BR112013023446B1

BR112013023446B1 - equipamento de acionamento para uma ferramenta subterrânea seletivamente operável a partir de uma localização remota

Info

Publication number: BR112013023446B1
Application number: BR112013023446-6A
Authority: BR
Inventors: Alasdair R Tait
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2021-05-04
Also published as: BR112013023446B8; US8893807B2; NO346224B1; BR112013023446A2; AU2012229332A1; CN103443393B; GB2504009A; MY162677A; GB201314559D0; NO20131098A1; CA2826943A1; CN103443393A; CA2826943C; DK201300522A; WO2012125404A2; GB2504009B; WO2012125404A3; AU2012229332B2; US20120234530A1

Abstract

SISTEMA DE ATIVAÇÃO REMOTA DE FERRAMENTA SUBTERRÂNEA Uma ferramenta de acionamento utiliza uma trava que quando liberada permite que um imã móvel se desloque para posição para repelir outro imã. A força de repulsão sobre o segundo imã desloca-o para longe de uma posição de travamento em um sistema de energia potencial armazenada onde a liberação da energia potencial cria energia cinética para mover um mecanismo de acionamento para acionar a ferramenta. Em uma aplicação preferida a ferramenta pode ser um mancal de revestimento. O dispositivo de liberação pode ser um eletroímã ou um solenóide seletivamente energizado que desloca ao menos um imã para alinhamento com ao menos um segundo imã de modo a evitar que o segundo imã armazene efetivamente a energia potencial que pode acionar a ferramenta quando a trava for anulada.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] O campo da invenção refere-se a dispositivos de acionamento para ferramentas subterrâneas e, mais especificamente, a dispositivos que permitem acionamento remoto seletivo enquanto evitando aberturas nas paredes e suas vedações associadas que possam evitar potenciais percursos de vazamento. O dispositivo permitirá acionamento de equipamento sem a necessidade de ter qualquer obturador na tubulação contra o qual tenha que ser aplicada pressão.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Mecanismos acionados a pressão que são projetados para acionar seletivamente uma ferramenta subterrânea envolvem um assento de esfera e uma esfera que é lançada ou bombeada para o assento de esfera e descarregada. Logo que a esfera é descarregada, é desenvolvida pressão interna através de uma abertura da parede até um alojamento de pistão que circunda o furo principal de modo que uma ferramenta possa ser acionada. Tipicamente, um pistão recebe a pressão interna através de uma porta da parede e tem uma extremidade oposta referenciada à pressão anelar. A elevação da pressão da tubulação move o pistão que aciona a ferramenta. Em um exemplo de um mancal de revestimento, o pistão pode mover mangas corrediças e um elemento de vedação para sustentar um revestimento de um invólucro circundante.

[003] Podem existir problemas com tal projeto. A ferramenta pode estar em um longo curso horizontal de modo que a esfera pode levar muito tempo até o assento sem ter que ser bombeada. Em um curso horizontal a esfera pode não localizar-se sobre o assento, mesmo com um fluxo corrente impelindo a esfera para o assento. Aberturas nas paredes para os alojamentos de pistões podem também evitar potenciais percursos de vazamento se as vedações se deteriorarem ou falharem.

[004] Consequentemente, é necessário um sistema de acionamento que possa ser seletivamente operado a partir de uma localização remota para acionar uma ferramenta na localização desejada. Na modalidade preferida é descrito um sistema de acionamento que bloqueia energia potencial com uma trava que é desabilitada para liberar a energia potencial para acionar a ferramenta. Em uma aplicação preferida um sistema de deslizamento de mancal de revestimento e vedação pode ser estabelecido dentro do dispositivo. A trava é anulada com movimento físico que é induzido com um campo aplicado ou com um dispositivo eletromecânico para mencionar algumas opções preferidas. Em uma modalidade o campo é magnético e a liberação da trava é realizada com uma resposta de repulsão a um imã que funciona ao menos parcialmente como uma chave de travamento e cujo movimento resulta em uma liberação da força de energia potencial. Aqueles versados na técnica entenderão melhor aspectos das modalidades preferidas da invenção a partir de uma análise da descrição da modalidade preferida e FIGS. associadas, embora reconhecendo que o âmbito completo da invenção deve ser encontrado nas reivindicações apensas.

