BR102017012026B1 - Equipamento de segurança de subsuperfície exclusivamente elétrico - Google Patents

Abstract

É descrito um equipamento de segurança de subsuperfície exclusivamente elétrico compreendendo uma válvula (200) para bloqueio de fluxo em operações de completação de poços de óleo e gás sob condições de emergência, dita válvula (200) compreendendo um conjunto de atuação constituído por um motor de eixo vazado (101), castanha (104), fuso (105) e camisa deslizante (106), de modo que ao entrar em movimento de abertura dito conjunto comprime a mola (107) e coloca o bloqueador (108) em posição aberta, permitindo comunicação entre zonas e o escoamento do fluido. Já para obter o fechamento da dita válvula, assim que cessada a alimentação elétrica, a mola (107) relaxa, a camisa deslizante (106) retorna assim como todo o conjunto de atuação, e o bloqueador (108) é exposto ao fluxo de modo que a válvula (200) retorna à posição fechada, bloqueando fisicamente o escoamento.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um equipamento de segurança de subsuperfície com atuação exclusivamente elétrica, mais especificamente, a um equipamento de atuação elétrica em formato de válvula para segurança de poço. A mesma tem como objetivo bloquear o fluxo de fluido do poço em caso de perda de controle da coluna, ocasionado por acidentes ou falha dos equipamentos de controle de fluxo da cabeça do poço ou da superfície. A válvula proposta encontra aplicação em operações de completação de poços terrestres e marítimos de óleo e gás natural.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Apesar da constante busca por fontes alternativas de energia, ainda existe grande interesse pela extração de petróleo e gás, visando suprir a crescente demanda mundial.

[0003] Um dos principais aspectos no que diz respeito à extração de petróleo e gás é o sistema de completação de poços. Pelas restrições operacionais dentro dos poços, as ferramentas que compõem a completação têm uma funcionalidade complexa que desafiam as empresas com conteúdo tecnológico dentro da indústria do óleo e gás; dentre essas ferramentas encontra-se a válvula de segurança de subsuperfície.

[0004] A válvula de segurança de subsuperfície é necessária e obrigatória a todos os poços surgentes no Brasil e em boa parte do mundo. Esta válvula consiste em um equipamento a ser aplicado em poços de petróleo e gás como uma proteção contra falhas ou acidentes que tornem inoperáveis os equipamentos de controle de fluxo localizados na cabeça do poço ou na superfície. Compondo a primeira barreira (“envelope”) de segurança do poço, este equipamento impede o vazamento descontrolado de fluidos para fora do poço evitando a poluição do ambiente e protegendo as operações na superfície.

[0005] Na grande maioria dos poços brasileiros, a válvula de segurança de subsuperfície é operada remotamente de maneira hidráulica através de um sistema primário de acionamento composto por uma unidade de potência hidráulica (HPU) e duas linhas de controle, sendo essa segunda caracterizada como redundante à principal, ou apenas de balanceio (equalização). Ao aplicar pressão hidráulica na linha de controle principal, ocorre a abertura do componente bloqueador, e quando cessada a pressão, a válvula retorna ao estado inicial de fechamento.

[0006] Existe também o sistema de controle multiplexado que é caracterizado por conter um dispositivo elétrico responsável por direcionar a potência hidráulica que chega por uma linha, reduzindo o número de linhas necessárias para o controle do sistema, porém ainda assim é necessária a utilização de potência hidráulica e toda a infraestrutura para a atuação. Com o avanço tecnológico e a necessidade de aperfeiçoar o processo de controle do poço, verifica-se atualmente o interesse da indústria nas válvulas de segurança de subsuperfície com atuação elétrica.

[0007] O funcionamento da válvula de segurança de subsuperfície hidráulica consiste na aplicação de pressão em pistão hidráulico (balanceado ou não) fixo a uma camisa deslizante. Quando pressurizado, o pistão desloca-se no sentido de abertura (geralmente para baixo, em direção axial), promovendo por sua vez o deslocamento da camisa onde se encontra fixado, e comprimindo o sistema de retorno (que absorve energia); dessa forma a camisa movimenta mecanicamente o elemento bloqueador que, em geral, possui formato de flapper ou esfera, fazendo com que passe da posição fechada para posição aberta, permitindo a passagem de fluxo.

