BR0113642B1

BR0113642B1 - conjunto de gancho de haste e braçadeira, e processo para prender e suportar uma haste ou tubulação dentro do furo do poço.

Info

Publication number: BR0113642B1
Application number: BRPI0113642-9A
Authority: BR
Inventors: Craig Melvin Hall; Richard Dale Stephens
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2012-10-02
Also published as: US6557643B1; WO2002038911A1; AU2002212502A1; CA2331915A1; CA2331915C; BR0113642A

Description

CONJUNTO DE GANCHO DE HASTE E BRAÇADEIRA, E PROCESSO PARA PRENDER E SUPORTAR UMA HASTE OU TUBULAÇÃO DENTRO DO FURO DO

POÇO

A presente invenção se refere a um componente de cabeçote de poço para prender e suportar o peso de uma haste de furo vertical a céu aberto ou tubulação. Mais especificamente, a presente invenção se refere a um dispositivo de braçadeira para manter e suportar o peso de uma haste de furo vertical a céu aberto, de modo a facilitar a remoção ou conserto de um conjunto de acionamento de superfície.

Óleo e gás nos reservatórios descobertos recentemente geralmente escoam para a superfície por elevação natural. A pressão de formação natural de um reservatório fornece a energia ou força de acionamento para movimentar os fluidos do reservatório horizontalmente para dentro de um furo de poço, através de tubulação de produção e através do equipamento de processamento de superfície. Durante a vida útil de qualquer poço de produção, contudo, a pressão do reservatório natural diminui conforme os fluidos do reservatório são removidos da formação. Como a pressão do furo vertical a céu aberto natural cai para a soma do cabeçote hidrostático no furo do poço e a pressão da instalação, os fluidos cessam de fluir espontaneamente para a superfície. Conseqüentemente, processos de elevação artificial, tais como, bombeamento por haste sugadora, bombeamento por furo vertical a céu aberto e técnicas de elevação por injeção de gás, por exemplo, são empregados para elevar os fluidos para a superfície.

Muitos poços, atualmente, utilizam um aparelho de bombeamento para furo vertical a céu aberto, tal como um sistema de bomba de cavidade em progressão (PCP) para elevar os fluidos de dentro do poço de produção para a superfície. Um sistema de PCP consiste em uma bomba de cavidade em progressão localizada dentro do furo do poço e um conjunto de propulsão acionado a motor localizado na superfície do poço. A bomba e o motor são conectados por uma coluna de haste dentro da tubulação de produção. A bomba de cavidade em progressão consiste em um rotor disposto dentro de um estator, localizado dentro da tubulação de produção. 0 rotor é acionado pela coluna de haste que é suportada e girada pelo conjunto de propulsão acionado a motor. 0 poço produz por girar-se a coluna de haste que aciona o rotor da bomba, resultando em um fluxo de deslocamento positivo não pulsante dos fluidos na direção da superfície do poço.

Um problema ocorre quando o conjunto de acionamento requer consertos de rotina ou manutenção após um período de uso. Tipicamente, quando se conserta um conjunto, o motor é

primeiro desligado e a coluna da haste é deixada retro- girar. A coluna de haste é muito semelhante a uma faixa de borracha ou outro elemento elástico alongado devido ao seu comprimento. Como resultado, a coluna de haste possui energia em potencial acumulada, devido ao movimento de torcedura contínuo provido pelo motor de acionamento. O "enrolamento" acumulado converte-se em energia cinética, uma vez que o motor de acionamento é liberado ou removido. Conseqüentemente, a coluna de haste é desenrolada por girar em uma direção oposta.

Mesmo após a coluna de haste ter cessado o retro- giro mediante o desligamento inicial, um solavanco ou choque repentino no acionamento ou coluna de haste propriamente pode liberar energia residual retida no sistema e fazer com que a coluna de haste retro-gire descontroladamente. Isto apresenta um risco de segurança para o pessoal que fica próximo ao cabeçote do poço tentando desconectar o acionamento da coluna de haste. Também, o giro da haste pode danificar outro equipamento próximo.

