BR112013029439B1 - Válvula de corte rápido - Google Patents
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Abstract
válvula de alívio. a presente invenção está correlacionada a uma válvula de alívio para uso em uma ferramenta que se dispõe no interior de um poço, entre o espaço anular e a tubagem de um poço, compreendendo uma carcaça externa e um corpo interno móvel numa direção longitudinal dentro da carcaça quando a válvula é ativada, e pelo menos um dispositivo de obstrução que pode ser disposto para obstruir o movimento do corpo interno. o dispositivo de obstrução é capaz de ser desativado pela pressão proveniente do lado da tubagem da válvula.
Description
A presente invenção está correlacionada a uma válvula de corte rápido para uso em uma ferramenta que se dispõe no interior de um poço.
A fim de explorar os reservatórios naturais de hidrocarbonetos, um ou mais poços são tipicamente perfurados no solo, a partir de uma determinada posição na superfície do solo. As instalações de processamento acima da superfície do solo, que, de diferentes maneiras são capazes de se comunicar com o reservatório, são ainda adaptadas para coletar e tratar os fluidos produzidos.
A pressão natural no reservatório atua para levantar os fluidos produzidos para cima da superfície, através de uma tubagem de produção. A pressão do reservatório, nesse caso, deve exceder a pressão hidrostática do fluido no furo do poço e a pressão de retorno imposta pela instalação de produção na superfície, para que o poço produza naturalmente.
Entretanto, a pressão natural em um poço irá gradualmente diminuir quando o poço se encontra em operação, isso, proporcionando uma menor quantidade de fluidos produzidos. Assim, se verifica a necessidade de aumentar a novamente a pressão no reservatório de fluido ou, de outro modo, se aumentar a produção dos fluidos. A idéia básica para todos esses métodos e/ou dispositivos é de se produzir mais hidrocarbonetos a partir do reservatório.
Quando uma fonte externa de energia é utilizada no poço, por exemplo, uma bomba, o poço é considerado como um poço produtor por meio de elevação artificial. Os dois sistemas mais comuns usados atualmente são, entretanto, os métodos de injeção de água e injeção de gás. O método de injeção de gás é também conhecido como método de elevação pneumática ou bombeamento pneumático.
Na configuração comum utilizada nesse método de injeção de gás, gás natural sob alta pressão é injetado dentro do espaço anular, entre o revestimento e a tubagem de produção. Os dispositivos de injeção de gás, por exemplo, as válvulas, em seguida controlam o fluxo de gás que sai do espaço anular para o interior da tubagem de produção.
Dependendo das propriedades do poço, uma ou mais das válvulas de injeção de gás são posicionadas em diferentes localizações ao longo da extensão da tubagem de produção. Quando o gás pressurizado entra na tubagem de produção o mesmo irá se expandir, e a conseqüente redução na densidade do fluxo de produção irá permitir um aumento de fluxo dos fluidos.
O documento de patente GB 2.334.276-A divulga uma ferramenta de fundo de poço que é posicionada no interior de um furo de poço, isto é, no interior de uma coluna de tubulações, para remover materiais de escoramento de fraturas da coluna de tubulações quando ocorre uma fase de separação. A ferramenta compreende um corpo com um furo e uma porta para comunicação de fluido entre o furo e uma passagem anular formada entre o corpo e o revestimento da coluna de tubulações. A ferramenta compreende um pistão (80), para movimentação entre uma posição aberta e uma posição fechada, de modo a abrir e fechar a porta, um disco de ruptura (66), que se rompe a uma predeterminada pressão de um fluido na passagem anular, de modo que essa pressão é comunicada ao pistão para movimentar o mesmo de uma posição fechada para uma posição aberta, desse modo, permitindo ao fluido circular a partir da passagem anular, através da porta (74) e para dentro do furo (60), assim, descarregando os materiais de escoramento de fraturas da coluna de tubulações. A ferramenta também compreende um elemento de travamento (90), para permanentemente prender o pistão em uma posição fechada, após o mesmo ter se movido de uma posição aberta.
O documento de patente WO 2009/038467 descreve uma válvula aberta de alívio de elevação de gás, onde a intenção é aliviar com a abertura e subsequentemente funcionar como uma válvula normal. Numa modalidade, a intenção da válvula é de atuar como um elemento barreira entre o espaço anular e a tubagem (com segurança do fechamento) e em um desejado estágio, a válvula é pressurizada aberta com um fluido de injeção, e a disposição de fechamento pré-estabelecida da válvula é pressurizada aberta. Após a abertura, a intenção é manter a válvula aberta por todo o tempo.
Um inconveniente dessa válvula é que a mesma irá proporcionar alívio quando o poço tem a pressão testada mediante pressurização do espaço anular. Em um poço com mais de uma válvula de corte rápido ativada pela pressurização do espaço anular, não será então possível saber se mais de uma válvula foi aliviada. O objetivo da invenção é proporcionar uma válvula de corte rápido aberta, que é aliviada aberta, a partir do lado da tubagem e, assim, permite a pressurização do espaço anular sem a abertura da válvula, desse modo, permitindo mais de um sistema de alívio aberto no interior do poço, ao mesmo tempo.