[0008] O que caracteriza a válvula da invenção para aplicação no formato de segurança de subsuperfície é a configuração que a torna normalmente fechada, devido ao sistema de retorno desempenhado por mola (com ou sem câmara de nitrogênio e/ou outro mecanismo de auxílio) ou outro mecanismo acumulativo, e ao elemento bloqueador. Quando movimentada, a camisa comprime o sistema de retorno (considerado no presente documento como mola) que acumula energia. Assim que cessada a potência de atuação da válvula, o sistema de retorno, anteriormente comprimido, relaxa, promovendo o retorno do dispositivo de abertura (camisa/pistão) e consequentemente a volta do mecanismo de bloqueio. Esse mecanismo se mantém na posição fechada devido ao diferencial de pressão entre as duas regiões (superior e inferior ao bloqueador). Desta forma o escoamento pela coluna de produção é interrompido fisicamente.

[0009] Atualmente as válvulas de segurança de subsuperfície vêm apresentando um elevado número de falhas, sendo a grande maioria no conjunto de atuação hidráulico, sob forma de entupimentos ou vazamentos na linha de controle, câmara do pistão ou no próprio pistão.

[0010] Falhas desse tipo provocam grandes danos à cadeia de produção e geram altos riscos à segurança do ambiente que o rodeia. O fechamento desnecessário da válvula de segurança de subsuperfície representa uma parada inesperada na produção, o que acarreta grandes prejuízos. Quando é requerida uma intervenção no poço para manutenção ou substituição do componente avariado, é necessário o suporte de embarcações externas como sonda (quando em alto mar) ou veículos de operação e suporte (quando em terra), o que gera altos gastos, além do aumento de riscos durante o posicionamento e instalação dos equipamentos de intervenção.

[0011] Em alguns casos de falha da válvula de segurança de subsuperfície, quando é inviável uma manutenção corretiva, visando a não retirada da coluna de completação, é feita uma análise de risco, baseada no tipo de operação, posição e comportamento do poço. Caso a análise satisfaça os requisitos, é instalado um dispositivo de travamento do bloqueador na posição aberto, a fim de manter a válvula nesse modo. Este procedimento inutiliza a válvula de segurança de subsuperfície e aumenta os riscos à integridade dos equipamentos, trabalhadores e ambiente no seu entorno devido à supressão de uma barreira de segurança. Apesar do travamento do bloqueador, ainda assim é necessária uma intervenção no poço para a instalação desse dispositivo de travamento, agregando todos os riscos e gastos envolvidos nessas operações. No entanto torna-se dispensável a retirada da coluna de completação para manutenção ou substituição da válvula de segurança de subsuperfície, o que consumiria mais tempo e ampliaria os gastos e prejuízos.

[0012] A substituição do sistema de acionamento hidráulico das válvulas de segurança de subsuperfície por um sistema exclusivamente elétrico proporciona muitas vantagens. Dentre estas estão a não necessidade de unidades de potência hidráulica e de toda a infraestrutura necessária à transmissão de potência, que no geral acarretam (agregam) altos custos, alto consumo de energia e ocupação de espaço, que é restrito. Adicionalmente, ocorre o aumento da confiabilidade do conjunto de atuação que será isento de todos os problemas relacionados à hidráulica, como vazamentos e entupimentos nas linhas de controle, dentre outros. O sistema elétrico também apresenta uma velocidade de resposta maior que o hidráulico, reduzindo os riscos e danos causados em casos de emergência.

[0013] Um conjunto de atuação exclusivamente elétrico para uma válvula de segurança de subsuperfície requer um investimento superior ao necessário para uma válvula de segurança de subsuperfície de atuação hidráulica convencional. Porém, ao viabilizar um real aumento de confiabilidade, reduzindo o número de falhas no mecanismo de atuação e consequentemente diminuindo o número de intervenções no poço, é obtido um retorno financeiro superior se comparado ao valor investido na ferramenta. Ainda, o nível de segurança é elevado devido à redução do número de intervenções no poço.

[0014] No atual mercado de óleo e gás, apesar de existirem alguns sistemas de completação totalmente elétricos, estes são utilizados em uma escala extremamente pequena quando comparados com os sistemas hidráulicos ou multiplexados (eletro hidráulicos). Mesmo assim, as poucas ferramentas do tipo válvulas de segurança de subsuperfície que apresentam atuação elétrica e encontram-se disponíveis na indústria utilizam em grande maioria um pistão que de forma secundária atua uma camisa deslizante, que por sua vez atua o componente bloqueador.