Um processo para remover de modo seguro um conjunto de acionamento de uma coluna de haste é manter e suportar, de modo independente, o peso da coluna de haste antes de remover o acionamento. Presentemente, a coluna de haste é presa a um aparelho que é preso a um veículo. Uma vez que a coluna de haste tiver sido suportada pelo veículo, um segundo veículo é tipicamente usado para elevar e remover o conjunto de acionamento da coluna de haste suportada. Estas etapas são então repetidas na ordem inversa para reconectar o acionamento a coluna de haste. Este processo é complexo, caro e consome tempo.

Portanto, há a necessidade de um processo e aparelho para facilitar o conserto e/ou substituição dos componentes de bomba de contagem em progressão. Existe uma necessidade adicional de prender e suportar o peso de uma coluna de haste, de modo a facilitar uma remoção eficiente e segura de um conjunto de acionamento da coluna de haste.

Os aspectos da invenção são estabelecidos nas reivindicações independentes.

É descrito aqui um conjunto de gancho de haste e braçadeira, compreendendo: um corpo anular disposto ao redor de uma haste, o corpo anular possuindo pelo menos uma abertura radial conformada de modo atravessante; e

pelo menos um prendedor de haste disponível através de pelo menos uma abertura radial, pelo que, pelo menos um prendedor de haste é ajustável dentro de pelo menos uma abertura para aplicação de uma força predeterminada sobre a haste.

Também é descrito aqui um processo para prender e suportar uma haste ou tubulação dentro de um furo de poço, compreendendo desligamento de um conjunto de acionamento de tubulação ou de haste, e suportando a haste ou tubulação com um conjunto de gancho de haste e braçadeira conforme descrito acima.

O conjunto de gancho de haste e braçadeira prende uma haste ou tubulação dentro de um poço, permitindo que o fornecedor ou operador de conserto do poço desmonte de forma segura e mais barata, remova e de outra forma trabalhe no conjunto de acionamento. Em uma concretização, o gancho de haste e braçadeira compreendem um corpo anular possuindo pelo menos uma abertura radial conformada de modo atravessante e um prendedor de haste disposto através de cada abertura. O prendedor de haste pode compreender uma mandíbula de propulsão disposta em uma primeira extremidade de um elemento roscado. Um fornecedor ou operador de conserto do poço pode aplicar um torque ao elemento roscado para impelir a mandíbula de propulsão contra uma superfície externa de uma tubulação disposta dentro do poço, desta forma prendendo a tubulação no lugar.

Também é descrito aqui um processo para prender e suportar uma tubulação dentro de um furo de poço compreendendo o desligamento de um conjunto de acionamento, permitindo que a tubulação retro-gire e suportando a tubulação com um corpo anular possuindo, pelo menos, uma abertura radial conformada de modo atravessante e, pelo menos um elemento roscado disposto dentro da abertura.

Algumas concretizações preferidas da invenção, serão descritas agora apenas como exemplo e com referência aos desenhos anexos, onde: A figura 1 é uma seção transversal de um gancho de

haste e braçadeira da presente invenção;

A figura 2 é uma vista esquemática de um gancho de haste e braçadeira da presente invenção em uso com um sistema de elevação artificial de bomba de cavidade em progressão disposto dentro de um furo de poço;

A figura 3 é uma seção transversal, parcial, de um corpo anular do gancho de haste e braçadeira;

A figura 4 é uma seção transversal de uma mandíbula de propulsão de prendedor de haste; A figura 5 é uma seção transversal de um elemento

roscado; e

A figura 6 é uma seção transversal do gancho de haste e braçadeira em uma posição ativada, possuindo uma coluna de haste ou tubulação presa aos mesmos. A figura 1 é uma vista em seção transversal de um

gancho de haste e braçadeira 100, de acordo com uma concretização da invenção. O gancho de haste e a braçadeira100 podem ser usados para prender, reter e suportar qualquer haste, coluna de haste ou tubulação estendendo-se para dentro do furo do poço. Por questões de clareza e facilidade de descrição, contudo, o gancho de haste e a braçadeira 100 serão adicionalmente descritos, uma vez que eles relacionam-se a uma coluna de haste 108 em uma operação de elevação artificial, tal como, bombeamento de cavidade em progressão (PCP).