[005] USP 7.703.532 ilustra o movimento de um imã em posição para manter aberta uma palheta em uma válvula de segurança na posição aberta e para reduzir a sua tendência a trepidar na posição aberta. A Publicação US 2009/0032238 ilustra um imã usado para auxiliar o movimento de uma palheta em uma válvula de segurança para ir para uma posição aberta pela adição da força de gravidade do peso da palheta que tende a movê-la para a posição aberta. Pode ser usado outro imã para impelir a palheta para a posição fechada. USP 7.828.066 transmite potência através de um acoplamento de eixo magnético. USP 3.264.994 mostra o uso de um imã sobre um dardo que é bombeado através de uma ferramenta para utilizar o campo para disparar o acionamento da ferramenta. A Publicação US 2010/0126716 ilustra um sistema com fio duro para inicializar o acionamento de ferramenta usando um campo magnético. Outras patentes de interesse em relação à presente invenção são: USP RE 30.988; 7.703.532; 7.669.663; 7.562.712; 7.604.061; 7.626.393 e 7.413.028.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] Uma ferramenta de acionamento utiliza uma trava que quando liberada permite que um imã móvel se desloque para posição para repelir outro imã. Alternativamente, um campo magnético pode ser disparado em um imã estacionário tal como um emitido em rede fixa, por exemplo, para realizar o acionamento de ferramenta. A força de repulsão sobre o segundo imã desloca-o para longe de uma posição de travamento em um sistema de energia potencial armazenada onde a liberação da energia potencial cria energia cinética para mover um mecanismo de acionamento para acionar a ferramenta. Em uma aplicação preferida a ferramenta pode ser um mancal de revestimento. O dispositivo de liberação pode ser um eletroímã ou um solenóide seletivamente energizado que desloca ao menos um imã para alinhamento com ao menos um segundo imã de modo a evitar que o segundo imã armazene efetivamente a energia potencial que pode acionar a ferramenta quando a trava for anulada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] FIG. 1 é uma vista em perspectiva do mecanismo de disparo para a trava mostrada na posição de funcionamento e em perspectiva; FIG. 2 é uma vista lateral da FIG. 1 mostrando o retentor para o anel de pressão retraído por um solenóide; FIG. 3 é uma vista alternativa da posição da FIG. 2 mostrando o anel de pressão em perspectiva e uma porção do anel de pressão que se estende para dentro de uma ranhura circular para permitir que o anel de pressão funcione como um batente de deslocamento; FIG. 4 é uma vista em perspectiva da posição da FIG. 3 imediatamente antes das molas empurrarem os anéis em paralelo para reposicionarem os imãs naqueles anéis; FIG. 5 é uma vista em seção de um mancal de revestimento na posição de funcionamento mostrando os anéis em paralelo mantendo segmentos de travamento em uma posição travada para evitar que as mangas corrediças se fixem; FIG. 6 é a vista da FIG. 5 mostrando os anéis em paralelo deslocados e os segmentos de travamento repelidos de modo que a mola de fixação para as mangas corrediças possam mover as mangas corrediças; FIG. 7 é a vista da FIG. 6 com as mangas corrediças completamente acionadas para prenderem um tubo circundante; FIG. 8 é uma vista em perspectiva de uma posição de funcionamento para um mecanismo alternativo à modalidade da FIG. 1 que funciona com um campo magnético aplicado; FIG. 9 é a vista da FIG. 8 na posição estabelecida; FIG. 10 é uma vista em perspectiva para funcionamento de um mancal de revestimento que usa o mecanismo da FIG. 8; FIG. 11 é a vista da FIG. 10 na posição estabelecida; FIG. 12 é uma vista em seção de uma modalidade alternativa que utiliza uma ferramenta em serviço para destravar a ferramenta usando um campo eletromagnético para repelir o imã de travamento; FIG. 13 é uma vista detalhada de um segmento de travamento que é repelido para cisalhar um pino com o campo apresentado a partir da ferramenta em serviço da FIG. 12; FIG. 14 é uma modalidade alternativa do segmento de travamento da FIG. 13.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

