BR0007977B1 - unidade de mancal, e, ferramenta ou aparelho. - Google Patents

Description

"UNIDADE DE MANCAL, Ε, FERRAMENTA OU APARELHO"

Descrição

Esta invenção relaciona-se a um mancai aperfeiçoado.Particularmente, embora não exclusivamente, a invenção relaciona-se a umamontagem de mancai aperfeiçoada, por exemplo, uma montagem de mancaiaxial, que pode ser usada em aplicações de furo de poço, por exemplo,aplicações de perfuração de furo de poço, tal como nas indústrias deprodução de petróleo/ gás.

Montagens de mancai axial para uso em aplicações de furo depoço tem os requisitos conflitantes de uma montagem de eixo grossa ecapacidade de mancai de carga axial alta em uma seção transversal pequena.Para alcançar isto, vários mancais axiais podem ser montados em linha paraprover suficiente capacidade de carga e choque. Em montagens de mancaiconvencionais isto introduz um problema como a carga pode não sercompartilhada igualmente entre a série de mancais que pode resultar emdesgaste excessivo ou falha de um ou mais dos mancais. Este problema podeser diminuído por uso de montagens de molas e espaçadores. Porém, istotende a ser complexo em natureza. Um problema adicional em aparelho defuro de poço e que espaço tende a ser limitado.

E um objetivo de pelo menos um aspecto da presente invençãoevitar ou diminuir os problemas acima mencionados na arte anterior.

É um objetivo adicional de pelo menos uma concretização depelo menos um aspecto da presente invenção buscar prover uma montagem/unidade de mancai anti-fricçao, distribuidora de carga, flexível.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, éprovida uma montagem de mancai que tem pelo menos dois elementos demancai espaçados por um primeiro corpo, o primeiro corpo tendo meio paraflexionar.

Assim, quando uma carga é aplicada à montagem de mancai, oprimeiro corpo pode ser causado flexionar.

Vantajosamente o meio de flexão pode incluir pelo menos umsulco ou recorte formado no primeiro corpo.

Preferivelmente o primeiro corpo é substancialmente anularem forma, o pelo menos um sulco preferentemente sendo formado sobre umasuperfície exterior do primeiro corpo.

Vantajosamente o sulco é substancialmente em forma de U.

O primeiro corpo pode ser rigidamente montado a um corpoao qual carga é aplicada, em uso.

Preferivelmente, uma primeira superfície anular do primeirocorpo é provida com uma primeira pista anular.

Preferivelmente também, uma segunda superfície anular doprimeiro corpo é provida com uma segunda pista anular.

Vantajosamente o primeiro e segundo elementos de mancaicada um inclui uma pluralidade de esferas, o primeiro e segundo elementosde mancai sendo preferentemente recebidos para movimento dentro daprimeira e segunda pistas anulares do primeiro corpo.

Em um arranjo preferido, o meio para flexionar flexiona sobreum eixo longitudinal do primeiro corpo.

Ademais, no arranjo preferido, o sulco é providosubstancialmente circunferencialmente ao redor do primeiro corpo.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, éprovida uma montagem de mancai que tem pelo menos dois elementos demancai espaçados por um primeiro corpo, o primeiro corpo sendo pelo menosparcialmente flexível.

De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, éprovida uma unidade de mancai que inclui pelo menos uma epreferentemente uma pluralidade de montagens de mancai de acordo com oprimeiro aspecto.Vantajosamente cada montagem de mancai adjacente éespaçada por um segundo corpo.

Preferentemente o segundo corpo é substancialmente anularem forma.

O segundo corpo pode ser rigidamente montado a um corpoadicional ao qual carga não é aplicada (diretamente) em uso.

Preferentemente uma primeira superfície anular do segundocorpo é provida com uma primeira pista anular.

Preferentemente também, uma segunda superfície anular dosegundo corpo é provida com uma segunda pista anular.

Vantajosamente, primeiro e segundo elementos de mancairespectivos podem ser recebidos para movimento dentro da primeira esegunda pistas anulares do segundo corpo.

Vantajosamente, primeiros corpos adjacentes são espaçadospor um primeiro elemento espaçador respectivo.

Vantajosamente também, segundos corpos adjacentes sãoespaçados por um segundo elemento espaçador respectivo.

Em uma concretização, um primeiro elemento espaçadoradicional pode ser provido entre uma extremidade à qual força é aplicada, emuso, e uma extremidade adjacente de um primeiro corpo adjacente.

De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, éprovida uma ferramenta ou aparelho incluindo uma montagem de mancai deacordo com o primeiro aspecto da presente invenção ou uma unidade demancai de acordo com o segundo aspecto da presente invenção.