0 gancho de haste e a braçadeira 100 compreendem um corpo anular 300 possuindo uma ou mais aberturas estendendo-se radialmente 304, conformadas de modo atravessante. Cada abertura radial 304 aloja um prendedor de haste 350 que engaja uma superfície externa da haste 108 disposta dentro do corpo anular 300. Uma coroa circular 110 é formada entre uma superfície interna 301 do corpo 300 e uma superfície externa da haste 108. O prendedor de haste .350 inclui uma mandíbula de propulsão 400 disposta em uma extremidade de um elemento parcialmente roscado 500. 0 corpo anular 300 também inclui várias aberturas verticais .120 conformadas de modo atravessante para alojar uma tarraxa ou parafuso (não mostrado) que pode ser usado para fixar o gancho de haste e braçadeira 100 dentro de uma pilha de componentes do cabeçote do poço, tal como aqueles ilustrados na figura 2.

A figura 2 é uma vista esquemática de um poço 2 00 possuindo uma bomba de cavidade em progressão 260, disposta dentro do furo do poço 201. O gancho de haste e braçadeira .100 são dispostos dentro de uma pilha 202 de componentes de cabeçote de poço. A pilha 2 02 tipicamente inclui um cabeçote de alojamento 204 que é montado na superfície do poço em relação a uma coluna de alojamento 2 05 que alinha- se ao furo do poço 201. A pilha 202 também inclui, tipicamente, um dispositivo para prevenir explosão 22 0, uma viga em T de produção 222, que pode ser integral com o dispositivo para impedir explosão 22 0 e uma caixa de vedação 224. A caixa de vedação 224 serve para vedar ao redor da haste 108, onde a haste 108 é inserida dentro do poço 2 00 e é conhecida dos versados na técnica.

Um dispositivo de acionamento 250 para um PCP de furo vertical a céu aberto 260 é disposto na parte superior da pilha 2 02 e é tipicamente disposto diretamente sobre a parte superior da caixa de vedação 224. 0 gancho de haste e braçadeira 100 da presente invenção são preferivelmente dispostos abaixo do dispositivo de acionamento 250 e acima da viga em T de produção 222. A haste 108 é operada através do cabeçote de poço e dentro do orifício de poço 200, através de uma passagem que estende-se através de cada um dos componentes 2 02 da pilha de cabeçote de poço. 0 peso da haste 108 é suportado pelo conjunto de acionamento 250. 0 PCP 260 consiste em um rotor disposto dentro de um estator e é disposto abaixo da superfície dentro da tubulação de produção 210. O rotor é acionado pela haste 108 que é suportada e girada pelo conjunto de acionamento 250. Durante a produção, o conjunto de acionamento 250 gira a haste 108 que aciona o rotor da bomba 260 resultando em um fluxo de deslocamento positivo não pulsante de fluidos na direção da superfície do poço 200. A figura 3 é uma seção transversal parcial do corpo

anular 3 00 do gancho de haste e braçadeira 100, onde os prendedores de haste 350 não são mostrados, de modo que as várias aberturas radiais igualmente espaçadas 3 04 são claramente visíveis. As aberturas 3 04 possuem pelo menos uma superfície interna parcialmente roscada 3 05 para engajar uma superfície externa do elemento roscado 500.

A figura 4 é uma vista em seção transversal da mandíbula de propulsão 400. A mandíbula de propulsão 400 compreende uma primeira porção 4 05 possuindo uma conexão de presilha fêmea 410 na extremidade da mesma para anexação a um elemento roscado 500. A mandíbula de propulsão 400 compreende, adicionalmente, uma segunda porção 415 possuindo uma superfície externa 420 que conforma-se substancialmente a uma superfície externa da haste 108 (não mostrada) estendendo-se do furo do poço. Por exemplo, a superfície externa 42 0 da mandíbula de propulsão 400 pode ser configurada para conformar-se substancialmente a uma haste 108 possuindo uma superfície externa redonda ou poligonal. A superfície externa 42 0 da mandíbula de propulsão 400 pode também incluir dentes ou serras para melhor agarrar e prender a superfície externa da haste 108.