[008] As FIGS. 1-4 são mais bem compreendidas em conjunto com as FIGS. 5-7. As FIGS. 5-7 ilustram um exemplo de uma aplicação do sistema de acionamento na forma de um mancal de revestimento 10 que tem, em uma modalidade, um anel de segmentos 12 que têm movimento de translação axial entre si para aumentar em diâmetro, como melhor visto nas FIGS. 10 e 11. Os desenhos são esquemáticos e destinam-se a ilustrar que as mangas corrediças 12, qualquer que seja o modo como são montadas, têm movimento de translação axial em paralelo ou entre si, dependendo do projeto, pela força de mola 14 que age sobre a luva de fixação 16 para empurrá- la na direção da seta 18. Um ou mais segmentos de travamento 20 estão inicialmente posicionados em ranhuras correspondentes 22 para evitar movimento na direção da seta 18 pela luva de fixação 16. O anel inferior de imã 24 e o anel superior de imã 26 são retidos pelo anel de pressão 28 contra o ressalto 30 em uma posição onde os imãs 32 atraem os segmentos de travamento 20 de modo que os segmentos 20 estejam parcialmente dentro das ranhuras 22 e parcialmente dentro de um recesso 34 no alojamento 36. Ao invés de utilizar o anel de imã 24, pode ser usado, como uma disposição alternativa para manter a posição inicial travada, um retentor que é vencido quando o anel 26 se desloca para posição. O anel de pressão 28 é uma trava primária enquanto os segmentos 20 são considerados a trava secundária que é acionada como resultado de liberação da trava primária ou anel de pressão 28 na modalidade preferida. A luva de fixação 16 contém sulcos em T dentro dos quais o anel de segmentos 12 se bloqueia. A mola 14 não pode mover a luva 16 uma vez que os segmentos de travamento 20 enforquilham as ranhuras 22 e os recessos 34. A atração dos imãs 32 agindo sobre os segmentos de travamento 20 mantém os segmentos 20 na posição da FIG. 5 onde as ranhuras 22 e os recessos 34 são enforquilhados para manter as molas 14 na posição comprimida.

[009] O acionamento envolve uma liberação do anel de pressão 28 que por sua vez permite que as molas 40 movam axialmente os anéis 24 e 26 de modo que os imãs 42 se alinhem agora com os segmentos 32. Alternativamente, os imãs 32 e 42 podem estar em um único anel que pode girar ao invés de transladar para mudar a polaridade do imã virado para os segmentos 20. Os imãs 42 têm um polo oposto voltado para os segmentos 20 de modo que os segmentos 20 são agora repelidos radialmente para fora para sair do recesso 34 e entrar completamente dentro da ranhura 22. A luva 16 está agora livre para se mover na direção da seta 18 de modo que as mangas corrediças 12 se podem deslocar radialmente para fora para engatar um tubo circundante quer subindo um cone ou, como mostrado nas FIGS. 10 e 11, por movimento axial relativo de segmentos cônicos que possuem varetas 44 como mostrado nas FIGS. 5-7, por exemplo.

[0010] As FIGS. 1-4 mostram em maior detalhe como o anel de pressão 28 é liberado. O anel de pressão 28 tem extremidades com formas 46 e 48 que são retidas por ranhuras de formas similares no bloco 50. O bloco 50 é acionado seletivamente a partir de uma localização na superfície para mover-se na direção da seta 52 por um mecanismo de válvula de solenóide 54 que tem um eixo móvel axialmente 56 que se move na direção da seta 52 quando potência, que é esquematicamente representada pela linha tracejada 58, é fornecida à espiral no mecanismo 54. A FIG. 2 mostra o bloco 50 retraído na direção da seta 52 e as extremidades 46 e 48 não mais retidas pelo bloco 50. A energia potencial armazenada no anel 28 permite que o mesmo pule fora da sua ranhura associada 60, como melhor visto na FIG. 3, quando as extremidades 46 e 48 se movem respectivamente na direção das setas 62 e 64. Neste momento as molas 40 estão aptas a empurrar os anéis 24 e 26 em paralelo de modo que os segmentos 20 possam ser repelidos radialmente para fora para permitir que a força armazenada na mola 14 mova a luva 16 e faça com que as varetas 44 encostem em um tubo circundante que não é mostrado. A FIG. 4 mostra os componentes no instante imediatamente antes das molas 40 moverem os anéis e a FIG. 7 é uma vista em seção após aquele movimento que ocorreu mostrando as varetas 44 em uma posição fixada contra o tubo circundante.

[0011] As FIGS. 8 e 9 mostram outro modo para liberar o anel de pressão 28' pelo movimento do bloco 50'. Nesta modalidade, uma fonte superficial de potência controlada mostrada esquematicamente como linha tracejada 66 energiza seletivamente um eletroímã 68 que, quando energizado, repele o imã permanente 70 para deslocar o bloco 50' para a posição da FIG. 11. Como anteriormente, quando o anel de pressão 28 tiver extremidades 46 e 48 expostas, os anéis 24 e 26 são capazes de se mover em paralelo sob a força da mola 40 e a fixação prossegue como descrita previamente.