[0015] Existem alguns tipos de válvulas de segurança de subsuperfície com atuação elétrica, dentre estas é possível citar as patentes US6253843; US6269874; US6619388, e o pedido publicado US2004173362, que utilizam motores para atuar indiretamente as válvulas de segurança de superfície, porém quando contemplados, apenas são abordados motores de configuração tradicional, conectados a castanhas e fusos ou unidades de pressurização e pistão, posicionados na lateral da válvula (radialmente), não aproveitando ao máximo o espaço disponível. Diferentemente, aplicando um motor de eixo vazado, é possível obter-se um maior torque, maior eficiência, maior confiabilidade, por ser uma configuração mais simples, dentre outras vantagens.

[0016] A patente US6719057 aborda a possibilidade de o componente atuador ser instalado junto aos equipamentos de controle de fluxo na superfície, o que faz divergir, e não conter qualquer semelhança com o atual documento. A energia de abertura da válvula neste documento de patente é hidráulica, obtida por meio de um conjunto motor (elétrico ou não) e pressurizador (bomba hidráulica); ou motor (elétrico ou não), fuso e pistão.

[0017] A patente US7967074 descreve uma válvula de segurança de subsuperfície elétrica, insertável (removível), o que já diferencia o modelo de válvula, não tendo como objeto de inovação o conjunto de atuação.

[0018] Por outro lado, o uso de um motor de eixo vazado no interior de uma válvula foi objeto da patente BR102015027504-8, da ora Requerente, aqui integralmente incorporado como referência, do qual a presente invenção difere no sentido de o motor de eixo vazado ser parte de uma válvula de segurança de subsuperfície, sendo a função do motor apenas de posicionar e manter, utilizando uma camisa, a flapper no modo aberto, quando acionado; assim que o dito motor de eixo vazado é desativado, um sistema secundário passivo efetuará o retorno do conjunto de atuação, desencadeando o fechamento da flapper, e consequente bloqueio físico da coluna. A principal vantagem deste sistema é a alta confiabilidade, pois tem apenas uma posição de atuação para o motor de eixo vazado.

[0019] Adicionalmente, na patente BR102015027504-8, citado acima, o objetivo principal da ferramenta reivindicada é o controle de fluxo por meio do controle de posição em conjunto com um estrangulador de variação infinito.

[0020] Ainda a respeito das diferenças entre a válvula de controle de fluxo da patente BR102015027504-8 e a presente invenção, nesta última a válvula de segurança atua em apenas duas posições, contando com um sistema de retorno independente (o que a qualifica para tal aplicação); ela necessariamente deve estar energizada para manter-se na posição aberta. O sistema com o motor de eixo vazado eleva o grau de confiabilidade (principal aspecto no que diz respeito a tal equipamento); quando atuada, a camisa desliza a fim de travar a flapper na posição aberta, permitindo a comunicação entre duas zonas da coluna. Já na válvula de controle de fluxo da patente BR102015027504-8 o principal objetivo é ter uma variação de posicionamento refinada e precisa que em conjunto com o estrangulador infinito, permita o controle de área disponível para escoamento, controlando assim o fluxo entre o anular e a coluna.

[0021] Desta maneira, a presente invenção difere de todo o conhecimento da técnica encontrado devido à aplicação do motor elétrico de eixo vazado a um equipamento de segurança de duas posições. Tal conceito resulta em uma maior eficiência, maior distribuição de forças, e de maior pertinência no aumento de confiabilidade de toda a cadeia na qual está inserido.

[0022] Tal válvula se destina a bloquear o fluxo de fluido do poço em caso de perda de controle da coluna, ocasionado por acidentes ou falha dos equipamentos de controle de fluxo da cabeça do poço ou da superfície. Assim, o sucesso do princípio do componente atuador na forma de um motor de eixo vazado, que torna possível a passagem da camisa deslizante pelo interior do dito motor para viabilizar uma válvula de controle exclusivamente elétrico não seria evidente ou garantido para outras circunstâncias ou aplicações. Isto é verdadeiro tendo em vista que a presente válvula opera em circunstâncias diversas daquelas da patente BR102015027504-8, onde a válvula se destina a controlar o fluxo de óleo, abrindo e fechando gradativamente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0023] De maneira ampla, a presente invenção trata de um equipamento na forma de válvula de segurança de subsuperfície com atuação exclusivamente elétrica, dita válvula sendo caracterizada fisicamente pelo componente atuador na forma de um motor de eixo vazado, que torna possível a passagem de uma camisa deslizante pelo interior do dito motor.

