao redor da esfera 245 pelo pistão de válvula deslocado para baixo 170. Com a entrada 257 para o pistão de válvula com fresta 170 obstruída pela esfera 245 e as frestas 260 bloqueadas pelo mandril de válvula 160, o fluxo de fluido de perfuração ao redor da esfera 245 é desviado do trajeto 130 para trajeto 132 através das frestas 140 para o segmento circular de furo de poço 145, se desviando assim da junção de fundo 120 e dos componentes que possam estar posicionados furo abaixo da junção de fundo 120.

[0031] Para restabelecer o fluxo de fluido de perfuração ao longo do trajeto 130 através do furo de escoamento 135 do MOCS 105, o fluxo de

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 23/35 / 19 fluido de perfuração é descontinuado para permitir que o alinhador 165 seja reajustado, como descrito acima, para a posição da Figura 8. Após o alinhador 165 ser reajustado, o fluxo de fluido de perfuração é, então, retomado para fazer com que o alinhador 165 gire e trave em sua configuração de ferramenta traspassante (Figura 10) e o MOCS 105 assuma sua configuração de ferramenta traspassante (Figura 9), significando que o pistão de válvula com fresta 170 está deslocado em relação ao mandril de válvula 160, de modo que as frestas ID 260 já não estão bloqueadas pelo mandril de válvula 160 e as frestas 140 não estão mais expostas. É permitido, então, que o fluido de perfuração escoe ao longo do trajeto 130/136 através do MOCS 105 para a junção de fundo 120.

[0032] Após um período de tempo, o fluxo de fluido de perfuração pode ser novamente desviado do trajeto 130 através do MOCS 105 para o trajeto 132 através das frestas 140 do corpo de válvula 150 para o segmento circular de furo de poço 145. Novamente, o fluxo de fluido de perfuração é descontinuado para permitir que o alinhador 165 seja reajustado para a posição da Figura 11. Após o alinhador 165 ser reajustado, o fluido de perfuração é, então, retomado para fazer com que o alinhador 165 gire e trave em sua configuração de desvio (Figura 13) e o MOCS 105 assuma sua configuração desvio (Figura 12), significando que o pistão de válvula com fresta 170 está deslocado em relação ao mandril de válvula 160, de modo que, as frestas ID 260 estão bloqueadas pelo mandril de válvula 160 e as frestas OD 140 no corpo de válvula 150 estão expostas. O fluido de perfuração é, então, desviado do trajeto 130 para o trajeto 132 através das frestas OD 140 para o segmento circular de furo de poço 145.

[0033] Durante as movimentações nos modos de realização aqui descritos, o anel de alinhamento dentado 180 serve a vários propósitos. Nas posições de reajuste do alinhador 165, como nas Figuras 8 e 11, o anel de alinhamento dentado 180 impede o pistão de válvula 170 de girar devido às

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 24/35 / 19 estrias 198 estarem sempre encaixadas nos entalhes no anel de alinhamento dentado 180 e os dentes do anel de alinhamento dentado 180 encaixar as superfícies de came inclinadas do anel de alinhamento 175. Além disso, o anel de alinhamento dentado 180 desloca o anel de alinhamento 175 para a posição seguinte, quando o anel de alinhamento 175 é retornado pela força da mola pequena 190. Em alguns modos de realização, o anel de alinhamento dentado180 pode ser impedido de girar ou se mover axialmente por parafusos de cabeça. Uma força axial aplicada ao anel de alinhamento dentado180 pode ser recebida por um degrau no anel de alinhamento dentado 180, enquanto uma força axial oposta da mola grande 185 neutraliza essa força e força o anel de alinhamento dentado 180 sobre o pistão de válvula 170 de forma que os parafusos de cabeça experimentem pouca força axial líquida.

