BR112012022768B1

BR112012022768B1 - membro de vedação de alta temperatura/alta pressão

Info

Publication number: BR112012022768B1
Application number: BR112012022768-8A
Authority: BR
Inventors: James C. Doane
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2021-01-12
Also published as: WO2011112419A2; GB201217864D0; CN102792073B; BR112012022768A2; NO340858B1; US20110221138A1; US8973921B2; CN102792073A; MY167105A; GB2492281B; NO20120904A1; WO2011112419A3; GB2492281A

Abstract

VEDAÇÃO DE ALTA TEMPERATURA /ALTA PRESSÃO Um membro de vedação que inclui um corpo que tem um recesso; uma ou mais peças de reserva que se estendem do corpo e se reduzem gradualmente ao longo do comprimento dele; e um elemento de vedação disposto dentro do recesso , incluindo o elemento um ou mais degraus, sendo cada degrau adjacente a uma ou mais peças de reserva e sobre uma superfície do elemento de vedação destinada a entrar em contato com uma superfície alvo da vedação.

Description

MEMBRO DE VEDAÇÃO DE ALTA TEMPERATURA/ALTA PRESSÃO

REFERÊNCIA CRUZADA

O pedido reivindica o benefício da data de depósito do pedido de patente U.S. No. de Série 12/720.391, depositado em 9 de março de 2010, para “HIGH TEMPERATURE/HIGH PRESSURE SEAL”.

FUNDAMENTOS

Nas técnicas de perfuração e completação, a vedação de diversos componentes e ou espaços é importante. A vedação de espaços anulares é uma prática bastante comum e pode afetar significativamente a atividade do fundo do furo ou a sua eficiência. Existe uma grande quantidade e variedade de tipos de vedação que vem sendo usados com sucesso durante muito tempo em muitos furos de poço, mas existe uma dificuldade específica no tocante a aplicação de alta temperatura/alta pressão. Tais aplicações estão se tornando cada vez mais comuns em conexão com o uso e exploração de furos de poço cada vez mais profundos, para casos tais como sequestro de dióxido de carbono, atividades geotérmicas e a produção de petróleo, por exemplo.
Os ambientes a altas temperaturas tendem a degradar materiais de vedação e a pressão elevada apresenta dificuldades por motivos óbvios. Mesmo assim, com o aumento das profundidades e a busca incessante de oportunidades de negócios subterrâneos, a técnica recebe sempre com interesse melhoramentos na tecnologia da vedação.

SUMÁRIO

É proposto um membro de vedação que inclui um corpo que tem um recesso; uma ou mais peças de reserva que se estendem do corpo e que se reduzem gradualmente ao longo do seu comprimento; e um elemento de vedação disposto no recesso, incluindo o elemento um ou mais degraus, sendo cada degrau adjacente a uma das uma ou mais peças de reserva e na superfície do elemento de vedação destinada a entrar em contato com a superfície alvo da vedação.

DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS

Com referência agora aos desenhos em que elementos iguais têm numeração igual em diversas figuras:
A Figura 1 é uma representação em seçãotransversal de uma porção de uma configuração de vedação; e a
Figura 2 é uma representação em seção transversal de uma porção de uma configuração de vedação de uma modalidade alternativa.

DESCRIÇÃO DETALHADA

É prática conhecida na técnica se impelir um membro radialmente para fora para criar uma vedação com o membro tubular posicionado radialmente para fora. Configurações capazes de criar este tipo de vedação são também conhecidas na técnica. Por esta razão é desnecessário se descrever tais componentes, e sim se concentrar sobre uma porção de membro de vedação de uma configuração de vedação que serve de exemplo da presente invenção.

Com referência à Figura 1, é ilustrada uma primeira modalidade de um membro de vedação 10. O membro inclui um corpo 12 dotado com uma ou mais vedações 114 que impedirão que o fluido e/ou a pressão migrem radialmente para dentro do corpo. Conforme será reconhecido pelos versados na técnica, o corpo inclui uma superfície que se reduz gradualmente 16 e, portanto, é configurado para estar montado sobre um membro em tronco de cone (não mostrado, mas que tem uma configuração conhecida na técnica) para assim impelir o corpo radialmente para fora e para entrar em contato com uma superfície alvo 18 contra a qual será apoiado para produzir a vedação. O corpo é composto por um ou mais materiais que têm boas propriedades de deformação tais como um material de metal recozido AISI 8620. Podem também ser usados outros materiais que têm propriedades análogas incluindo polieteretercetona.

A superfície alvo 18 em uma modalidade é um revestimento da superfície interna. É importante se observar que a superfície 18 tanto pode ser lisa e fácil de vedar como também pode ser, por exemplo, uma superfície no estado laminado que apresenta desvios das dimensões internas de até 0,1 polegada (0,254 cm) aproximadamente. Os aspectos estruturais da invenção responsáveis por estes benefícios serão discutidos abaixo.