[0024] Portanto, de acordo com presente a invenção, o equipamento válvula de segurança de subsuperfície com atuação exclusivamente elétrica para bloqueio de fluxo em poços de óleo e gás em caso de emergência compreende um invólucro de formato tubular, sendo contidos no interior do dito invólucro: . uma camisa deslizante com vedações em ambas as extremidades, compreendendo um fuso fixado ao corpo da mesma, permitindo o deslocamento no sentido axial, dito fuso sendo atuado por meio da rotação de uma castanha acoplada a um elemento transmissor, dita camisa estando contida no interior de um motor de eixo vazado composto de maneira simplificada por um estator e um rotor; . um elemento denominado coroa responsável por transmitir a rotação do dito motor de eixo vazado ao dito elemento transmissor; . pelo menos um dispositivo eletrônico de controle, monitoramento e comunicação, responsável pela atuação do dito motor de eixo vazado, pela aquisição de dados oriundos de sensores, quando os houver, e pela continuidade da linha elétrica do poço quando necessário; . um componente bloqueador responsável pela abertura e fechamento mecânico da coluna, sendo dito componente em uma modalidade no formato flapper; . uma base de vedação onde o componente bloqueador de formato flapper é posicionado, e quando o mesmo é fechado, é forçado contra a dita base de vedação, promovendo assim o bloqueio da coluna e selamento entre as zonas; . pelo menos uma chaveta destinada à restrição da movimentação no sentido radial da camisa (rotação), forçando a movimentação em sentido axial; . pelo menos um rolamento destinado a suportar o carregamento axial e manter o alinhamento radial; . uma mola responsável por atuar como mecanismo de retorno da dita camisa deslizante; e . um cabo elétrico para alimentação da dita válvula.

[0025] Portanto, a presente invenção provê uma válvula de segurança de subsuperfície para bloqueio de fluxo em poços de óleo e gás sob condições de emergência, dita válvula sendo dotada de acionamento exclusivamente elétrico por meio de pelo menos uma linha (quando assim, principal) de alimentação elétrica, isenta de linhas hidráulicas. Deste modo não há necessidade de uma unidade de potência hidráulica instalada na superfície e infraestrutura para transmissão dessa potência.

[0026] A invenção provê adicionalmente uma válvula para aplicação no formato de segurança de subsuperfície dotada de configuração tal que a torna normalmente fechada, devido ao sistema de retorno desempenhado por mola (com ou sem câmara de nitrogênio e/ou outro mecanismo de auxílio) ou outro mecanismo acumulativo, e um elemento bloqueador.

[0027] A invenção provê também uma válvula de segurança de subsuperfície onde, quando movimentada, a camisa do conjunto de atuação comprime o sistema de retorno (mola) que acumula energia. Assim que cessada a potência de atuação da válvula, o sistema de retorno, anteriormente comprimido, atua promovendo o retorno do dispositivo de abertura (camisa/pistão) e consequentemente a volta do mecanismo de bloqueio. Esse mecanismo mantém a posição fechada devido ao diferencial de pressão entre as regiões superior e inferior ao bloqueador, interrompendo fisicamente o escoamento pela coluna de produção.

[0028] A invenção provê consequentemente uma válvula de subsuperfície onde a elevação do grau de confiabilidade do equipamento é devida ao formato de atuação no qual o motor de eixo vazado será empregado em apenas uma posição.

[0029] A invenção provê que alternativamente todo o sistema de controle possa ser instalado na superfície, elevando ainda mais o grau de confiabilidade e facilitando a manutenção do equipamento quando a avaria for localizada no sistema eletrônico. Vantajosamente, a presente invenção, sob a forma de válvula de segurança, é dotada de confiabilidade aperfeiçoada do conjunto de atuação, por ser isento de problemas relacionados à hidráulica, incluindo vazamentos e entupimentos das linhas de controle.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0030] A figura 1 é uma vista geral, em plano, da válvula da invenção.

[0031] A figura 2 é uma vista geral, em perspectiva, da válvula da invenção.

[0032] A figura 3 é uma vista geral, em plano, da secção transversal superior da válvula da invenção.

[0033] A figura 4 é uma vista, em corte frontal, da mesma válvula na posição fechada (figura 4A) e na posição aberta (figura 4B).