A ferramenta pode ser uma ferramenta de furo de poço, porexemplo, para uso em uma cavidade de poço de um poço de petróleo/ gás.

A ferramenta pode incluir parte de um aparelho de perfuraçãode furo de poço, que pode incluir um motor de furo de poço tal como ummotor de Mointeau ou um motor como exposto em W095/19488, o conteúdodo qual está incorporado aqui por referência.

O primeiro corpo pode ser rigidamente montado a um eixo aoqual carga é aplicada, em uso.

O eixo pode ser contido substancialmente concentricamentedentro da montagem/ unidade de mancai.

O segundo corpo pode ser rigidamente montado a umalojamento.

O alojamento pode substancialmente concentricamentecircundar a montagem/ unidade de mancai.

Vantajosamente, primeiros corpos adjacentes são espaçadoslongitudinalmente por um primeiro elemento espaçador, que também podeser montado no eixo.

Vantajosamente também, segundos corpos adjacentes sãoespaçados longitudinalmente por um segundo elemento espaçador, quetambém pode ser montado no alojamento.

Concretizações da presente invenção serão descritas, por meiode exemplo só, com referência os desenhos acompanhantes, que são:

Figura 1 é uma vista lateral de seção transversal de uma partede uma ferramenta de furo de poço incluindo uma montagem de mancai deacordo com uma primeira concretização presente invenção.

Figura 2 é uma vista de perspectiva de uma parte damontagem de mancai de Figura 1.

Figura 3 uma vista lateral de seção transversal de umaferramenta de furo de poço incluindo uma montagem de mancai de acordocom uma segunda concretização da presente invenção.

Se referindo inicialmente a Figura 1, é ilustrada uma parte deuma ferramenta de furo de poço, geralmente designada 5, de acordo com umaprimeira concretização da presente invenção. A ferramenta 5 pode tomar aforma de um aparelho de perfuração de furo de sondagem. A ferramenta 5de mancai adjacente 15 - nesta concretização 3 montagens 15 são providas.

Cada montagem de mancai 15 tem dois elementos de mancaianti-fricção 400 espaçados por um primeiro corpo 500, o primeiro corpo 500tendo meio para flexionar. Assim, quando uma carga é aplicada à montagemde mancai 15, o primeiro corpo 500 é causado flexionar. Nesta concretização,o meio de flexão inclui pelo menos um sulco substancialmentecircunferencialmente formado 510, formado no primeiro corpo 500.

O primeiro corpo 500 é substancialmente anular em forma, opelo menos um sulco 510 sendo formado sobre uma superfície exterior doprimeiro corpo espaçador 500. Como pode ser visto de Figuras 1 e 2, o sulco510 é substancialmente em forma de U em seção transversal lateral.

O primeiro corpo 500 é rigidamente montado a um eixo 600ao qual carga é aplicada, em uso, o eixo 600 sendo substancialmenteconcentricamente contido dentro da unidade de mancai 10. O eixo 600 podeser oco e ter um encaixe para conexão, por exemplo, a uma broca ou similar(não mostrada).

Uma primeira superfície anular 610 do primeiro corpo 500 éprovida com uma primeira pista 620. Ademais, uma segunda superfícieanular 630 do primeiro corpo 500 é provida com uma segunda pista anular640. O primeiro e segundo elementos de mancai 400, cada um inclui umapluralidade de esferas, o primeiro e segundo elementos de mancai 400 sendorecebidos para movimento dentro da primeira e segunda pistas anulares 620,640 do primeiro corpo 500.

A unidade de mancai 10 inclui uma pluralidade de montagensde mancai 15. Cada montagem de mancai adjacente 15 é espaçada por umsegundo corpo 200. Cada segundo corpo 200 é substancialmente anular emforma. Os segundos corpos 200 são rigidamente montados a um alojamentoexterior 100 ao qual carga não é aplicada (diretamente), em uso.

Uma primeira superfície anular 650 de cada segundo corpo200 é provida com uma primeira pista anular 660. Uma segunda superfícieanular 670 de cada segundo corpo 200 provida entre montagens adjacentes15 é provida com uma segunda pista anular 680. Segundos corpos 200providos em extremidades da unidade 10 são só providos com um pista 660 -como pode ser visto de Figura 1.

Deste modo, primeiro e segundo elementos de mancairespectivos 400 são recebidos para movimento dentro da primeira e segundapistas anular 660, 680 do segundo corpo espaçador 200.

Se referindo a Figura 1, os segundos corpos 200 sãorigidamente montados a um alojamento 100. O alojamento 100substancialmente concentricamente circunda a unidade de mancai 10.

