MX2011005433A - Uso de un material hinchable en un elemento de sello anular para prevenir la fuga en un pozo subterraneo. - Google Patents

Abstract

Un método para sellar un espacio anular formado entre una sarta de revestimiento y una superficie en un pozo incluye: posicionar un elemento de sello en el espacio anular, un material hinchable del elemento de sello se posiciona entre la sarta de revestimiento y la superficie; y fluir cemento a través de un canal formado entre el material hinchable y la sarta de revestimiento. Un método para sellar un pozo incluye las etapas de: posicionar un elemento de sello anular que comprende un material hinchable en el pozo; y fluir cemento dentro de al menos un canal formado longitudinalmente a través del elemento de sello. Un método para sellar un espacio anular entre dos sartas de revestimiento incluye: proporcionar múltiples segmentos arqueados, cada uno de los segmentos comprende un material hinchable; e instalar los segmentos en el espacio anular, cada uno de los segmentos ocupando de esta forma una parte circunferencial respectiva del espacio anular.

Description

USO DE UN MATERIAL HINCHABLE EN UN ELEMENTO DE SELLO ANULAR PARA PREVENIR LA FUGA EN UN POZO SUBTERRANEO CAMPO TÉCNICO La presente descripción se relaciona generalmente con el equipamiento utilizado y las operaciones ejecutadas de conjunto con un pozo subterráneo y, en una modalidad descrita en la presente, más particularmente permite usar un material hinchable en un elemento de sello anular para prevenir la fuga en un pozo .

ANTECENDENTES Las trayectorias de las fugas en ocasiones pueden originarse en intervalos cementados debido a la pobre adherencia del cemento a una superficie de formación térrea circundante, la eliminación incompleta de la torta del filtro de lodo antes de colocar el cemento en el intervalo, el hundimiento y la compactación . En algunas circunstancias, el cemento no se adherirá apropiadamente a la superficie interior de una tubería de revestimiento externa o superficie de formación debido a la eliminación incompleta del fluido de perforación de la superficie, a la presencia de una torta del filtro en la superficie o a una película de lodo de perforación en la superficie. En pozos horizontales, un canal de fluido puede desarrollarse en el lado de alta del hoyo, debido a (pero no limitado a) la migración de fluido fuera de la lechada de cemento o diferencias de densidad de los diferentes materiales líquidos en el hoyo.

Además, las situaciones pueden originarse en el sentido que el cemento toma una adherencia inicial a la superficie de la tubería de revestimiento u hoyo, pero entonces se despega (separara) de la superficie en algún momento en el futuro. Estas situaciones pueden deberse a, por ejemplo, hundimiento del yacimiento, movimiento de la placa tectónica, temperaturas fluctuantes, presiones fluctuantes y cambios en las tensiones del hoyo.

Cuando estas situaciones se originan, y no existe un sello efectivo a lo largo del intervalo (por ejemplo, en un espacio anular entre dos sartas de revestimiento, o entre una sarta de revestimiento y la superficie interior del hoyo) , los fluidos pueden migrar desde un yacimiento o zona hacia otro, o hacia la superficie. El flujo descontrolado entre yacimientos frecuentemente se denomina un reventón subterráneo y es altamente indeseable. Los fluidos del yacimiento (líquidos y/o gases) que fluyen accidentalmente hacia la superficie (por ejemplo, entre las sartas de revestimiento) frecuentemente se le denomina presión en el interior de la tubería de revestimiento. Si las presiones ejercidas por los fluidos persisten por largos periodos, entonces esto frecuentemente se denomina presión sostenida en el interior de la tubería de revestimiento.

Actualmente, no existe una solución completamente satisfactoria a estos problemas. Se conoce el uso de un empacador hinchable a lo largo del intervalo cementado de manera que, si el cemento filtra, el empacador puede hincharse y cerrar el espacio anular, pero el empacador se encierra en el cemento y no puede cerrar de un modo fiable un canal de fluido en el propio cemento. El elemento hinchable no sellará el canal a menos que exista un contacto directo con el canal y el fluido que se encuentra allí dentro. También se conoce mezclar partículas de material hinchable en la lechada de cemento, pero este método resulta en un cambio de volumen efectivo relativamente pequeño, el cual puede no ser suficiente para sellar trayectorias de fuga mayores.

Por consiguiente, se apreciará que se necesitan mejoras en el arte de prevenir la fuga en un pozo subterráneo.

SUMARIO En la presente descripción, se proporcionan sistemas de pozo y métodos asociados que resuelven al menos un problema en el arte. Un ejemplo se describe posteriormente en el cual un elemento de sello que comprende un material hinchable que proporciona canales entre el material hinchable y una sarta de revestimiento, de manera que el cemento pueda fluye a través de los canales y el material hinchable puede hincharse y sellar contra otra sarta de revestimiento o una superficie de formación. Otro ejemplo se describe posteriormente en el cual segmentos de material hinchable se instalan en un espacio anular entre dos sartas de revestimiento, de manera que cuando el material hinchable se hincha, los segmentos cerrarán el espacio anular y de esta forma sellarán entre las sartas de revestimiento.

En un aspecto, se proporciona un método para sellar un espacio anular formado entre una sarta de revestimiento y una superficie en un pozo subterráneo. El método incluye las etapas de: posicionar un material hinchable en un espacio anular, con el material hinchable posicionado entre la sarta de revestimiento y la superficie; y fluir cemento a través de al menos un canal formado entre al material hinchable y la sarta de revestimiento.

En otro aspecto, se proporciona un sistema de pozo que incluye una sarta de revestimiento posicionada en un hoyo; un elemento de sello que comprende un material hinchable que se hincha y de esta forma provoca que el elemento de sello se selle contra una superficie en el hoyo; y al menos un canal formado entre el material hinchable y la sarta de revestimiento. El cemento se hace fluir hacia el interior del canal .

En aún otro aspecto, se proporciona un método para sellar un espacio anular entre dos sartas de revestimiento el cual incluye las etapas de: proporcionar múltiples segmentos arqueados, cada uno de los segmentos comprende un material hinchable; e instalar los segmentos en el espacio anular. Cada uno de los segmentos ocupa de esta forma una parte circunferencial respectiva del espacio anular.