[0034] A figura 5 é uma vista, em plano, em corte parcial, da mesma válvula na posição fechada (figura 5A) e na posição aberta (figura 5B).

[0035] A figura 6 é uma vista, em perspectiva, em corte parcial, da mesma válvula na posição fechada (figura 6A) e na posição aberta (figura 6B).

[0036] A figura 7 é uma vista frontal, em corte, detalhado, da válvula da invenção mostrando o sistema elétrico de controle, alimentação, monitoramento e comunicação na posição fechada (figura 7A) e na posição aberta (figura 7B).

[0037] A figura 8 é uma vista frontal, em corte, detalhado, da válvula da invenção mostrando o conjunto de atuação elétrico na posição fechada (figura 8A) e na posição aberta (figura 8B).

[0038] A figura 9 é uma vista frontal, em corte, detalhado, da válvula da invenção mostrando o sistema de bloqueio mecânico e retorno mecânico na posição fechada (figura 9A) e na posição aberta (figura 9B).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0039] A presente invenção é dirigida para um equipamento de segurança de subsuperfície, mais especificamente uma válvula de segurança de subsuperfície, tendo como principal objeto a aplicação de um conjunto de atuação desempenhado por meio de um motor de eixo vazado a um equipamento de segurança em poço caracterizado como normalmente fechado. Vantajosamente, o conjunto de atuação da dita válvula de segurança de subsuperfície é exclusivamente elétrico.

[0040] A válvula de segurança proposta encontra aplicação em operações de produção (completação) em poços de petróleo e gás terrestres e marítimos produtores ou injetores, surgentes ou não.

[0041] A aplicação do conjunto de atuação da válvula de segurança de subsuperfície objeto da invenção não se limita apenas a equipamentos de abertura e fechamento, como válvulas; o conceito de atuação por motor de eixo vazado é passível de aplicação em outros componentes da coluna de completação.

[0042] A aplicação do motor de eixo vazado em componentes da coluna de completação é interessante, pois torna possível a atuação elétrica de um equipamento por meio do torque gerado pelo motor de eixo vazado, direta ou indiretamente.

[0043] Adicionalmente, a configuração do motor de eixo vazado permite a livre continuação física da coluna, sendo, portanto, alocado no espaço anular, enquanto a passagem principal da coluna ocupa a região interna de formato radial.

[0044] Conforme o conceito da invenção, na válvula de segurança de subsuperfície objeto da invenção, a camisa, de modo inédito para válvulas de segurança de subsuperfície, passa por dentro de um motor (Figura 4). Para tal é utilizado um motor do tipo eixo vazado (hollow shaft) permitindo esta configuração de válvula, que possui grandes vantagens como será explicitado a seguir na descrição do presente relatório.

[0045] A invenção será descrita a seguir por referência às figuras anexas.

[0046] A válvula de segurança de subsuperfície (200), objeto da presente invenção, contida no interior de um invólucro (100), é composta por um motor de eixo vazado (101), dito motor de eixo vazado (101) sendo constituído por um estator (101a) e um rotor (101b).

[0047] O invólucro (100) compreende um trecho superior (100a), um trecho intermediário (100b) e um trecho inferior (100c) (Figuras 1 e 2).

[0048] O rotor (101b) é caracterizado por ser o componente móvel responsável pela transmissão do torque gerado pelo motor de eixo vazado (101) para o conjunto de atuação, tal como descrito a seguir.

[0049] O estator (101a) é fixado em um colar de fixação (112), dito colar de fixação (112) sendo fixo de maneira solidária ao trecho superior (100a) do invólucro (100).

[0050] Em uma modalidade da invenção, o rotor (101b) é fixado em uma coroa (102) fixada em um transmissor (103) que por sua vez, é fixo em uma castanha (104).

[0051] Quando o motor de eixo vazado (101) gera torque, este é transmitido à castanha (104) por meio da coroa (102) que une mecanicamente o rotor (101b) ao transmissor (103), dito transmissor (103) sendo fixado mecanicamente a dita castanha (104).

[0052] Ao ser iniciado o movimento de rotação, este será transmitido para um fuso (105) fixo em uma camisa deslizante (106), dita camisa deslizante (106) sendo dotada de pelo menos uma restrição quanto ao movimento de rotação (sentido radial), que nesta invenção foi representada no formato de chaveta (114). Deve ficar bem claro para os especialistas que este modelo de formato não é limitante e nem sendo tal modelo, objeto da presente invenção.