Uma primeira pista 620 do primeiro corpo espaçador faceiauma segunda pista 680 de um segundo corpo 200. Semelhantemente, umasegunda pista 640 do primeiro corpo 500 faceia uma primeira pista 660 deum segundo corpo 200.

Como pode ser visto de Figura 1, os primeiros corpos 500 sãoespaçados longitudinalmente ao longo da eixo 600 e separados por primeiroselementos espaçadores 700 que podem ser rigidamente montados ao eixo600. Ademais, como pode ser visto de Figura 1, os segundos corpos 200 sãoespaçados longitudinalmente ao longo do alojamento 100 e separados porsegundos elementos espaçadores 300 que podem ser rigidamente montadosao alojamento 100.

alojamento 100. Assim, os primeiros corpos 500 podem girar relativos aossegundos corpos 200.

Os componentes da ferramenta 5 podem, nesta concretização,ser feitos dos materiais seguintes:

É notado que o eixo 600 é livre para girar relativo aoalojamento 100

segundos corpos 200

- aço

- aço temperadosegundos elementos espaçadores 300 - aço

elementos de mancai 400 - aço temperado e/ou cerâmica

primeiros corpos espaçadores 500 - aço temperado

eixo 600 - aço

primeiros elementos espaçadores 700 - aço

Porém, será apreciado que alguém pode usar qualquer aço deliga capaz endurecimento de superfície a uma profundidade de invólucro naordem de 254 milésimos de milímetros, através de nitretação/carbonetação.

Em uso, a flexibilidade de montagem de mancai 15 provêdistribuição de carga por toda a unidade de mancai 10. Esta flexibilidade éconcedida pelos sulcos 510. Quando uma carga (axial) F é aplicada ao eixo 600,um primeiro corpo 500 deflete ou flexiona sob a carga F buscando assegurar queos próximos primeiros corpos 500 sejam posicionados adequadamente tal quealguma carga é então transferida pelo espaçador interno adjacente 700 para opróximo primeiro corpo 500 e assim por diante. Isto busca assegurar que a carga Fseja espalhada uniformemente entre as montagens de mancai 15 na unidade 10, enão seja suportada por uma única montagem de mancai 15. Assim, a carga F édistribuída de um modo que não é possível usar montagens de mancai rígidasconhecidas. Como cada corpo 200, 500 é de lado duplo, a carga F pode ser tantode tensão ou compressão. Em qualquer caso, a carga F será compartilhada atravésde cada uma das montagens de mancai 15 da unidade 10.

Ambos os testes estático e dinâmico foram efetuados em umaunidade de mancai flexível de 42,86 mm IOe seu desempenho foi achado seraté mesmo melhor que esperado.

A montagem de mancai 15 mostrou uma deflexão linear para20 kN onde brevemente depois disso ocorreu um dano superficial causadopelo repetido excesso de carga, dano este conhecido como "Brinelling". Istofoi então seguido por uma segunda deflexão linear como flexão do sulco emforma de ferradura 510, e a uma extensão um menor "Brinelling" continuou.A deflexão é de 0,8 mm por montagem de mancai 15, antes da ocorrência de"Brinelling", enquanto as previsões sugeriram deflexões de 0,05 a 0,06 mm,um aumento por um fator de 15. Não havia nenhum dano aos elementos demancai em qualquer ocasião.

De inspeção das pistas 620, 640 depois de testar, foi achadoque a carga é aplicada a aproximadamente 45° em direção aos ombros daspistas 620, 640 isto é, longe da parte flexível, e não é vertical. O resultado éuma montagem de mancai 15 muito mais forte, pois só tem que cobrir aoredor 0,707 vezes a força vertical fornecida, sendo assim capaz de suportarmais carga. Esta carga também é dirigida na parte mais forte e mais rígida daspistas, aumentando assim as capacidades de suportar carga.

Para uma unidade de mancai 10, cada pista pode resistir naregião de 25 kN antes que dano significante aconteça. Por exemplo, para 5conjuntos de pistas, a carga antes que qualquer problema sério aconteça é deaproximadamente 125 kN ou 12,7 toneladas, o que excede muito o que éesperado no campo.

A carga é compartilhada a um alto grau depois da ocorrênciado "Brinelling" inicial de uma primeira pista de corpo. Porém, sob cargasmuito altas, a pista mais próxima da carga se deteriora mais rapidamente e afalha subseqüente propaga a carga para as pistas restantes.

O efeito de "Brinelling" visto na face da primeira pista nãodeteriora sob cargas mais altas.

A combinação dos dois testes dinâmicos usando espaçadoresotimizados durou 219,5 horas por 6672 N WOB.