En un aspecto adicional, un método para sellar un pozo subterráneo incluye las etapas de: posicionar un elemento de sello anular que comprende un material hinchable en el pozo; y fluir cemento hacia dentro de al menos un canal formado longitudinalmente a través del elemento de sello.

En aún un aspecto adicional, se proporciona un método para sellar un hoyo dentro de una tubería de revestimiento, u hoyo el cual incluye las etapas de: amortajar un implemento con un elemento de sello que comprende un material de hinchamiento que contiene al menos un canal allí dentro, y posicionar el implemento dentro de la tubería de revestimiento u hoyo. El elemento sella contra la superficie de la tubería de revestimiento o la tierra, y el cemento se hace fluir a través del canal.

Otro aspecto comprende un método para sellar un espacio anular formado entre dos superficies en un pozo subterráneo. El método incluye las etapas de: posicionar un elemento de sello que comprende un material hinchable en el espacio anular, el material hinchable se posiciona entre las superficies; y fluir cemento a través de al menos un canal formado entre el material hinchable y una de las superficies.

Un aspecto adicional comprende un método para sellar un espacio anular formado entre una sarta de revestimiento y una superficie en un pozo. El método incluye: posicionar un elemento de sello en el espacio anular, un material hinchable del elemento de sello se posiciona entre la sarta de revestimiento y la superficie; y fluir cemento a través del canal formado entre el material hinchable y la sarta de revestimiento .

Estas y otras características, desventajas y beneficios serán evidentes para alguien de habilidad ordinaria en el arte bajo consideración cuidadosa de la descripción detallada de las modalidades representativas posteriores y las figuras acompañantes, en las cuales los elementos similares se indican en las diferentes figuras usando los mismos números de referencia.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La FIG. 1 es una vista en sección transversal esquemática parcialmente de un sistema de pozo y método asociado que lleva a la práctica los principios de la presente descripción; La FIG. 2 es una vista en sección transversal a escala ampliada a través de un dispositivo de sello anular, tomada a lo largo de la línea 2-2 de la FIG. 1; La FIGS . 2A-C son unas vistas en sección transversal a escala más ampliada de configuraciones de soporte que pueden usarse en el dispositivo de sello anular de la FIG. 2; Las FIGS. 3-10 son vistas esquemáticas de configuraciones adicionales del dispositivo de sello anular.

La FIG. 11 es una vista en sección transversal esquemática de otra configuración del sistema de pozo y método asociado que lleva a la práctica los principios de la presente descripción; La FIG. 12 es una vista en sección transversal a escala ampliada a través de un dispositivo de sello anular, tomada a lo largo de la línea 12-12 de la FIG. 11; La FIG. 13 es una vista en sección transversal esquemática parcialmente de otro sistema de pozo y método asociado que lleva a la práctica los principios de la presente descripción; La FIG. 14 es una vista elevacional esquemática a escala ampliada de un tapón que comprende un dispositivo de sello anular utilizable en el sistema y método de la FIG. Í3; La FIG. 15 es una vista esquemática parcialmente en sección transversal del sistema de pozo y método de la FIG. 13 después de ejecutarse las etapas adicionales del método; y La FIG. 16 es una vista en sección transversal parcialmente a escala ampliada del sistema de pozo y método después de ejecutarse las etapas adicionales del método.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Debe entenderse que las diferentes modalidades descritas en la presente pueden utilizarse en diferentes orientaciones, tales como inclinada, invertida, horizontal, vertical, etc., y en varias configuraciones, sin separarse de los principios de la presente descripción. Las modalidades se describen meramente como ejemplos de aplicaciones útiles de los principios de la descripción, las cuales no están limitadas a ninguno de los detalles específicos de estas modalidades.

En la siguiente descripción de las modalidades representativas de la descripción, términos direccionales , tales como, "encima", "debajo", "superior", "inferior", etc., son usados para conveniencia en referencia a las figuras acompañantes. En general, "encima", "superior", "hacia arriba" y términos similares se refieren a una dirección hacia la superficie de la tierra a lo largo de un hoyo, y "debajo", "inferior", "hacia abajo" y términos similares se refieren a una dirección lejos de la superficie de la tierra a lo largo del hoyo .

Un sistema de pozo 10 y método asociado se ilustra representativamente en la FIG. 1 el cual incorpora principios de la presente descripción. En el sistema de pozo 10, una sarta de revestimientol2 se ha cementado en un hoyo 14 por medio de cemento 16 fluido hacia dentro de un espacio anular 18 formado radialmente entre la sarta de revestimiento y el hoyo. Otra sarta de revestimiento 20 se ha cementado dentro de la sarta de revestimiento 12 por medio del cemento 22 fluido hacia dentro de un espacio anular 24 formado radialmente entre las sartas de revestimiento.

Como se usa en la presente, el término "sarta de revestimiento" se usa para referirse a una sarta tubular usada para formar un revestimiento protector en un hoyo. Una sarta de revestimiento puede constituirse de cualquiera .de aquellos tipos conocidos con más precisión por aquellos expertos en el arte como una tubería de revestimiento, camisa, tubería o tubería de producción. Las sartas de revestimiento se pueden hacer de varios materiales (tales como acero, otras aleaciones, compuestos, etc.) y pueden ser segmentadas, continuas, expandidas, formadas in situ, etc. · Como se usa en la presente, el término "cemento" se usa para referirse a un material que inicialmente puede fluir, el cual posteriormente se endurece para de esta forma sellar y asegurar una sarta tubular en un pozo, o para formar un sello o tapón en un pozo. Un cemento puede estar compuesto sustancialmente de material cementoso y/o éste puede incluir otros diferentes tipos de materiales (tales como epoxis, otros polímeros, elastómeros, materiales resinosos, rellenos inertes, materiales hinchables, etc.). El cemento puede usarse para sellar un espacio anular entre dos sartas tubulares y/o el cemento puede usarse para sellar un espacio anular entre la sarta tubular y la superficie de formación, o para rellenar la tubería de revestimiento u hoyo.