[0053] Deste modo o torque aplicado pelo rotor (101b) resulta em movimentação axial devido à ação do conjunto castanha (104) e fuso (105).

[0054] O sentido de atuação definido no presente documento é o axial para baixo. No entanto, deve ficar claro para os especialistas que tal sentido de atuação não se constitui em um limitante e nem em algo pertinente à invenção.

[0055] Com o deslocamento da dita camisa deslizante(106) para baixo é comprimida uma mola (107) caracterizada como mecanismo de retorno, dita mola (107) sendo mantida comprimida durante todo o tempo em que a válvula de segurança de subsuperfície (200) encontra-se na posição aberta.

[0056] Ao deslizar para baixo o deslocamento da dita camisa deslizante (106) efetua a abertura de um bloqueador (108) por meio de contato mecânico (Figura 9A), que no presente relatório é contemplado no formato flapper (108a), porém não sendo limitado a este, parando apenas no batente da camisa(106). Deste modo tanto a flapper (108a) quanto a base de vedação (113) ficam protegidos pela dita camisa deslizante (106) do desgaste excessivo gerado pelo escoamento do fluido produzido, que na maioria das vezes contém grande concentração de detritos (Figura 9B).

[0057] Deste modo a configuração da válvula da invenção a torna normalmente fechada, resultante do sistema de retorno propiciado pela mola (107) e o bloqueador (108).

[0058] Quando movimentada, a camisa (106) comprime o sistema de retorno (mola (107)) que acumula energia. Assim que cessada a potência de atuação da válvula, o sistema de retorno, anteriormente comprimido, relaxa promovendo o retorno do dispositivo de abertura (camisa (106) /castanha(104)) e consequentemente a volta do mecanismo de bloqueio.

[0059] A base de vedação (113) se constitui em um apoio do elemento bloqueador (108) de formato flapper (108a). A flapper (108a) quando em posição fechada é comprimida contra a dita base (113) por influência da pressão, promovendo assim o bloqueio de fluxo entre zonas.

[0060] Para manter a válvula de segurança de subsuperfície (200) em posição de abertura, o motor de eixo vazado (101) é dotado de freio eletrônico por indução magnética, portanto não é necessário manter o motor de eixo vazado(101) atuando com máxima potência por todo o período de abertura.

[0061] Adicionalmente, a válvula de segurança de subsuperfície (200) da invenção também pode conter um mecanismo auxiliar de travamento (não representado) atuando na posição aberta, tendo como objetivo reduzir a potência necessária para manter a válvula nesta posição (com a mola (107) comprimida). O mecanismo auxiliar de travamento pode assumir várias formas sendo que a mais usual e já utilizada amplamente pela indústria de válvulas é o sistema de “collet”, que não é objeto da invenção.

[0062] De forma resumida, o conjunto de atuação (Figura 8) é constituído pelo motor de eixo vazado (101), castanha (104), fuso (105) e camisa deslizante (106). Ao entrar em movimento de abertura, o dito conjunto de atuação comprime a mola (107) e coloca a flapper (108a) em posição aberta, permitindo o escoamento do fluido.

[0063] Quando a energização é cessada, o sistema de frenagem do motor de eixo vazado (101) é desabilitado. Desta maneira a mola (107) anteriormente comprimida, relaxa, agindo no conjunto de atuação e efetuando o retorno da dita camisa deslizante (106). Assim a flapper (108a) fica exposta ao fluxo, e pela interação geométrica da mesma com o escoamento de fluido na coluna (interação fluidodinâmica), retorna à posição fechada. Por esta razão a coluna é mecanicamente bloqueada, e se mantém nessa posição devido ao diferencial de pressão existente entre as duas regiões da coluna (inferior e superior).

[0064] Deve ficar bem claro para os especialistas que o sentido de movimentação da dita camisa deslizante (106) foi arbitrariamente definido, não sendo restritivo ao selecionado. Assim, o sentido de abertura pode variar de acordo com o tipo de poço, seja produtor tal como contemplado no presente documento ou injetor. Adicionalmente e alternativamente, o sentido de abertura varia com o sentido do torque do motor de eixo vazado (101).