[0012] As FIGS. 12-14 utilizam uma ferramenta em serviço 100 que tem um eletroímã 102 que está orientado de modo que, após acionamento a partir de uma fonte de potência, propiciará um polo oposto na superfície voltada para fora daquele da superfície voltada para dentro do imã 104 para mover os segmentos 104 radialmente no sentido para fora para dentro do recesso 106 de modo a permitir que a mola 108 empurre o batente 110 para permitir que as mangas corrediças 112 subam a rampa 114 para permitir que as varetas 116 encostem no tubo circundante. O parafuso de regulagem 118 mantém o segmento 104 no alojamento 122 para funcionamento através das roscas 120. Com o eletroímã 102 ativado, a força de repulsão é suficiente para cisalhamento para fora da placa de cisalhamento 124 para colocar os segmentos 104 completamente dentro do recesso 106. Na FIG. 13, uma placa 124 tem o parafuso 118 que se estende através da mesma e é fixado ao alojamento 122 por roscas 120. Na FIG. 14 o parafuso 118' integra o que é a placa 124 da FIG. 13 como parte da cabeça de parafuso para fixar novamente o segmento 104 à rosca 120'.

[0013] Aqueles versados na técnica entenderão que o que é revelado é um sistema superficial controlado que pode liberar uma força de energia potencial armazenada para acionar uma ferramenta onde objetos caindo sobre assentos e pressurização através de aberturas em paredes que apresentam percursos de vazamento não constituem um problema. Em vez disso, um dispositivo primário tal como um solenóide ou um eletroímã, para ilustrar alguns exemplos, é disparado para então permitir movimento de elementos magnéticos para liberar uma chave para em seguida liberar a força de energia potencial armazenada para criar energia cinética para acionar uma ferramenta. Embora seja usado um mancal de revestimento na ilustração acima, outros tipos de ferramentas de poços são também contemplados. Os anéis 24 e 26, embora mostrados como dois anéis discretos com inserções de imãs 32 e 42 que estão em cada anel com as suas polaridades no lado de fora, sendo diferentes, poderiam também ser um único anel ou segmentos de anel. Todos os anéis 24 e 26 podem ser anéis ou segmentos magnéticos. Os segmentos de travamento 20 podem ser eles mesmos imãs ou podem simplesmente ser construídos de um material magnético e podem ter diversas formas que sejam compatíveis com o movimento dos segmentos 20 nos recessos 34 ou ranhuras 22. Os segmentos de travamento podem ser um subconjunto de dois componentes - um componente será de um material mecanicamente forte para garantir que o dispositivo de travamento possa manter a carga armazenada das molas 14 e formar uma tampa para envolver o material magnético. A segunda parte será o componente magnético que atuará como previamente descrito para forçar a tampa para fora do recesso 34 e permitir que a ferramenta seja acionada sem a necessidade de propriedades mecânicas dos componentes magnéticos quando funcionando em aberto. Embora seja ilustrada uma mola espiral 40, o movimento dos anéis 24 e 26 pode ser realizado com dispositivos equivalentes que armazenem energia potencial tal como um volume de gás comprimido ou uma pilha de arruelas Belleville, como alguns exemplos. Embora as modalidades mostrem a remoção de sustentação para um anel de pressão 28, outras alternativas que permitam movimento dos anéis 24 e 26 podem ser usadas tal como um anel de cisalhamento que é pressionado por um mecanismo de acionamento que obtém o mesmo movimento realizado pelo mecanismo 54. A utilização de um elemento que falha no cisalhamento exigirá maior força aplicada do que as modalidades ilustradas que transladam um bloco e expõem as extremidades 46 e 48 de um anel de pressão 28. O imã de atração 32 na ferramenta em serviço pode ser removido e, deste modo, os segmentos de travamento 20 podem ser retidos no recesso 34 por outro meio - tal como uma mola sobreposta - até que a força de repulsão seja aplicada. A força de repulsão será sempre suficientemente forte para repelir os segmentos de travamento 20 assim como superar quaisquer forças que estejam presentes com a finalidade de manter os segmentos de travamento 20 em posição.

[0014] A descrição acima é ilustrativa da modalidade preferida e podem ser feitas muitas modificações por aqueles versados na técnica sem divergir da invenção cujo âmbito deve ser determinado a partir do âmbito literal e equivalente das reivindicações abaixo.