Como se representa en la FIG. 1, el cemento 16 sella el espacio anular 18 entre una superficie exterior 26 de la sarta de revestimiento 12 y una superficie 28 de una formación 30 intersectada por el hoyo 14. El cemento 22 sella el espacio anular 24 entre una superficie exterior 32 de la sarta de revestimiento 20 y una superficie interior 34 de la sarta de revestimiento 12.

Antes de cementar la sarta de revestimiento 20 dentro de la sarta de revestimiento 12, la sarta de revestimiento 20 se transporta hacia dentro de la sarta de revestimientol2 con un dispositivo de sello anular 36 sobre ella. El dispositivo de sello anular 36 incluye canales 38 allí dentro para que el cemento 22 fluya a través del espacio anular 24 entre los lados longitudinales opuestos 40 del dispositivo. Además, el dispositivo 36 incluye un material hinchable 42 en un elemento de sello 44 para contactar de manera sellada la superficie interior 34 de la sarta de revestimiento 12.

Preferiblemente, el dispositivo de sello 36 se centra dentro de la sarta de revestimientol2 durante la instalación. Para este propósito, la sarta de revestimiento 20 puede proporcionarse con centralizadores (no mostrados) encima y/o debajo del dispositivo de sello 36. Los centralizadores adecuados se comercializan pero no se limitan a Halliburton Energy Services, Centek or Protech Centerform.

En otra modalidad, el dispositivo 36 podría transportarse hacia dentro del hoyo 14 sobre la sarta de revestimiento 12. En ese caso, los canales 38 permitirían el flujo del cemento 16 a través del espacio anular 18 entre los lados opuestos 40 del dispositivo 36, y el material hinchable 42 podría contactar de manera sellada la superficie 28 de la formación 30.

En otra modalidad, un implemento que se amortaja con materiales hinchables y al menos un canal, podría transportarse hacia dentro del pozo con una tubería de revestimiento, tubería de producción, cable de alambre, cable sólido de alambre, tubería de producción espiral o mediante otros medios disponibles. Una vez depositado el implemento en la tubería de revestimiento o dentro del hoyo podría hincharse para sellar contra la superficie de la tubería de revestimiento o la tierra. El cemento podría entonces fluir a través del canal.

Cualquier tipo de material hinchable se puede usar para el material 42 en el dispositivo 36. El término "hincharse" y términos similares (tales como "hinchable") se usan en la presente para indicar un incremento en el volumen de un material. Típicamente, este incremento en el volumen se debe a la incorporación de componentes moleculares del fluido dentro del material hinchable en sí, pero otros mecanismos o técnicas de hinchamiento se pueden usar, si se desea. Se debe observar que hinchamiento no es lo mismo que expansión, aunque un material puede expandirse como resultado del hinchamiento .

Por ejemplo, en algunos empacadores convencionales, un elemento de sello se puede expandir radialmente hacia afuera comprimiendo longitudinalmente el elemento de sello, o inflando el elemento de sello. En cada uno de estos casos, el elemento de sello se expande sin ningún incremento en el volumen del material del que está hecho el elemento de sello. De esta manera, en estos empacadores convencionales, el elemento de sello se expande, pero no se hincha.

El fluido que provoca el hinchamiento del material hinchable 42 podría ser agua y/o fluido de hidrocarburo (tal como petróleo o gas) . El fluido podría ser un gel o un material semisólido, tal como una cera o parafina que contiene hidrocarburo la cual se funde cuando se expone a una temperatura elevada en un hoyo. De esta manera, el hinchamiento del material 42 podría retardarse hasta que el material se posicione en el fondo del pozo donde existe una temperatura elevada predeterminada.

El fluido podría provocar el hinchamiento de un material hinchable 42 como consecuencia del paso del tiempo. El fluido que provoca el hinchamiento del material 42 podría estar presente naturalmente en el pozo, o podría transportarse con el dispositivo de sello anular 36, transportarse separadamente o hacerse fluir en contacto con el material 42 en el pozo cuando se desee. Cualquier manera de contactar el fluido con el material 42 puede usarse de acuerdo con los principios de la presente descripción.

Varios materiales hinchables se conocen por aquellos expertos en el arte, tales materiales se hinchan cuando contactan con agua y/o fluido de hidrocarburo, por lo que una lista exhaustiva de estos materiales no se presentará en la presente. Las listas parciales de materiales hinchables se pueden encontrar en la patente U.S. No. 3385367 y 7059415, y en la solicitud publicada U.S. No. 2004-0020662, cuyas descripciones completas se incorporan en la presente mediante esta referencia.

Como otra alternativa, el material hinchable 42 puede tener dentro una parte sustancial de cavidades que se comprimen o colapsan en la condición de superficie. Luego, después de colocarse en el pozo a una presión más alta, el material 42 se expande por las cavidades rellenas de fluido.

Este tipo de aparato y método podría usarse donde se desee para expandir el material 42 en presencia de gas en lugar de petróleo o agua. Un material hinchable adecuado se describe en la solicitud publicada U.S. 2007-0257405, cuya descripción completa se incorpora en la presente mediante esta referencia.

Preferiblemente, el material hinchable 42 usado en el dispositivo 36 se hincha por difusión de hidrocarburos dentro del material hinchable, o en el caso de un material hinchable al agua, por el agua absorbida por un material súper-absorbente (tal como celulosa, arcilla, etc.) y/o a través de actividad osmótica con un material como la sal . Los materiales de hidrocarburo-, agua- y gas-hinchable pueden combinarse en el elemento de sello 44 del dispositivo 36, si se desea.

Debería, de esta forma, entenderse claramente que cualquier tipo o combinación de material hinchable que se hincha cuando contacta con cualquier tipo de fluido puede usarse de acuerdo con los principios de esta descripción. El hinchamiento del material 42 puede iniciarse en cualquier momento, pero preferiblemente el material se hincha al menos después que el dispositivo 36 se instala en el pozo.

El hinchamiento del material 42 puede retardarse, si se desea. Por ejemplo, una membrana o revestimiento puede estar sobre cualquiera o todas las superficies del material 42 para de esta forma retardar el hinchamiento del material. La membrana o revestimiento podría tener una tasa inferior de hinchamiento, o una tasa inferior de difusión de fluido a través de la membrana o revestimiento, para retardar el hinchamiento del material 42. La membrana o revestimiento podría tener permeabilidad reducida o podría romperse en respuesta a la exposición a ciertos períodos de tiempo y/o ciertas temperaturas. Las técnicas adecuadas y arreglos para retardar el hinchamiento de un material hinchable se describen en la patente U.S. No. 7,143,832 y en la solicitud publicada No. 2008-0011473, cuyas descripciones completas se incorporan en la presente mediante esta referencia.