[0065] O conjunto de atuação pode ser aplicado às válvulas de segurança de subsuperfície tanto para poços produtores quanto para poços injetores, sendo eles surgentes ou não. Para tal, de acordo com as características do poço, seriam necessárias pequenas modificações no bloqueador, no sentido de abertura e no sistema de retorno, nenhum destes sendo tratados independentemente, já que se inserem totalmente no escopo da presente invenção.

[0066] Como mencionado acima, na presente invenção o conjunto de atuação não é restrito apenas ao bloqueador (108), definido arbitrariamente neste documento como sendo do formato flapper (108a).

[0067] Além disso, os componentes coroa (102) e transmissor (103) não são pertinentes à presente invenção, sendo elementos paralelos destinados à transmissão do torque gerado pelo dito motor de eixo vazado (101) à castanha (104). Tais componentes representam, portanto, uma alternativa possível e não limitante de montagem da válvula (200). Assim, em uma modalidade da invenção, é possível fixar a castanha (104) diretamente ao rotor (101b) de maneira não representada neste documento, suprimindo os componentes coroa (102) e transmissor (103).

[0068] Para o sistema fuso (105) / castanha (104), poderão ser utilizadas várias tecnologias, como fuso de esferas planetárias, fusos de rolos planetários, roscas trapezoidais, entre outras tecnologias existentes, este aspecto não sendo crítico para a invenção e adicionalmente não sendo objeto da mesma.

[0069] O movimento no sentido de rotação da camisa deslizante (106) é dotado de pelo menos uma restrição, e para a presente invenção foi contemplada a chaveta como elemento restritivo, permitindo apenas a movimentação em sentido axial da válvula de segurança de subsuperfície (200), como já informado acima no presente relatório. Este, porém, não deve ser considerado um limitante. Guias ou dispositivos semelhantes são totalmente aceitáveis para as finalidades da invenção, tais variações não sendo representadas na invenção e sendo usuais na técnica. Desta maneira, devido a aplicação da dita chaveta (114), todo o torque do dito motor de eixo vazado (101) será transmitido em força linear através do fuso (105), gerando um movimento axial da camisa deslizante (106).

[0070] Alternativamente, o fuso (105) é fabricado na própria camisa deslizante (106) tornando ambos os componentes um único elemento.

[0071] Como informado acima no presente relatório, o motor de eixo vazado (101) é dotado de um freio eletrônico de indução magnética, que auxilia na manutenção da válvula de segurança de subsuperfície (200) na posição aberta, sendo necessária a alimentação elétrica do motor de eixo vazado (101) para manter-se no estado estático.

[0072] A alimentação da dita válvula de segurança de subsuperfície (200) é feita por pelo menos um cabo TEC (111) (cabo elétrico comercial destinado à aplicação em poço), sendo plausível a aplicação de um segundo dito cabo TEC (111) como forma de redundância.

[0073] O controle do dito motor de eixo vazado (101) é feito por pelo menos uma eletrônica de controle (110), contida em pelo menos uma placa com alta confiabilidade instalada no interior do invólucro superior (100a), a eletrônica (110) sendo energizada a partir do cabo TEC (111) e sendo responsável pela operação da dita válvula de segurança de subsuperfície (200) (Figura 7). É igualmente plausível a aplicação de uma segunda eletrônica de controle (110) como forma de redundância.

[0074] O conjunto de atuação (Figura 8) conta adicionalmente com dois rolamentos (109) alojados no trecho intermediário (100b) do invólucro (100), sendo eles, um rolamento axial (109a) e o outro, um rolamento radial (109b). O rolamento axial (109a) é destinado a suportar o carregamento axial oriundo, em sua maior parte, da compressão da mola (107) durante abertura do elemento bloqueador, enquanto o rolamento radial (109b) é destinado a manter o alinhamento do conjunto de atuação.

[0075] O interior da válvula de segurança de subsuperfície (200) é selado por meio de dois selos dinâmicos (115) (não estando limitado a esta configuração), um primeiro selo dinâmico (115a) sendo alojado entre o trecho superior (100a) do invólucro (100) e a camisa deslizante (106). Já o segundo selo dinâmico (115b) é alojado entre a camisa deslizante (106), o trecho inferior (100c) do invólucro (100) e a base de vedação (113).

[0076] A presente invenção contempla ainda que a válvula de segurança de subsuperfície (200) contenha adicionalmente um sistema de equalização (não representado), alojado na base de vedação (113) ou no bloqueador de formato flapper (108a), sendo, em ambas as formas, atuado por meio da movimentação da camisa deslizante (106).