O corpo 12 inclui um recesso para o elemento de vedação 20 dimensionado e configurado de modo a acolher um elemento de vedação 22. Em cada extremidade longitudinal do recesso 20 existe uma peça de reserva 30 que se estende do corpo 12. Depois de uma rápida olhada na Figura 1, será evidente que as peças de reserva 30 são incomuns. As peças de reserva 30 se estender por uma distância relativamente longa a partir do corpo 12 e vão se reduzindo durante essa extensão. Em uma modalidade, pelo menos uma das peças de reserva 30 incorpora dois ângulos ao longo seu comprimento, sendo os ângulos identificados por 30a e 30b. A alteração no ângulo das peças de reserva 30 proporciona um aumento do comprimento das peças de reserva para permitir um engate mais longo com a superfície 18 sem exceder um diâmetro de desvio do membro de vedação e incide dentro dos limites de 5 a 25 graus. As peças de reserva, devido ao comprimento da sua extensão e à redução continuada ao longo dessa extensão são bastante estreitas nas extremidades terminais 32 suas. A redução empregada é selecionada de modo tal, que as peças de reserva se conforme substancialmente aos desvios na superfície 18. Para se obter este resultado, a redução se encontra na faixa de 5 a 15 graus.

A configuração das peças de reserva 30, conforme descrito, é benéfica de dois modos. Em primeiro lugar, o comprimento maior das peças de reserva 30 garante que o contato com a superfície 18 ocorre antes que o elemento de vedação 22 entre em contato com a superfície 18, e em segundo é que devido à seção transversal delgada das peças de reserva na proximidade das extremidades terminais 32, as peças de reserva são capazes de se assentar contra inconsistências na superfície 18. Isto é especialmente vantajoso no revestimento no estado em que foi laminado, por exemplo, para reduzir a possibilidade de extrusão. As extremidades terminais 32 e as porções próximas das peças de reserva que são mais delgadas e, consequentemente, maleáveis, se deformam facilmente adaptando-se às irregularidades da superfície 18.

Com referência ao elemento de vedação 22, o mesmo compreende, em diversas modalidades, um ou mais de um número relativamente grande de materiais tais como elastômeros fluorados (FKM), elastômeros perfluorados (FFKM), borracha de butadieno hidrogenada de nitrila (HNBR), Borracha nitrílica de butadieno (NBR), politetrafluoretileno, polieteretercetona ou outro material relativamente doce incluindo metais doces tais como chumbo, ouro, prata, bronze, cobre etc.

Poderá ser observado na figura 1 que uma extremidade 36 do elemento de vedação 22 é configurada para acompanhar de perto um contorno do recesso 20, ao passo que a outra extremidade 38 do elemento de vedação 22 não acompanha de perto o contorno do recesso 20. Pelo contrário, a configuração da extremidade 38 não acompanha especificamente o contorno do recesso na sua proximidade. Isto proporciona uma energização adicional do elemento de vedação 22 durante e depois do processo de ajuste. Mais especificamente, a configuração conforme ilustrada permite que a pressão do fluido, que passa por fora das peças de reserva 30 atue em uma extremidade 38 logo que o elemento de vedação 22 entre em contato com a superfície 18, isto é, quando uma superfície 40 do elemento de vedação 22 se comunica de modo suficiente com a superfície 18 para permitir que exista um diferencial de pressão em todo o elemento de vedação 10. A pressão que então age sobre a extremidade 38 produz uma compressão axial sobre o elemento de vedação 22, energizando o elemento de vedação de um modo análogo ao de um “packer” ajustado por compressão.

Ainda com referência à Figura 1, deve ser observado que a superfície 40 inclui um degrau 42 em uma das suas extremidades. O degrau, em uma modalidade conforme ilustrada na Figura 1, estará sempre em uma extremidade do elemento de vedação que entra em contato por último com a superfície 81. Pode ser observado que um membro de vedação, tal como o ilustrado, é deslocado axialmente à medida que se expande. O movimento axial ascendente no tronco de cone naturalmente faz com que a extremidade dianteira do elemento de vedação entre em contato com a superfície 18 primeiro e comece a se arrastar sobre ela. Devido ao arrasto, é possível que nos dispositivos da técnica anterior o elemento seja expulso através das peças de reserva 30, frustrando assim a sua finalidade. Na presente invenção, a configuração do elemento de vedação 22 é tal que o arrasto sobre a superfície de vedação 40 é insuficiente para fazer com que o material do elemento 22 se acumule suficientemente para formar um pico sobre as peças de reserva 30 na extremidade 36 do membro 10. Pelo contrário, as peças de reserva 30 na extremidade traseira do membro 10, que na modalidade ilustrada da Figura 1 se encontra na extremidade 36 do elemento 22, entrará em contato com a superfície 18 e se conformará a ela, antes que o elemento 22 possa se arrastar sobre as peças de reserva 30. O degrau 42 então tem um benefício significativo na técnica, pois aumenta de modo considerável a proporção de elementos ajustados adequadamente para aqueles que não estão ajustados adequadamente.