Con referencia ahora además a la FIG. 2, se ilustra representativamente una vista en sección transversal esquemática a escala ampliada del dispositivo de sello anular 36 aparte del resto del sistema de pozo 10 para cuna mayor claridad de la ilustración y la descripción. En esta vista puede verse que el dispositivo 36 se transporta sobre una superficie exterior generalmente cilindrica 48 (tal como la superficie exterior 32 de la sarta de revestimiento 20 o la superficie exterior 26 de la sarta de revestimiento 12) y se usa para sellar contra una superficie interior generalmente cilindrica 46 (tal como la superficie interior 34 de la sarta de revestimiento 12 o la superficie 28 de la formación 30) .

Una brecha radial 50 existe inicialmente entre el elemento de sello 44 y la superficie 46 cuando el dispositivo 36 se instala en el pozo. Sin embargo, cuando se contacta con el fluido como se describió anteriormente, el material hinchable 42 se hincha y la brecha 50 se cierra, por consiguiente se sella un espacio anular 52 (tal como el espacio anular 18 o el espacio anular 24) .

Los canales 38 se forman entre múltiples soportes 54 extendiéndose generalmente radialmente entre el elemento de sello 44 y un manguito interior generalmente cilindrico 56. El manguito 56 se usa para fijar el dispositivo 36 a una sarta de revestimiento (tal como la sarta de revestimiento ,12 o la sarta de revestimiento 20) . La soldadura, adherencia, vulcanización, tornillos de ajuste u otros medios de fijación se pueden usar como se desee. En algunas modalidades, el manguito 56 puede no ser necesario.

Los soportes 54 en el ejemplo de la FIG. 2 sirven para separar el elemento de sello 44 de la superficie 48. Los extremos exteriores de los pares adyacentes de los soportes 54 convergen en una dirección radialmente hacia afuera, y los extremos interiores de pares adyacentes de los soportes convergen en una dirección radialmente hacia adentro, formando de este modo una estructura fuerte, triangulada para soportar exteriormente el elemento de sello 44.

El soporte 54 puede estar hecho de cualquier material o combinación de materiales. Por ejemplo, el soporte 54 se puede hacer de metal, elastómero, polímero o un material compuesto, y en un ejemplo que se describirá posteriormente, el soporte se puede hacer de un material hinchable 42. Además, el soporte 54 puede formarse integralmente o con el elemento de sello 44 o el manguito 56 o con ambos.

Diferentes configuraciones adicionales de los soportes 54 se ilustran representativamente en las FIGS . 2A-C. Estas configuraciones adicionales no solo separan el elemento de sello 44 radialmente del manguito 56 o la superficie 48, sino que además presiona el elemento de sello radialmente hacia afuera hacia la superficie 46 (por ejemplo, hacia la superficie interior 34 de la sarta de revestimiento 12 o la superficie 28 de la formación 30) .

En la FIG. 2A, se representa un soporte 54 el cual comprende un resorte u otro tipo de dispositivo de presión (por ejemplo, un elastornero accionado por resorte, etc.). El soporte 54 debe continuamente presionar el elemento de sello 44 radialmente hacia afuera, o debe configurarse para presionar el elemento de sello hacia afuera durante un cierto período de tiempo, exposición a una temperatura predeterminada, exposición a un cierto fluido o producto químico en el fondo del pozo, etc.

En la FIG. 2B, se presenta un soporte 54 el cual comprende un material con memoria de forma. El soporte 54 se deforma hacia una configuración comprimida en la superficie (como se muestra en la FIG. 2B) , y más tarde cuando el soporte se expone a una temperatura elevada predeterminada en el fondo del pozo, el soporte retomará su configuración alargada de pre-deformación, de esta forma presiona el elemento de sello 44 radialmente hacia afuera. Los materiales con memoria de forma adecuados incluyen metales con memoria de forma (tales como NITINOL (TM) , etc.) y elastómeros con memoria de forma (tales como poli elastómero (glicerol-sebacato) y ciertos elastómeros de poliuretano, etc.) . : En la FIG. 2C, un soporte 54 comprende un arco múltiple o resortes de hoja retenidos en una configuración comprimida por un sujetador 66 el cual incluye un material eutéctico. A una temperatura predeterminada en el fondo del pozo, el material eutéctico se fundirá, liberando de esta forma los resortes para presionar radialmente hacia afuera el elemento de sello 44.

Se debe observar que muchas otras configuraciones de los soportes 54 se pueden diseñar para presionar el elemento de sello 44 hacia afuera durante un cierto período de tiempo, exposición a una temperatura predeterminada, exposición a un cierto fluido o producto químico en el fondo del pozo, etc. Por lo tanto, se apreciará que los principios de esta descripción no se limitan a usar sólo los soportes 54 descritos en la presente.

Con referencia ahora además a la FIG. 3-10, las configuraciones adicionales del dispositivo de sello anular 36 se ilustran representativamente, aparte del sistema ,de pozo 10. Estas configuraciones adicionales demuestran que una gran variedad de modalidades diferentes son posibles utilizando los principios de esta descripción, y esos principios no se limitan de ninguna manera a los detalles particulares de cualquiera de las configuraciones descritas en la presente .

En la FIG. 3, el soporte 54 es en forma de varillas que tiene una forma hexagonal en la sección transversal . Los soportes de varilla 54 se pueden fijar al exterior del manguito 56, con el elemento de sello 44 yaciendo encima y estando suspendido entre los soportes.

En la FIG. 4, los soportes 54 se forman integralmente con el elemento de sello 44 como una estructura única. Los canales de forma ovalada 38 se forman, por lo tanto, a través del elemento de sello 44.