[0077] Assim, a presente invenção admite um dispositivo (não representado) para equalização de pressões na região do conjunto de atuação, compreendida como o espaço interno, delimitado internamente pela camisa deslizante (106), e externamente pelo invólucro (100).

[0078] Ainda, a presente válvula de segurança de subsuperfície (200) admite opcionalmente sensores de temperatura, pressão, vazão, vibração e acelerômetros (não representados), não sendo restritos apenas a esses; sendo destinada uma eletrônica dedicada (não representada) para funcionamento (alimentação e aquisição dos sinais) dos sensores.

[0079] Opcionalmente a eletrônica de controle (110) desempenha a função de operar a presente válvula de segurança de subsuperfície (200) e monitorar/alimentar os sensores simultaneamente.

[0080] Ainda opcionalmente a eletrônica de controle (110) desempenha a função de dar continuidade à única linha de alimentação e comunicação do poço, sendo assim também responsável por todo controle, monitoramento e comunicação da coluna de completação.

[0081] Alternativamente a eletrônica de controle (110) não está presente (embarcada) na dita válvula de segurança de subsuperfície (200), sendo posicionada na superfície (marinha ou terrestre), ou em qualquer outra localização, próxima ou não do equipamento de segurança, tornando mais fácil o acesso.

[0082] Durante o período de operação, caso seja desejável, há possibilidade de efetuar pequenas movimentações na dita camisa deslizante (106) a fim de remediar o aparecimento de incrustações, hidratos e/ou qualquer outro tipo de formação indesejável na dita válvula de segurança de subsuperfície (200). Essas pequenas movimentações são realizadas pelo conjunto de atuação, não sendo necessário fechar a mesma para que tal ocorra. Essas vibrações podem ser induzidas pela alternância entre os polos do dito motor de eixo vazado (101).

[0083] Alternativamente é possível dispor ao longo de todo o corpo do equipamento (200), osciladores ultrassônicos (não representados). Estes, quando acionados entram em oscilações intermitentes, desencadeiam vibrações mecânicas que se propagam pela dita válvula de segurança de subsuperfície (200). Estas vibrações resultam na remoção mecânica ou térmica de incrustações e depósitos indesejáveis no equipamento.

[0084] Nas regiões de união estática são utilizados selos metálicos (não representados), a fim de aumentar a confiabilidade da válvula da invenção, porém, não sendo este aspecto um limitante do escopo da invenção.

Claims (1)

1. Equipamento de segurança de subsuperfície exclusivamente elétrico para bloqueio de fluxo em poços de óleo e gás sob condições de emergência, no formato de válvula (200), compreendendo um invólucro (100) de formato tubular compreender no interior do mesmo um conjunto de atuação constituído por um motor de eixo vazado (101) com rotor (101a) e estator (101b), castanha (104), fuso (105), camisa deslizante (106) e pelo menos um cabo de alimentação elétrica (111) e adicionalmente um conjunto de retorno ou mecanismo acumulativo selecionado dentre uma mola (107) para acumular energia resultante do movimento da camisa (106) e um elemento bloqueador (108) para atuar bloqueando a coluna quando cessar a potência de atuação da dita válvula, caracterizado por: - o estator (101a) ser fixado em um colar de fixação (112), este sendo fixo de maneira solidária ao trecho superior (100a) do invólucro (100); - o rotor (101b) ser fixado em uma coroa (102) fixada em um transmissor (103) que por sua vez, é fixo em uma castanha (104), dita camisa deslizante (106) sendo dotada de pelo menos uma chaveta (114) de restrição do seu movimento de rotação radial; - o conjunto de atuação contar com dois rolamentos (109) alojados no trecho intermediário (100b) do invólucro (100), sendo um axial (109a) destinado a suportar o carregamento axial oriundo, em sua maior parte, da compressão da mola (107) durante abertura do elemento bloqueador (108), enquanto que o rolamento radial (109b) é destinado a manter o alinhamento do conjunto de atuação, e - o interior da válvula de segurança de subsuperfície (200) ser selado por meio de dois selos dinâmicos (115), sendo o primeiro selo dinâmico (115a) alojado entre o trecho superior (100a) do invólucro (100) e a camisa deslizante (106), e o segundo selo dinâmico (115b) alojado entre o trecho inferior (100c) do invólucro (100) e a camisa deslizante (106).