Com referência agora à Figura 2, em que componentes análogos ou idênticos são numerados com os números com centenas daqueles usados em conexão com a modalidade da Figura 1, é ilustrada uma modalidade alternativa de um membro de vedação 110. Nesta modalidade, há duas distinções em relação à modalidade anteriormente descrita na Figura 1. Estas são: um degrau 142 nas duas extremidades do elemento 122 e o elemento 122 acompanha de perto o contorno do recesso 120 nas duas extremidades 136 e 138 do elemento 122. Esta modalidade permite uma construção mais simples do membro 110 como o elemento 122 não tem uma orientação específica para montagem com o corpo 112. Pelo contrário, o elemento 122 é simétrico e pode ser montado no corpo 112 em qualquer direção.

Deve ser observado que nas duas modalidades descritas, um agente de ligação pode ser usado para prender o elemento 22 ou 122 ao corpo 12 ou 112. O agente de ligação pode ser disposto qualquer uma das extremidades do elemento que circundam de perto o recesso, ou em uma extremidade (Figura 1) ou nas duas extremidades (Figura 2). É também possível em algumas modalidades se produzir a ligação entre as extremidades 36/38, 136/138.

Além disso, tendo-se em vista a expansão térmica de materiais, é desejável em algumas modalidades que se configure o elemento de vedação 22, 122 para ter uma dimensão de repouso interno que seja menor do que a dimensão de repouso externo do corpo 12, 112. Isto facilitará a conservação de uma interface de vedação entre o elemento e o corpo durante a exposição a temperaturas que sejam suficientemente elevadas para causar a expansão do elemento de vedação 22, 122.

Embora tenham sido mostradas e descritas uma ou mais modalidades, podem ser introduzidas modificações e substituições nelas sem que haja desvio do espírito e âmbito da invenção. Consequentemente, deve ficar subentendido que a presente invenção foi descrita a título de ilustração e não de limitação.

Claims

Membro de vedação (10, 110) configurado para ser impelido radialmente para fora para o engate de vedação com uma superfície posicionada radialmente para fora do membro de vedação (10, 110) CARACTERIZADO por compreender: um corpo (12, 112) tendo uma superfície gradualmente reduzida posicionada radialmente para dentro (16) configurada para interagir com um membro em tronco de cone separado para, em uso, impelir radialmente para fora o corpo (12, 112), e o corpo (12, 112) tendo um recesso posicionado radialmente para fora (20, 120) abrindo radialmente para fora;
uma ou mais peças de reserva (30) estendendo-se radialmente para fora do corpo (12, 112) e reduzindo-se gradualmente ao longo do comprimento dele, uma ou mais peças de reserva (30), cada uma, se estendendo a um ângulo do corpo (12, 112) que não seja ortogonal, pelo menos uma de uma ou mais peças de reserva (30) incluindo uma superfície interna tendo uma primeira seção se estendendo radialmente para fora do corpo (12, 112) em um primeiro ângulo e uma segunda seção se estendendo da primeira seção em um segundo ângulo, a primeira seção se estendendo para dentro do recesso (20, 120) e a segunda seção se estendendo ainda mais para dentro do recesso (20, 120); e
um elemento de vedação (22) disposto dentro do recesso (20, 120).
Membro de vedação (10, 110), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma ou mais de uma ou mais peças de reserva (30) inclui mais de um ângulo ao longo do seu comprimento (30, 30b).
Membro de vedação (10, 110), de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que um diferencial nos ângulos se encontra na faixa de aproximadamente 5 a aproximadamente 25 graus.
Membro de vedação (10, 110), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a redução é suficiente para permitir que as peças de reserva (30) acompanhem os desvios na superfície radialmente posicionada para fora do membro de vedação (10, 110) de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0,1 polegada (de aproximadamente 0,127 a aproximadamente 0,254 cm).
Membro de vedação (10, 110), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de vedação (10, 110) é configurado para se conformar ao recesso (20, 120) em uma extremidade (36, 136) e substancialmente não se conformar ao recesso (20, 120) na extremidade oposta (38, 138) dele.
Membro de vedação (10, 110), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de vedação (22) é configurado para ser exposto a um diferencial de pressão em uma das suas duas extremidades resultando na energização do elemento de vedação (22) quando exposto a uma pressão diferencial.
Membro de vedação (10, 110), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de vedação (22) compreende um material de alta temperatura.
Membro de vedação (10, 110), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento é ligado ao corpo (12, 112) em pelo menos uma porção do local onde o elemento de vedação (22) se conforma ao recesso (20, 120).
Membro de vedação (10, 110), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento é ligado ao corpo (12, 112) em pelo uma das peças de reserva (30).
Membro de vedação (10, 110), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento é simétrico em torno de um centro axial do mesmo.
Membro de vedação (10, 110), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de vedação (22) em repouso possui uma dimensão interior que é menor do que a dimensão externa do corpo (12, 112) no recesso (20, 120) quando em repouso.
Membro de vedação (10, 110), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o membro de vedação (110) é uma vedação de alta temperatura/alta pressão.