Considerando que um motor de MACDRILL (TM) de 42,86mm convencional como discutido na publicação W095/19488 tem um torquede detenção nesta força, pode ser seguro assumir que esta carga não será vistapor períodos contínuos quando perfurando. Tendo em mente o mancai, e ofato que a carga para a curva de desgaste é exponencial, a expectativa de vidada unidade de mancai flexível 10 em cargas operacionais normais poderia sersubstancialmente maior que as 219,5 horas, das quais estava sujeita durantetestes.

Em resumo, as montagens de mancai flexível 15 são muitomais fortes do que foi pensado como a carga está atuando em 45° pelas pistas.O trajeto de carga com carregamento (WOB) suporta carga em direção aoeixo 600 e não em direção aos sulcos em forma de ferradura 510. Istoportanto resulta na flexão de pista menos que sua especificação de projeto esujeita a "Brinelling" em vez de ações de flexão. A unidade mancai 10 produzo mesmo efeito como em mancais de contato angular, mas a uma fração docusto.

Há várias opções que podem melhorar o projeto da unidade demancai 10, de forma que a "Brinelling" inicial em um primeiro espaçadorinterno pode ser reduzida, por exemplo:

1. Aumentar a profundidade de sulco 510 para aumentar aflexão e ajudar em distribuição de carga;

2. Incorporar um espaçador interno extra para assegurar que ataxa de mola na primeira pista de corpo e no resto das pistas seja a mesma.

Se referindo agora a Figura 3, é ilustrada uma parte de umaferramenta de furo de poço, geralmente designada 5A, de acordo com umasegunda concretização da presente invenção.

A ferramenta 5A é semelhante à ferramenta 5 da primeiraconcretização, mesmas partes sendo denotadas por mesmos inteiros, mas comsufixos "A". Porém, a ferramenta 5A difere da ferramenta 5 em prover umespaçador interno extra 700Ά de forma a buscar prover a vantagem oferecidapor (2) acima.

Será apreciado que as concretizações da presente invençãodescrita anteriormente são dadas por meio de exemplo somente, e não sãosignificadas limitarem o âmbito da invenção de qualquer forma. Será, porexemplo, entendido que o número de montagens de mancai que formam umaunidade de mancai pode ser selecionado para prover uma capacidade de cargadesejada.

Será apreciado ademais que a presente invenção provê umdiâmetro exterior maior de eixo, portanto um acoplamento maior e portantouma capacidade de torque mais alta que unidades de mancai conhecidas. Umdiâmetro exterior maior de eixo permite - para o mesmo esforço - umdiâmetro interno maior de eixo e assim perda de pressão reduzida pelo eixo(acionamento).

Claims (30)

1. Unidade de mancai (10), compreendendo uma pluralidadede montagens de mancai (15), com cada montagem de mancai (15) tendo pelomenos dois elementos de mancai (400) espaçados por um primeiro corpo(500), o primeiro corpo (500) tendo um meio de flexão (510) para flexionar,caracterizada pelo fato de que os primeiros corpos (500) das montagens demancai (15) adjacentes são espaçados por um primeiro elemento espaçador(700) respectivo se estendendo entre os mesmos de tal modo que, em uso,uma carga aplicada à unidade de mancai (10) é espalhada de maneirauniforme entre as montagens de mancai (15).

2. Unidade de mancai (10) de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que, em uso, quando uma carga é aplicada àmontagem de mancai (15) o primeiro corpo (500) é obrigado a flexionar.

3. Unidade de mancai (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o meio de flexão (510)inclui pelo menos um sulco ou entalhe (510) formado no primeiro corpo(500).

4. Unidade de mancai (10) de acordo com a reivindicação 3,caracterizada pelo fato de que o primeiro corpo (500) é substancialmenteanular em forma, sendo o pelo menos um sulco (510) formado sobre umasuperfície exterior do respectivo primeiro corpo (500).

5. Unidade de mancai (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 3 ou 4, caracterizada pelo fato de que o sulco (510) ésubstancialmente em forma de U.

6. Unidade de mancai (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 5 caracterizada pelo fato de que cada primeiro corpo (500)é rigidamente montado em um corpo (600) ao qual carga é aplicada, em uso.

7. Unidade de mancai (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que uma primeira superfícieanular (610) de cada primeiro corpo (500) é provida com uma primeira pistaanular (620).

8. Unidade de mancai (10) de acordo com reivindicação 7,caracterizada pelo fato de que uma segunda superfície anular (630) de cadaprimeiro corpo (500) é provida com uma segunda pista anular (640).