A figura 5 é uma seção transversal do elemento roscado 500. O elemento roscado 500 compreende uma primeira extremidade 505 possuindo uma conexão de presilha macho 510 que pode ser inserida dentro da conexão de presilha fêmea .410 da mandíbula de propulsão 400. O elemento roscado 500 também compreende uma seção roscada 52 0 e uma seção não roscada 525. A seção roscada 520 possui uma circunferência ou diâmetro externo maior do que o da seção não roscada .525. Os diâmetros externos diferentes 520, 525 formam um ressalto 530 entre as seções roscada 52 0 e não roscada 525. 0 ressalto 53 0 atua como um batente para impedir o elemento roscado 500 de avançar em excesso dentro da abertura 3 04 do corpo anular 300. O elemento roscado 500 inclui, adicionalmente, uma ranhura com recessos 540, disposta em uma superfície externa do mesmo, entre a primeira extremidade 505 e a seção não roscada 525 do elemento roscado 500. Um O-ring (não mostrado) ou qualquer outro dispositivo conhecido para vedação pode ser usado com a ranhura 54 0 para prover uma vedação hermética ao redor do elemento roscado 500.

Na operação, o conjunto de acionamento 250 é primeiro desligado. A haste 108 é então deixada retro- girar, liberando a maior parte da tensão rotacionai formada dentro da haste 108. Após isto, torque é aplicado aos prendedores de haste 350 para avançar os prendedores de haste 350 dentro das aberturas 304. Os elementos roscados .500 são avançados até uma força predeterminada ser aplicada à haste 108. Especificamente, os prendedores de haste 350 avançam na direção do centro do corpo anular 3 00, as mandíbulas de propulsão 400 que são anexadas às primeiras extremidades 505 dos prendedores de haste 350 engajam a superfície externa da haste 108, desta forma prendendo a haste 108 no lugar. A haste 108 é então presa tanto rotacional quanto axialmente dentro do furo de poço 201.

A figura 6 mostra uma seção transversal de um gancho de haste e braçadeira 100. Conforme mostrado, os prendedores de haste 350 avançam dentro das aberturas 3 04 engajando a superfície curva 420 da mandíbula de propulsão .400 contra a superfície externa da haste 108. Uma vez engajada, o peso da haste 108 é mantido e suportado independentemente pelo gancho de haste e braçadeira 100, de modo que o conjunto de acionamento 250 pode ser removido e consertado.

Será apreciado que variações das concretizações descritas acima podem ainda encontrar-se dentro do escopo da invenção.

Claims

1. Conjunto de gancho de haste e braçadeira compreendendo: um corpo anular (300) disposto ao redor de uma haste (108), o corpo anular possuindo pelo menos uma abertura radial (304) formada de modo atravessante, um prendedor de haste (350) disponível através de pelo menos uma abertura radial, pelo menos um prendedor de haste possuindo uma porção (520) de diâmetro externo roscada para engajamento do primeiro diâmetro interno roscado de pelo menos uma abertura radial, um elemento de retenção disposto de modo removível sobre uma extremidade (505) de pelo menos um prendedor de haste, onde pelo menos um prendedor de haste é ajustável dentro de pelo menos uma abertura para aplicação de uma força radial predeterminada sobre a haste e, desta forma, suportar o peso da haste quando a força predeterminada é aplicada, o conjunto caracterizado pelo fato de compreender: pelo menos uma abertura radial compreendendo: uma primeira porção possuindo um primeiro diâmetro interno roscado, uma segunda porção possuindo um segundo diâmetro interno não roscado que é menor do que o primeiro diâmetro interno, e um ressalto; e um batente (530) sendo formado no diâmetro externo de pelo menos um prendedor de haste, de modo a limitar o movimento axial de pelo menos um prendedor de haste dentro de pelo menos uma abertura radial.

2. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície externa de pelo menos um prendedor de haste inclui, adicionalmente, uma porção não roscada (525).

3. Conjunto, de acordo com a reivindicação 1 ou 2' caracterizado pelo fato de que o elemento de retenção compreende uma mandíbula de propulsão (4 00) .

4. Conjunto, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a mandíbula de propulsão inclui uma primeira extremidade (420) que se conforma substancialmente a uma superfície externa da haste.

5. Conjunto, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o prendedor de haste em sua direção axial impele a primeira extremidade da mandíbula de propulsão contra a superfície externa da haste.

6. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5 caracterizado pelo fato de que o corpo anular possui quatro aberturas radiais e quatro prendedores de haste disponíveis lá.

7. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a porção roscada do prendedor de haste engaja a superfície interna roscada da abertura.

8. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, pelo menos uma abertura vertical (12 0) formada dentro do corpo anular para anexação do gancho de haste e braçadeira dentro de uma pilha (202) de componentes de furo de poço.

9. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o corpo anular está disposto dentro de uma pilha de componentes de furo de poço, abaixo de um conjunto de acionamento que é acionado por motor (250).

10. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o corpo anular está disposto ao redor da haste.

11. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a haste é presa e suportada pelo gancho de haste e braçadeira.

12. Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o batente é construído e disposto para combinar com o ressalto.

13. Conjunto de gancho de haste e braçadeira (100) para uso com um conjunto de acionamento (250) , caracterizado pelo fato de compreender: um corpo anular (300) para disposição abaixo do conjunto de acionamento (250), o corpo anular (300) possuindo, pelo menos, uma abertura radial (304) formada de modo atravessante, onde pelo menos uma abertura radial (304) compreende: uma primeira porção (305) possuindo um primeiro diâmetro interno roscado, e uma segunda porção possuindo um segundo diâmetro interno não roscado que é menor do que o primeiro diâmetro interno, pelo menos um elemento roscado (500) disposto dentro da abertura (304), pelo menos este elemento roscado (500) engajando o primeiro diâmetro interno roscado de pelo menos uma abertura (304); e pelo menos uma mandíbula de propulsão (4 00) disposta em uma extremidade (505) de pelo menos um elemento roscado (500), em que o conjunto de gancho de haste e braçadeira (100) é capaz de prender e suportar uma haste (108) .

14. Conjunto (100), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o elemento roscado (500) compreende, adicionalmente, uma porção (525) da superfície externa não roscada.

15. Conjunto (100), de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que a mandíbula de propulsão (400) compreende uma primeira extremidade (420) que se conforma substancialmente a uma superfície externa de uma haste (108) ou tubulação que está disposta através do corpo anular (300).

16. Conjunto (100), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o avanço do elemento roscado (500) em sua direção axial, força a primeira extremidade (420) da mandíbula de propulsão (4 00) contra a superfície externa da haste (108) ou tubulação, com isso, prendendo e suportando a haste (108) ou tubulação.

17. Processo para prender e suportar uma haste (108) ou tubulação dentro do furo do poço (201), caracterizado pelo fato de compreender: desligar do conjunto de acionamento da haste ou tubulação (250) ; permitir que a haste (108) ou tubulação retro-gire; e suportar a haste (108) ou tubulação dentro de um corpo anular (300) compreendendo: pelo menos uma abertura radial (304) formada de modo atravessante; pelo menos um elemento roscado (500) disposto dentro da pelo menos uma abertura (304); e pelo menos uma mandíbula de propulsão (400) disposta em uma primeira extremidade (505) do pelo menos um elemento roscado (500), em que a haste (108) ou tubulação é suportada por aplicação de uma força radial à haste (108) ou tubulação.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o conjunto de acionamento (250) é um conjunto de acionamento (250) que é acionado por motor.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 17 ou 18' caracterizado pelo fato de que o corpo anular (300) está disposto em um cabeçote de poço (204) entre o flange de alojamento de cabeçote de poço e o conjunto de acionamento (250).

20. Processo para prender e suportar uma haste (108) ou tubulação dentro de um furo de poço (201) , caracterizado pelo fato de compreender: desligar o conjunto de acionamento da haste ou tubulação (250); e suportar a haste (108) ou tubulação com um conjunto de gancho de haste e braçadeira (100) como definido em qualquer uma das reivindicações 13 a 16.

21. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 20, caracterizado pelo fato de que a rotação do elemento roscado (500) força uma primeira extremidade (420) da mandíbula de propulsão (400) contra uma superfície externa da haste (108) ou tubulação, desta forma prendendo e suportando a haste (108) ou tubulação.

22. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 21, caracterizado pelo fato de que o corpo anular (300) impede rotação torsional da haste (108) ou tubulação.

23. Conjunto (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um prendedor de haste (350) compreende uma porção adicional (525) possuindo um segundo diâmetro externo menor do que o primeiro diâmetro externo roscado.

24. Conjunto (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16 e 23, caracterizado pelo fato de que pelo menos um prendedor de haste (350) ou pelo menos um elemento roscado (500) compreende uma ranhura (540) .

25. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 22, caracterizado pelo fato de que pelo menos um prendedor de haste (350) ou pelo menos um elemento roscado (500) compreende uma ranhura (540)