En este ejemplo, los soportes 54 se construyen del material hinchable 42. Cuando el material 42 se hincha, los canales 38 pueden cerrarse, para de esta forma proporcionar un aislamiento mejorado del espacio anular 52 entre los lados opuestos 40 del dispositivo de sello 36, y el elemento de sello 44 será en efecto presionado hacia la superficie 48 por el hinchamiento de los soportes 54.

En la FIG. 5, la configuración del dispositivo de sello 36 es similar en la mayoría de los aspectos a la configuración de la FIG. 4. Sin embargo, en la configuración de la FIG. 5, el manguito 56 no se usa. En lugar de eso, el elemento de sello 44 se fija (por ejemplo, mediante adherencia, moldeado, vulcanización, etc.) directamente a una sarta tubular, tal como la sarta de revestimiento 12 ó 20, o a un implemento de cuerpo sólido. Por lo tanto, podría apreciarse que el manguito 56 no es necesario en ninguna de las otras configuraciones del dispositivo de sello 36 descrito en la presente.

En la FIG. 6, la configuración del dispositivo de sello 36 es similar en la mayoría de los aspectos a la configuración de la FIG. 3. Sin embargo, en la configuración de la FIG. 6, los soportes 54 tienen una forma rectangular o cuadrada en la sección transversal.

En la FIG. 7, los soportes 54 tienen una forma semicircular en la sección transversal. En la FIG. 8, la configuración del dispositivo de sello 36 es similar a la de la FIG. 7, excepto que los soportes 54 se fijan directamente a la superficie exterior 26 de la sarta de revestimiento 12. Este método de fijación puede ser el mismo que, o similar a, la manera en la cual las varillas centralizadas se fijan externamente a las secciones de la sarta de revestimiento para formar centralizadores , tales como aquellos disponibles de Protech Centerform, Inc. of Houston, Texas USA.

En la FIG. 9, los soportes 54 se forman como partes integrales de una estructura corrugada 58 asegurada sobre el manguito 56. El elemento de sello 44 yace encima de la estructura 58 y se suspende entre los soportes 54.

La configuración de la FIG. 10 es similar a la configuración de la FIG. 9 en la mayoría de los aspectos, excepto que el manguito 56 no se usa. En lugar de eso, la estructura 58 y el elemento de sello 44 se fijan a la sarta de revestimiento 20 sin el uso del manguito 56.

Con referencia ahora además a las FIGS . 11& y 12 , el sistema de pozo 10 y método asociado se ilustran representativamente con características adicionales las cuales mejoran el sellado del espacio anular 24 entre las sartas de revestimiento 12, 20 y de esta forma evitan la formación de fluidos que fluyen hacia la superficie o presurizan el espacio anular en la superficie. Específicamente, los segmentos múltiples 60 que comprenden material hinchable 42 se posicionan en el espacio anular 24 cerca de la superficie. Cuando el material 42 se hincha, el espacio anular 24 se sella positivamente debajo de un cabezal de pozo 62 conectado a la sarta de revestimiento 12, 20.

Como se representa en la FIG. 12, se usan cuatro de los segmentos 60, y los segmentos se han hinchado para sellar el espacio anular 24. Cada uno de los segmentos 60 tienen una forma arqueada en la sección transversal para conformar una parte respectiva del espacio anular 24. Sin embargo, cualquier número y/o forma de los segmentos 60 se puede usar como se desee.

El uso de segmentos múltiples 60 es beneficioso, ya que esto permite que los segmentos se instalen convenientemente en el espacio anular 24. Una laja, un hombro u otro tipo de dispositivo de soporte o metodología (no mostrado) puede usarse para soportar los segmentos 60 en el espacio anular 24 hasta que los segmentos se hinchen.

En la práctica actual, el cemento 22 podría fluirse entre las sartas de revestimiento para sellar y asegurar la sarta de revestimiento 20 en la sarta de revestimiento 12. Los segmentos 60 entonces pueden instalarse de manera que residan encima del tope del cemento 22. El cabezal de pozo 62 entonces podría instalarse en las sartas de revestimiento 12, 20.

Una metodología para utilizar los segmentos 60 para pozos existentes con trayectorias de fuga podría ser instalar los segmentos 60 en el espacio anular 24, el cabezal del pozo 62 podría eliminarse, y los segmentos individualmente o simultáneamente podrían instalarse en el espacio anular sobre la sarta de revestimiento 12.

EL cabezal de pozo 62 entonces podría re- instalarse . Antes o después de re-instalar el cabezal de pozo 62, un fluido apropiado se puede enviar hacia el interior del espacio anular 24 para contactar el segmento 60 e iniciar el hinchamiento del material 42. Alternativamente, el fluido ya presente en el espacio anular 24 puede usarse para provocar hinchamiento del material 42. Éste puede ser el mismo fluido (por ejemplo, fluido de formación, etc.) el cual de otra manera podría fluir hacia la superficie mediante el espacio anular 24.

Con referencia ahora además a las FIGS . 13-16, otro sistema de pozo 70 y método asociado se ilustra representativamente. En el sistema 70, se desea taponar un hoyo lateral o generalmente horizontal 72. La parte del hoyo 72 que se va a taponar puede ser un pozo revestido (como se presenta en FIG. 13) , o puede ser un pozo abierto o no revestido .

En este ejemplo, un parche para tubería de revestimiento 74 se ha instalado previamente pozo arriba desde la parte del hoyo 72 a taponarse, y así se restringe el acceso al hoyo debajo del parche para tubería de revestimiento. El uso de material hinchable en el tapón y en el empacador descrito anteriormente les permite pasar a través de la restricción, y luego acoplarse de manera sellada a la superficie interior del hoyo 72. Sin embargo, debería entenderse que el parche para tubería de revestimiento 74 u otra restricción no está necesariamente presente en los sistemas de pozo y métodos que llevan a la práctica los principios de la presente descripción.

Como se representa en la FIG. 13, un tapón 76 y un empacador 78 se han posicionado en el hoyo 72. El tapón 76 y el empacador 78 se pueden instalar usando métodos convencionales, tales como transportarlos mediante cable de alambre, cable sólido de alambre, tubería de producción espiral, etc. Preferiblemente, el tapón 76 y el empacador 78 se separan en la parte del hoyo 72 que va a taponarse.