9. Unidade de mancai (10) de acordo com a reivindicação 8,caracterizada pelo fato de que cada um dentre o primeiro e o segundoelementos de mancai (400) inclui uma pluralidade de esferas (400), oprimeiro e segundo elementos de mancai (400) sendo recebidos paramovimento dentro da primeira e segunda pistas anulares (630, 640) doprimeiro corpo (500).

10. Unidade de mancai (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que o meio para flexionar(510), flexiona sobre um eixo longitudinal do primeiro corpo (500).

11. Unidade de mancai (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 4 a 10, quando dependente da reivindicação 3, caracterizadapelo fato de que o sulco (510) é provido substancialmentecircunferencialmente ao redor do primeiro corpo (500).

12. Unidade de mancai (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que montagens de mancai(15) adjacentes são espaçadas por um segundo corpo (200).

13. Unidade de mancai (10) de acordo com reivindicação 12,caracterizada pelo fato de que o segundo corpo (200) é substancialmenteanular em forma.

14. Unidade de mancai (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12 ou 13, caracterizada pelo fato de que o segundo corpo (200)é rigidamente montado a um corpo adicional (100) ao qual carga não éaplicada diretamente em uso.

15. Unidade de mancai (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12 a 14, caracterizada pelo fato de que uma primeira superfícieanular (650) do segundo corpo (200) é provida com uma primeira pista anular(660).

16. Unidade de mancai (10) de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de que uma segunda superfície anular (670) dosegundo corpo (200) é provida com uma segunda pista anular (680).

17. Unidade de mancai (10) de acordo com a reivindicação 16,caracterizada pelo fato de que primeiro e segundo elementos de mancai (400)respectivos são recebidos para movimento dentro da primeira e segundapistas anulares (660, 680) do segundo corpo (200).

18. Unidade de mancai (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 12 a 17, caracterizada pelo fato de que segundos corpos (200)adjacentes são espaçados por um segundo elemento espaçador (300)respectivo.

19. Unidade de mancai (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 18, caracterizada pelo fato de que um primeiro espaçadoradicional (700Ά) é provido entre uma extremidade à qual força é aplicada,em uso e uma extremidade adjacente de um primeiro corpo adjacente (500A).

20. Ferramenta ou aparelho (5), caracterizadafo) pelo fato deque inclui uma unidade de mancai (10, 10A) de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 19.

21. Ferramenta ou aparelho (5) de acordo com a reivindicação 20, caracterizadafo) pelo fato de que a é uma ferramenta de furo de poço parauso em um furo de sondagem de um poço de petróleo/gás.

22. Ferramenta ou aparelho (5) de acordo com qualquer umadas reivindicações 20 ou 21, caracterizadafo) pelo fato de que inclui parte deum aparelho de perfuração de furo de sondagem, que opcionalmente incluium motor de furo de poço.

23. Ferramenta ou aparelho (5) de acordo com qualquer umadas reivindicações 20 a 22, caracterizada(o) pelo fato de que o primeiro corpo(500) é rigidamente montado em um eixo (600) ao qual carga é aplicada, em uso.

24. Ferramenta ou aparelho (5) de acordo com reivindicação-23, caracterizada(o) pelo fato de que o eixo é contido substancialmenteconcentricamente dentro da unidade de mancai (10).

25. Ferramenta ou aparelho (5) de acordo qualquer uma dasreivindicações 20 a 24, caracterizada(o) pelo fato de que o segundo corpo(200) é rigidamente montado em um alojamento (100).

26. Ferramenta ou aparelho (5) de acordo com a reivindicação-25, caracterizada(o) pelo fato de que o alojamento (100) circunda de modosubstancialmente concêntrico a unidade de mancai (10).

27. Ferramenta ou aparelho (5) de acordo com qualquer umadas reivindicações 20 a 26, CaraCterizada(Q) pelo fato de que primeiros corpos(500) adjacentes são espaçados longitudinalmente pelo primeiro elementoespaçador (700).

28. Ferramenta ou aparelho (5) de acordo com qualquer umadas reivindicações 23 a 27, caracterizada(o) pelo fato de que os primeiroselementos espaçadores (700) são montados no eixo (600).

29. Ferramenta ou aparelho (5) de acordo com qualquer umadas reivindicações 23 a 28, caracterizada(o) pelo fato de que segundos corpos(200) adjacentes são espaçados longitudinalmente por um segundo elementoespaçador (300).

30. Ferramenta ou aparelho (5) de acordo com a reivindicação-29, quando dependente da reivindicação 25, caracterizadaCo) pelo fato de queos segundos elementos espaçadores (300) são montados no alojamento (100).