[0034] Como descrito acima, o MOCS 105 pode ser configurado seletivamente, para sua configuração de ferramenta traspassante ou para sua configuração de desvio interrompendo e, em seguida, restabelecendo o fluxo de fluido de perfuração para o MOCS 105. Além disso, o MOCS 105 pode ser reconfigurado dessa forma um número ilimitado de vezes sem a necessidade de retorno da ferramenta para a superfície. Isto permite reduções significativas de tempo e custos para as operações de furo de poço envolvendo o MOCS 105, em comparação com aquelas associadas às operações que empregam junções de circulação convencionais.

[0035] Nos modos de realização exemplificativos do MOCS 105 ilustrado nas Figuras 1 a 13, o MOCS 105 é configurável em qualquer uma das duas configurações após atuação via alinhador 165. Entretanto, em outros modos de realização, o MOCS 105 pode assumir três ou mais configurações pós-atuação, incluindo-se entalhes adicionais de comprimentos diferentes ao longo da circunferência do anel de alinhamento 175 do alinhador 165.

[0036] Nos modos de realização exemplificativos do MOCS 105 ilustrado nas Figuras 1 a 13, o MOCS 105 é configurável através da aplicação

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 25/35 / 19 de uma carga de pressão do fluido de perfuração. Entretanto, em outros modos de realização, o MOCS 105 pode ser configurado por meios mecânicos, incluindo, por exemplo, um cabo de perfuração acoplado fisicamente ao pistão de válvula com fresta 170 e configurado para deslocar o pistão de válvula com fresta 170, quando necessário. Alternativamente, o pistão de válvula pode receber uma carga mecânica pesada, como uma barra pesada caindo sobre o topo do pistão de válvula. Outros meios para atuar o MOCS e arranjo alinhador aqui descritos são consistentes com os vários modos de realização.

[0037] Os modos de realização aqui descritos podem ser usados em ambientes incluindo fluidos com material contra perda de circulação. Por exemplo, o arranjo de diâmetros internos das frestas ID 260 e diâmetros externos das frestas OD 140 impedem que quaisquer espaços supérfluos atuem como áreas de estagnação de fluxo onde partículas se acumulem e bloqueiem a ferramenta. Além disso, em alguns modos de realização, o alinhador 165 é colocado em uma câmara de óleo. Com referência à Figura 4, uma câmara de óleo se estende de um local entre as frestas OD 140 e o ponto 174 até o pistão flutuante 155, da Figura 5, e envolve o alinhador 165, incluindo as molas 185, 190. O alinhador 165 não é exposto aos fluidos do poço. Consequentemente, os componentes internos do MOCS 105 podem ser hidrostaticamente equilibrados, bem como, podem ter pressão diferencial equilibrada, permitindo que o MOCS 105 apenas mude de posições quando uma vazão pré-determinada for alcançada.

[0038] Embora modos de realização preferidos tenham sido mostrados e descritos, modificações aos mesmos podem ser feitas por alguém experiente na técnica sem se afastar do escopo ou ensinamentos aqui revelados. Os modos de realização aqui descritos são apenas exemplificativos e não são limitativos. Muitas variações e modificações do sistema e aparelho são possíveis e estão dentro do escopo da invenção. Por conseguinte, o escopo de

Petição 870190000107, de 02/01/2019, pág. 26/35 / 19 proteção não se limita aos modos de realização aqui descritos, estando limitado apenas pelas reivindicações a seguir, cujo escopo deverá incluir todos os equivalentes da invenção das reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Ferramenta de furo abaixo (105) para circular fluido no interior do furo de poço que compreende:

um alojamento tubular (150) com uma fresta externa (140);

um pistão (170) deslizavelmente disposto no alojamento (150); uma cavidade de fluxo interno (135) se estendendo através do alojamento (150) e o pistão (170) incluindo um trajeto de fluxo de fluido primário (130), caracterizada pelo fato de:

o pistão (170) incluir uma primeira posição isolando a fresta externa (140) do trajeto de fluxo de fluido primário (130) e uma segunda posição obstruindo o trajeto de fluxo de fluido primário (130) e expondo a fresta externa (140) para prover um trajeto de fluxo de desvio entre a cavidade de fluxo interno (135) e um segmento circular de furo de poço (145); e um mecanismo de alinhamento (165) acoplado entre o alojamento (150) e o pistão (170) para guiar o pistão (170) entre as primeira e segunda posições.
2. Ferramenta de furo abaixo (105) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do mecanismo (165) prover movimentação contínua do pistão (170) entre as primeira e segunda posições durante um único percurso para o furo de poço.
3. Ferramenta de furo abaixo (105) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do pistão (170) ser móvel entre as primeira e segunda posições por um número ilimitado de vezes durante um único percurso para o furo de poço.
4. Ferramenta de furo abaixo (105) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do mecanismo de alinhamento (165) incluir adicionalmente uma luva estriada fixa (195) e um anel de alinhamento rotativo (175).

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2 / 7
5. Ferramenta de furo abaixo (105) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato da luva estriada (195) ser fixada ao alojamento (150).
6. Ferramenta de furo abaixo (105) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato da luva estriada fixa (195) incluir abas inclinadas (235) e estrias internas (198) deslizáveis para entalhes alternadamente longos (230) e curtos (225) sobre o anel de alinhamento rotativo (175).
7. Ferramenta de furo abaixo de (105) acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato do pistão (170) incluir entalhes (172) alinhados com estrias internas (198) da luva estriada (195).
8. Ferramenta de furo abaixo (105) de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de:

o anel de alinhamento (175) ser disposto entre os entalhes do pistão (172) e a luva estriada (195);

os entalhes curtos (225) do anel de alinhamento (175) encaixarem as abas (235) da luva estriada (195) na primeira posição para impedir que os entalhes do pistão (172) se encaixem com as estrias internas (198); e os entalhes longos (230) do anel de alinhamento (175) encaixarem as abas (235) da luva estriada (195) na segunda posição para permitir que as estrias internas (198) ultrapassem o anel de alinhamento (175) e alcancem os entalhes de pistão (172).
9. Ferramenta de furo abaixo (105) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato do mecanismo de alinhamento (165) incluir adicionalmente um anel dentado alinhador (180) encaixado com o anel de alinhamento (175) e a luva estriada (195).
10. Ferramenta de furo abaixo (105) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato do mecanismo de alinhamento (165)

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3 / 7 incluir adicionalmente uma mola de solicitação (185, 190).
11. Ferramenta de furo abaixo (105) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente um mandril (160) disposto no pistão (170), o mandril (160) com uma extremidade superior disposta abaixo de uma extremidade superior (171) do pistão (170) na primeira posição, e a extremidade superior do pistão (171) incluir um assento de esfera (250) e uma fresta interna (260).
12. Ferramenta de furo abaixo (105) de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente uma esfera (245) disposta no assento de esfera (250) para obstruir o trajeto de fluxo primário (130) e prover um trajeto de fluxo interno secundário através da fresta interna (260).
13. Ferramenta de furo abaixo (105) de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato da fresta interna (260) ser disposta abaixo da extremidade superior do mandril (160) na segunda posição para obstruir a fresta interna (260) e o trajeto de fluxo interno, e expor a fresta externa (140) e o trajeto de fluxo de desvio.
14. Ferramenta de furo abaixo (105) de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente uma mola de solicitação de pistão (185) disposta ao redor do mandril (160).
15. Ferramenta de furo abaixo (105) de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato do mecanismo de alinhamento (165) e a mola de solicitação de pistão (185) serem dispostos em uma câmara de óleo vedada.
16. Sistema para circular fluido dentro de um furo de poço que compreende:

uma coluna tubular (100) com uma cavidade de fluxo interno (135);

um alojamento (150) acoplado à coluna tubular (100), o

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4 / 7 alojamento (150) incluindo uma fresta (140), caracterizado pelo fato de:

um pistão (170) disposto no alojamento (150), o pistão (170) sendo seletivamente móvel para isolar e expor a fresta (140) à cavidade de fluxo interno (135), em que o pistão (170) é configurado para receber um membro de obturação (245) para obstruir um trajeto de fluxo de fluido primário (130) enquanto isola a fresta do alojamento (140); e um alinhador rotativo (165) acoplado ao pistão (170), o alinhador rotativo (165) operável para mover o pistão (170) por um número ilimitado de vezes durante um único percurso para o furo de poço.
17. Sistema de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato do alinhador rotativo (165) compreender:

um anel de alinhamento (175) tendo um conjunto de entalhes (225) curtos e um conjunto de entalhes longos (230); e uma luva estriada (195) tendo um conjunto de estrias internas (198);

em que o conjunto de estrias internas (198) é alternadamente disposto no conjunto de em talhes curtos (225) e no conjunto de entalhes longos (230) enquanto movendo o pistão (170).
18. Sistema de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato do membro de obturação (245) compreender uma esfera (245), e do pistão (170) incluir uma extremidade superior (171) com um assento (250) e uma fresta (260), em que o assento (250) recebe a esfera (245) para obstruir um fluxo de fluido para o pistão (170) enquanto a fresta de alojamento (140) é isolada, e onde a fresta de pistão (260) direciona o fluxo de fluido para o pistão (170).
19. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um mandril interno (160) para obstruir o fluxo de fluido para a fresta de pistão (260) enquanto a fresta de

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5 / 7 alojamento (140) é exposta e o fluxo de fluido ser direcionado para um segmento circular de furo de poço (145).
20. Método para circular fluido dentro de um furo de poço que compreende:

dispor uma coluna tubular (100) com uma junção de circulação (105) no furo de poço;

escoar um fluido através da coluna tubular (100) e a junção de circulação (105);

isolar uma fresta externa (140) na junção de circulação (105) com um pistão interno (170), caracterizado pelo fato de:

obstruir o fluxo de fluido através da coluna tubular (100) e da junção de circulação (105);

mover o pistão interno (170) pelo giro de um alinhador (165); expor a fresta externa (140) do fluxo de fluido; e direcionar o fluxo de fluido através da fresta externa (140).
21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente:

bloquear uma entrada do pistão interno (170) com um membro de obturação (245); e escoar o fluido ao redor do membro de obturação (245) e para a fresta de pistão (260).
22. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente:

bloquear a fresta de pistão (260) em resposta ao movimento do o pistão interno (170); e desse modo, direcionar o fluxo de fluido através da fresta externa (140).
23. Método para circular fluido dentro de um furo de poço que

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6 / 7 compreende:

dispor uma coluna tubular (100) com uma junção de circulação (105) no furo de poço;

escoar um fluido através da coluna tubular (100) e da junção de circulação (105);

isolar uma fresta (140) em um alojamento externo (150) da junção de circulação (105) com um pistão interno (170), caracterizado pelo fato de:

prover um membro de obturação (245) no pistão interno (170) para obstruir um trajeto de fluxo de fluido primário (130) enquanto isola a fresta (140);

mover o pistão interno (170) por girar uma porção do alinhador (165);

expor a fresta (140) ao fluxo de fluido;

mover o pistão interno (170) por girar a porção do alinhador (165) para tornar a isolar a fresta (140); e mover continuamente o pistão interno (170) e girar a porção de alinhador (165) durante um único percurso para o furo de poço.
24. Método de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente:

obstruir o fluxo de fluido para atuar o pistão interno (170) e o alinhador (165);

manter o isolamento da fresta (140) por impedir a translação do pistão interno (170) usando o alinhador (165);

diminuir o fluxo de fluido para transladar o pistão (170) e reajustar o alinhador (165);

aumentar o fluxo de fluido para transladar o pistão (170) e expor a fresta (140); e repetir a diminuição e aumento das etapas de fluxo de fluido

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7 / 7 para isolar e expor seletivamente a fresta (140) por qualquer número de vezes durante a único percurso no furo de poço.