Claims

1. Equipamento de acionamento para uma ferramenta subterrânea seletivamente operável a partir de uma localização remota, caracterizado por compreender: um alojamento que compreende ainda uma fonte seletivamente travada de energia potencial cuja liberação opera a ferramenta; um mecanismo associado ao referido alojamento e seletivamente acionado a partir da localização remota, por meio do qual o acionamento do referido mecanismo cria movimento que destrava a referida fonte de energia potencial para acionar a ferramenta; o referido mecanismo compreende uma trava primária a qual é vencida com movimento axial de um retentor movido mecanicamente permitindo que o referido mecanismo se mova relativamente à referida fonte de energia potencial; o referido mecanismo compreende uma fonte para pelo menos um campo magnético, a referida fonte se move após o movimento axial do referido retentor.

2. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de: o referido mecanismo se mover axialmente sem contato da referida fonte de energia potencial seletivamente travada quando o referido mecanismo destravar referida fonte de energia potencial.

3. Equipamento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de: a referida fonte de energia potencial ser seletivamente retida por uma trava secundária; a referida trava secundária ser responsiva a um campo magnético para destravamento.

4. Equipamento, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de: a referida fonte para o campo magnético agir na referida trava secundária em ambas a primeira e a segunda posições do referido mecanismo.

5. Equipamento, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de: a referida fonte para o referido campo magnético atrair a referida trava secundária na referida primeira posição e repelir a referida trava secundária na referida segunda posição ou a referida trava secundária ser retida na referida primeira posição com um retentor que é vencido quando a referida segunda posição da referida trava secundária é alcançada.

6. Equipamento, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de: a referida trava secundária compreender ao menos um segmento que enforquilha recessos opostos no referido alojamento e em um alojamento externo; a referida fonte de energia potencial estar posicionada entre o referido alojamento e o referido alojamento externo e impedida de mover o referido alojamento externo em relação ao referido alojamento quando o referido segmento enforquilha os referidos recessos.

7. Equipamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de: a repulsão do referido segmento mover o referido segmento para fora do referido recesso no referido alojamento para permitir que a referida fonte de energia potencial mova o referido alojamento externo em relação ao referido alojamento para acionar a ferramenta.

8. Equipamento, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de: o referido alojamento externo compreender uma porção de um mancal de revestimento e o movimento do referido alojamento externo se estender ao menos de uma manga corrediça para prender um tubo circundante; a referida fonte de energia potencial compreender ao menos uma dentre uma mola espiral, um reservatório de gás comprimido e uma pilha de arruelas Belleville.

9. Equipamento, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de: o referido mecanismo compreender ao menos um primeiro imã com uma face externa sendo um polo norte e ao menos um segundo imã com uma face externa sendo um polo sul, os referidos imãs alinhados entre si sobre ao menos um anel por meio do qual o movimento do referido anel alinha um imã diferente com a referida trava secundária.

10. Equipamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de: o referido anel translada quando o bloqueio primário é derrotado.

11. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de: a referida trava primária compreende um anel de pressão preso à ranhura do alojamento por um retentor que seletivamente retém os lados opostos do referido anel de pressão.

12. Equipamento, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de: o referido retentor ser deslocado em resposta a um sinal proveniente da localização remota para liberar as referidas extremidades do referido anel de pressão que permita que o referido anel de pressão saia da ranhura do alojamento.

13. Equipamento, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de: o referido retentor ser deslocado por um de um membro de válvula solenóide e um campo magnético energizado a partir da localização remota.

14. Equipamento, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de: o referido retentor compreender um imã e o referido alojamento compreender um imã adjacente, em que o acionamento do referido imã cria um campo magnético que afeta o movimento do referido imã sobre o referido retentor.

15. Equipamento, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de: o referido mecanismo compreender ao menos um primeiro imã com uma face externa sendo um polo norte e ao menos um segundo imã com uma face externa sendo um polo sul, os referidos imãs alinhados entre si sobre ao menos um anel por meio do qual o movimento do referido anel alinha um imã diferente com a referida trava secundária.

16. Equipamento, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de: a referida trava secundária compreender ao menos um segmento que enforquilha recessos opostos no referido alojamento e em um alojamento externo; a referida fonte de energia potencial estar posicionada entre o referido alojamento e o referido alojamento externo e impedida de mover o referido alojamento externo em relação ao referido alojamento quando o referido segmento enforquilha os referidos recessos.