El tapón 76 incluye un dispositivo de sello anular 80 sobre éste, el cual se diseña especialmente para sellar entre el hoyo 72 y un cuerpo 82 del tapón. El cuerpo 82 puede ser similar a un cuerpo convencional de un tapón intermedio, tal como el tapón intermedio TC FASDRILL (TM) disponible de Halliburton Energy Services, Inc. de Houston, Texas, Estados Unidos. Sin embargo, el dispositivo de sello 80 incluye un elemento de sello que comprende un material hinchable (por ejemplo, similar al material hinchable 42 descrito anteriormente) , con canales que se extienden a través del elemento de sello, como se describirá completamente a continuación .

El empacador 78 incluye en elemento de sello anular 84 que se diseña especialmente para sellar entre el hoyo 72 y un cuerpo 86 del empacador. El cuerpo del empacador 86 puede ser similar a un cuerpo convencional de un empacador, tal como el empacador de cementación SVB FASDRILL (TM) disponible de Halliburton Energy Services, Inc. de Houston, Texas, Estados Unidos. El elemento de sello 84 incluye un material hinchable (por ejemplo, similar al material hinchable 42 descrito anteriormente) .

Si el fluido que provoca que el material hinchable del tapón 76 y el empacador 78 se hinchen no está presente todavía en el hoyo 75, entonces él se puede ver alrededor del tapón y el empacador en el momento que ellos se posicionan en el hoyo. De esta forma, el dispositivo de sello 80 y el elemento de sello 84 se hincharan, de manera que ellos acoplen de manera sellada con la superficie interior del hoyo 72 (o la superficie de una formación que rodea el hoyo si el hoyo es no revestido, o una superficie interior de la tubería de revestimiento si el hoyo es revestido) .

En la FIG. 14, una vista a escala algo ampliada del tapón 76 se ilustra representativamente. En esta vista se puede observar que el dispositivo de sello 80 incluye un elemento de sello anular 88 que comprende un material hinchable 90. El material hinchable 90 puede ser el mismo que, o similar a, el material hinchable 42 descrito anteriormente .

Además, los conductos tubulares múltiples 92 se extienden longitudinalmente a través del elemento de sello 88. Preferiblemente, hay cuatro de los conductos 92 separados igualmente de manera circunferencial en el elemento de sello 88, pero otros números y separadores de conductos pueden usarse como se desee. Los conductos 92 son preferiblemente del tipo conocido por aquellos expertos en el arte como línea de control ¼-pulg. (6.35 mm) comúnmente usada como un conducto hidráulico en pozos, pero otros tipos de conducto pueden usarse si se desea.

Los conductos 92 proporcionan canales 94 (similares a los canales 38 descritos anteriormente) a través del elemento de sello 88. Por consiguiente, el dispositivo de sello 80 se puede usar en lugar de cualquiera de los dispositivos de sello 36 descritos anteriormente.

En una manera de construir el elemento de sello 88, el material hinchable 90 puede envolverse alrededor del cuerpo 82. Los conductos 92 pueden interponerse entre envolturas sucesivas del material hinchable 90. Alternativamente, el material hinchable 90 podría moldearse sobre el cuerpo 82, con los conductos 92 moldeados en el material de sello. Como otra alternativa, el elemento de sello 88 podría moldearse con los conductos 92 allí dentro, y entonces el elemento de sello podría adherirse o de otra manera asegurarse sobre el cuerpo 82. Sin embargo, cualquier método para construir el elemento de sello 88 puede usarse de acuerdo con los principios de esta descripción.

Con referencia ahora además a la FIG. 15, el sistema 70 se representa después de que una sarta tubular se ha acoplado con el empacador 78. La sarta tubular 96 se usa para bombear cemento 98 a través del empacador 78 y hacia dentro del espacio entre el empacador y el tapón 76.

Se debe observar que el cemento 98 es más denso que el fluido 100 inicialmente presente en el espacio entre el tapón 76 y el empacador 78. Debido a que el hoyo 72 se desvía de la vertical, el cemento 98 tenderá a fluir hacia el lado bajo del hoyo, y el fluido 100 tenderá a permanecer en el lado alto del hoyo. En operaciones convencionales de taponamiento de pozos, esta situación puede resultar en una trayectoria de fuga que está a la izquierda del lado alto del hoyo. Sin embargo, el sistema 70 incluye características que evitan que tal trayectoria de fuga se encuentre a la izquierda del lado alto del hoyo 72, asegurando que el espacio completo entre el tapón 76 y el empacador 78 se llene con cemento 98.

Se debe observar que el fluido 100 escapa del espacio entre el tapón 76 y el empacador 78 a través de los canales 94 en los conductos 92 cuando el cemento 98 fluye hacia el espacio. Debido a que el cemento fluirá primero a uno de los conductos más bajos 92, el canal 94 en este conducto más bajo será el primero en tener cemento fluyendo por él, y eventualmente quedar taponado por el cemento.

El fluido 100 será aún capaz de escapar del espacio entre el tapón 76 y el empacador 78 a través de los conductos superiores 92, pero eventualmente, los conductos superiores tendrán cada uno cemento fluyendo a través de ellos, y los canales 94 allí quedaran taponados. De esta forma, cuando el nivel del cemento 98 en el hoyo 72 aumenta, al fluido 100 se le permite escapar del espacio entre el tapón 76 y el empacador 78, pero los conductos 92 se taponan en sucesión desde el más bajo hasta el más alto. Eventualmente, el espacio completo entre el tapón 76 y el empacador 78 se llena completamente con el cemento 98.

En la FIG. 16 se puede observar que el fluido 100 se ha evacuado completamente del espacio entre el tapón 76 y el empacador 78, con el cemento tomando su lugar. Una parte del cemento 98 puede fluir completamente a través de los conductos 92 hacia dentro del hoyo 72 debajo del tapón 76, pero se espera que sea sólo una cantidad mínima.

Una válvula (no mostrada) en el empacador 78 se cerrará, y se dejará que el cemento 98 se endurezca. El material hinchable 90 en los elementos de sello 84, '88 asegura que el cemento 98 se contenga en el espacio entre el tapón 76 y el empacador 78. De esta forma, se forma un tapón seguro y efectivo en el hoyo 72.

Puede apreciarse completamente ahora que la descripción anterior proporciona muchos avances en el arte de evitar la fuga pasado un intervalo de cemento, y de otra forma permite sellar un espacio anular, en un pozo. Los sistemas y método descritos anteriormente mejoran el sellado de los intervalos 3 O de cemento y espacios anulares entre sartas de revestimiento, y entre una sarta de revestimiento y un hoyo, para de esta forma evitar la fuga de fluidos. Estos sistemas y métodos son convenientes y confiables en la práctica, y económicos para construir y desplegar.

En particular, la descripción anterior proporciona un método para sellar un pozo subterráneo, en el sentido que el método incluye las etapas de: posicionar un elemento de sello anular 44, 48 que comprende un material hinchable 42, 90 en el hoyo; y fluir cemento 16, 22, 98 hacia dentro de al menos un canal 38, 94 formado longitudinalmente a través del elemento de sello 44, 88.

El método puede incluir la etapa de permitir que el material hinchable 42, 90 se hinche, por lo cual el elemento de sello 44, 88 contacta y sella contra la superficie 46 en el pozo.

El material hinchable 42, 90 puede hincharse y el elemento de sello 44, 88 puede sellar contra la superficie 46 después de la etapa del flujo del cemento.

La superficie puede comprender al menos uno de una superficie 34 de una sarta de revestimiento 12, y una superficie 28 de una formación terrea 30.

La etapa del flujo del cemento puede además incluir; el flujo del cemento 16, 22, 98 entre lados opuestos del elemento de sello 44, 88 a través del canal 38, 94.

La etapa del flujo del cemento puede además incluir desplazar un fluido 100 fuera del espacio formado entre un tapón 76 y un empacador 78 cuando el cemento 98 llena el espacio. Se pueden formar múltiples canales 94 longitudinalmente a través del elemento de sello 88, y la etapa del flujo del cemento puede incluir sucesivamente el taponamiento de los canales 94 con el cemento 98 cuando el nivel del cemento 98 aumenta en el espacio.

Un método para sellar un espacio anular entre dos sartas de revestimiento 12, 20 también se proporciona por la descripción anterior. El método incluye las etapas de: proporcionar múltiples segmentos arqueados 60, con cada uno de los segmentos 60 comprendiendo un material hinchable 42; e instalar los segmentos 60 en un espacio anular 24, cada uno de los segmentos 60 ocupando de este modo una parte circunferencial respectiva del espacio anular 24.

La etapa de instalación puede incluir eliminar un cabezal de pozo 62 de las sartas de revestimiento 12, 20 antes de insertar los segmentos 60 en el espacio anular 24, y entonces volver a fijar el cabezal de pozo 62 a las sartas de revestimiento 12, 20 después de insertar los segmentos 60 en el espacio anular 24.

El método puede incluir la etapa de permitir que los segmentos 60 se hinchen, por lo cual los segmentos 60 sellan el espacio anular 24 entre las sartas de revestimiento 12, 20. El método puede además incluir la etapa de contactar los segmentos 60 con un fluido para de esta forma provocar que los segmentos 60 se hinchen.

El método puede incluir la etapa de fluir cemento 22 hacia dentro de la superficie anular 24 entre las sartas de revestimiento 12, 20.

La descripción anterior también describe un sistema de pozo 10 que incluye una sarta de revestimiento 12 6 20 posicionada en un hoyo 14; un elemento de sello 44 que comprende un material hinchable 42 el cual se hincha y de esta forma provoca que el elemento de sello selle contra una superficie 46 en un hoyo 14; y al menos un canal 38 formado entre el material hinchable 42 y la sarta de revestimiento 12, 20, con cemento fluido hacia dentro del canal 38.

La superficie 46 puede formarse en otra sarta de revestimiento 12. La segunda sarta de revestimiento puede ser externa a la primera sarta de revestimiento.

La superficie 46 puede formarse en una formación térrea 30 intersecada por el hoyo 14.

El cemento 16, 22 puede ser continuo desde un lado longitudinal 40 del elemento de sello 44 a través del canal 38 y hasta un lado longitudinal opuesto 40 del elemento de sello 44.

El material hinchable 42 puede separarse de la sarta de revestimiento 12, 20 por múltiples soportes 54, con el canal 38 formado entre los soportes 54. Los soportes 54 pueden construirse de un material hinchable 42. Los soportes 54 pueden formarse externamente en la sarta de revestimiento 12, 20, y el elemento de sello 44 puede circunscribir exteriormente a los soportes 54.

Además, la descripción anterior proporciona un método para sellar un espacio anular 52 formado entre la primera y segunda superficies 48, 46 en un pozo subterráneo. El método incluye las etapas de: posicionar un elemento de sello 44 que comprende un material hinchable 42 en el espacio anular 52, con el material hinchable 42 posicionado entre la primera superficie 48 y la segunda superficie 46; y fluir cemento 16 ó 22 a través de al menos un canal 38 formado entre el material hinchable 42 y la primera superficie 48.

El método puede además incluir la etapa de permitir que el material hinchable 42 se hinche, por lo cual el elemento de sello 44 contacta y sella contra la superficie 46. El material hinchable 42 puede hincharse y el elemento de sello 44 puede sellar contra la superficie 46 después de la etapa del flujo del cemento.

La superficie 46 puede comprender al menos uno de una superficie 34 de otra sarta de revestimiento, y una superficie 28 de una formación de tierra 30.

La etapa del flujo del cemento puede incluir fluir el cemento 16, 22 entre los lados opuestos 40 del elemento de sello 44 a través del canal 38.

El material hinchable 42 puede separarse de la primera superficie 48 mediante múltiples soportes 54, con el canal 38 formado entre los soportes 54. Los soportes 54 pueden construirse de material hinchable 42.

Por supuesto, una persona experta en el arte podría, bajo una consideración cuidadosa de la descripción anterior de las modalidades representativas, fácilmente apreciar que muchas modificaciones, adiciones, sustituciones, supresiones, y otros cambios se pueden hacer a estas modalidades específicas, y tales cambios están dentro del alcance de los principios de la presente descripción. Consecuentemente, : la descripción detallada anterior debe ser entendida claramente ya se ha impartido solamente a modo de ilustración y ejemplo, el espíritu y el alcance de la presente invención estando limitados solamente por las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes .

Claims (33)

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

1. Un método de sellado en un pozo subterráneo, el método comprende las siguientes etapas: posicionar un elemento de sello anular que comprende un material hinchable en un pozo; y fluir cemento dentro de al menos un canal formado longitudinalmente a través del elemento de sello.

2. El método de la reivindicación 1, que comprende además la etapa de permitir que el material hinchable se hinche, por lo cual el elemento de sello contacta y sella contra una superficie en el pozo.

3. El método de la reivindicación 2, donde el material hinchable se hincha y el elemento de sello sella contra la superficie después de la etapa del flujo de cemento.

4. El método de la reivindicación 1, donde la superficie comprende al menos una de una superficie de una sarta de revestimiento, y una superficie de una formación térrea.

5. El método de la reivindicación 1, donde la etapa del flujo del cemento comprende además fluir cemento entre los lados opuestos del elemento de sello a través del canal.

6. El método de la reivindicación 1, donde la etapa del flujo del cemento comprende además desplazar un fluido fuera de un espacio formado entre un tapón y un empacador cuando el cemento rellena el espacio.

7. El método de la reivindicación 6, donde múltiples canales se forman longitudinalmente a través del elemento de sello, y donde la etapa del flujo del cemento comprende además taponar sucesivamente los canales con el cemento cuando un nivel del cemento aumenta en el espacio.

8. Un método para sellar un espacio anular entre la primera y segunda sartas de revestimiento, el método comprende las etapas de : proporcionar múltiples segmentos arqueados, cada uno de los segmentos comprendiendo un material hinchable; e instalar los segmentos en el espacio anular, cada uno de los segmentos de esta forma ocupando una parte circunferencial respectiva del espacio anular.

9. El método de la reivindicación 8, donde la etapa de instalación comprende además eliminar un cabezal de pozo de la primera y segunda sartas de revestimiento antes de insertar los segmentos en el espacio anular, y entonces volver a fijar el cabezal de pozo a la primera y segunda sartas de revestimiento después de insertar los segmentos en el espacio anular.

10. El método de la reivindicación 8, que comprende además la etapa de permitir que los segmentos se hinchen, por lo cual los segmentos sellan el espacio anular entre la primera y la segunda sartas de revestimiento.

11. El método de la reivindicación 10, que comprende además la etapa de contactar los segmentos con un fluido para de esta forma provocar que los segmentos se hinchen.

12. El método de la reivindicación 8, que comprende además la etapa de fluir el cemento dentro del espacio anular entre la primera y la segunda sartas de revestimiento.

13. Un sistema de pozo, que comprende: una primera sarta de revestimiento posicionada en un hoyo ; un elemento de sello que comprende un material hinchable que se hincha y de esta forma provoca que el elemento de sello selle contra una superficie en el hoyo; y al menos un canal formado entre el material hinchable, y la primera sarta de revestimiento, con el cemento fluido dentro del canal.

14. El sistema de pozo de la reivindicación 13, donde la superficie se forma en una segunda sarta de revestimiento.

15. El sistema de pozo de la reivindicación 14, donde una segunda sarta de revestimiento es externa a la primera sarta de revestimiento.

16. El sistema de pozo de la reivindicación 13, donde la superficie se forma en una formación de tierra intersectada por el hoyo;

17. El sistema de pozo de la reivindicación 13, donde el cemento es continúo desde un lado longitudinal del elemento de sello a través del canal y hasta un lado longitudinal opuesto del elemento de sello.

18. El sistema de pozo de la reivindicación 13, donde el material hinchable se separa de la primera sarta de revestimiento mediante múltiples soportes, el canal estando formado entre los soportes.

19. El sistema de pozo de la reivindicación 18, donde los soportes se construyen del material hinchable.

20. El sistema de pozo de la reivindicación 18, donde los soportes se forman externamente en la primera sarta de revestimiento, y donde el elemento de sello circunscribe externamente los soportes .

21. El sistema de pozo de la reivindicación 18, donde los soportes presionan el elemento de sello hacia afuera de la superficie.

22. El sistema de pozo de la reivindicación 18, donde los soportes presionan el elemento de sello hacia afuera de la superficie en respuesta a la exposición de los soportes a una temperatura predeterminada.

23. El sistema de pozo de la reivindicación 18, donde los soportes presionan el elemento de sello hacia afuera de la superficie en respuesta a la exposición de los soportes a un fluido predeterminado.

24. Un método para sellar un espacio anular formado entre la primera y segunda superficies en un pozo subterráneo, el método comprende las etapas de: posicionar un elemento de sello que comprende un material hinchable en el espacio anular, el material hinchable estando posicionado entre la primera superficie y la segunda superficie; y hacer fluir cemento a través de al menos un canal formado entre el material hinchable y la primera superficie.

25. El método de la reivindicación 24, que comprende además la etapa de permitir que el material hinchable se hinche, por lo cual el elemento de sello contacta y sella contra la segunda superficie.

26. El método de la reivindicación 25, donde el material hinchable se hincha y el elemento de sello sella contra la segunda superficie después de la etapa del flujo del cemento.

27. El método de la reivindicación 24, donde la segunda superficie comprende al menos una superficie de una sarta de revestimiento, y una superficie de formación térrea.

28. El método de la reivindicación 24, donde la etapa del flujo del cemento comprende además fluir el cemento entre los lados opuestos del material hinchable a través del canal .

29. El método de la reivindicación 24, donde el material hinchable se separa de la primera superficie por múltiples soportes, el canal estando formado entre los soportes .

30. El método de la reivindicación 29, donde los soportes se construyen de un material hinchable.

31. El método de la reivindicación 29, donde los soportes presionan el elemento de sello hacia afuera de la segunda superficie.

32. El método de la reivindicación 29, donde los soportes presionan el elemento de sello hacia afuera de la segunda superficie en respuesta a la exposición de los soportes a una temperatura predeterminada

33. El método de la reivindicación 29, donde los soportes presionan el elemento de sello hacia afuera de la segunda superficie en respuesta a la exposición de los soportes a un fluido predeterminado.