Uma modalidade de uma válvula de corte rápido de acordo com a invenção, para uso em uma ferramenta de interior de poço entre o espaço anular e a tubagem, compreende uma carcaça externa e um corpo interno móvel numa direção longitudinal dentro da carcaça, quando a válvula é ativada. A válvula compreende ainda pelo menos um dispositivo de obstrução, para obstruir a movimentação do corpo interno, o dispositivo de obstrução sendo desativado mediante pressurização do lado da tubagem da válvula. O termo “desativação” na presente descrição tem o significado de que o dispositivo de obstrução não está mais obstruindo, a válvula sendo assim ativada, quando o corpo interno pode se mover dentro da carcaça. O termo “reativação” tem o significado de que o dispositivo de obstrução é restabelecido para o seu estado de obstrução.
A carcaça externa é oca e compreende um espaçamento interno adaptado para receber o movimento do corpo interno. O corpo interno se encontra em uma posição fechada, contraindo/se apoiando em uma sede de válvula formada no interior da carcaça externa, desse modo, formando uma vedação. Quando a posição está aberta, o corpo interno se movimenta no espaçamento interno, distante da sede da válvula, e para uma posição onde o fluxo é permitido de passar através de aberturas na carcaça externa e para fora, de dentro da tubagem.
O dispositivo de obstrução é um dispositivo que fisicamente obstrui o movimento do corpo interno, ao ser disposto em uma localização na extremidade da tubagem da válvula. A desativação do dispositivo de obstrução pode ser executada mediante rompimento do dispositivo de obstrução ou de partes do mesmo. O dispositivo de obstrução pode ser ou pode compreender pinos, cubos, cilindros, e pode ser sólido ou oco. A ruptura do dispositivo de obstrução pode ser feita pelo acionamento de uma detonação, por meio de um objeto aplicando uma força liberada por pressão sobre o dispositivo de obstrução, ou por outros tipos de dispositivos de disparo, etc. O dispositivo de obstrução pode ser feito de cerâmica ou vidro, metal ou qualquer outro material que possa ser quebrado. A escolha do material e do tamanho/formato do dispositivo de obstrução pode depender das pressões esperadas e das forças a serem aplicadas.
Em uma modalidade, o dispositivo de obstrução pode ser designado para desativar sob uma determinada diferença de pressão, entre a tubagem e um volume secundário. O volume secundário, em uma modalidade, pode ser o espaço anular ou o volume secundário pode ser outro tipo de volume, por exemplo, uma câmara de vácuo. A câmara de vácuo ou outro tipo de volume pode ser disposta no espaço interno da carcaça externa ou em outro adequado local.
Em uma modalidade, o dispositivo de obstrução pode ser reativado, isto é, o dispositivo de obstrução é trazido de volta para sua posição de obstrução. Isso pode ser implementado, por exemplo, mediante o dispositivo de reativação, que pode compreender um dispositivo de catraca. Em uma modalidade, o dispositivo de catraca pode compreender um determinado número de etapas, que são ativadas por meio de um pulso de pressão ou excedendo um limite de pressão. Para cada etapa, o dispositivo de obstrução pode mudar de posição, ou o dispositivo de obstrução pode mudar de posição após um determinado número de etapas, e a nova posição não obstruindo o movimento do corpo interno. Após ter passado por um número definido de etapas, o dispositivo de obstrução irá novamente assumir sua posição de obstrução. Outros tipos de dispositivos de reativação podem também ser usados. O dispositivo de reativação pode ser disposto na seção do bico da válvula.
Em uma modalidade, o dispositivo de reativação compreende um cronômetro. O cronômetro irá determinar o intervalo de tempo entre a desativação e reativação do dispositivo de obstrução. O cronômetro pode ser hidráulico, mecânico, eletrônico, químico ou outro meio adequado, de modo a proporcionar um intervalo de tempo definido entre eventos, por exemplo, retardando o movimento de retorno para a posição fechada por meio de atrito, ou ainda, um composto químico tendo um específico tempo de decomposição ou tempo de dissolução, etc.
Em uma modalidade, a válvula de corte rápido compreende um segundo dispositivo de obstrução. O segundo dispositivo de obstrução pode ser, por exemplo, desativado pela pressurização do lado do espaço anular da válvula, conforme é descrito nas válvulas de alívio do estado da técnica, por exemplo, do tipo descrito no documento de patente WO 2009/038467.
A invenção será agora descrita em maiores detalhes por meio de um exemplo e fazendo-se referência às figuras anexas, nas quais:- as figuras 1a e 1b mostram uma válvula de elevação de gás, conforme o estado da técnica;- a figura 2 mostra uma modalidade de uma válvula de acordo com a invenção; e- a figura 3 ilustra uma modalidade da presente invenção.
Nas figuras, são mostradas diferentes modalidades de uma válvula de elevação de gás, onde a válvula deverá ser posicionada em um fluxo do poço. Um especialista versado na técnica irá entender como isso é feito, pelo que, não será descrito na presente apresentação.
Com referência agora à figura 1a, são mostradas as partes principais de uma válvula de elevação de gás do estado da técnica, com ativação de alívio. A válvula de elevação de gás (1) compreende uma carcaça externa oca (11), em cuja carcaça oca (11) é disposto um corpo interno móvel (13). A carcaça externa oca (11), na presente modalidade, compreende duas partes, isto é, a parte principal (11) e uma seção de pré-tensionamento (14). O dispositivo na figura é mostrado numa posição fechada e o corpo interno móvel (13), portanto, está se apoiando sobre uma sede de válvula (12), na carcaça externa oca (11). Uma chave retentora (16) é disposta entre a seção de pré- tensionamento (14) e o corpo interno móvel (13), pressionando o corpo interno móvel (13) contra a sede de válvula (12), desse modo, formando um sistema de vedação metal com metal, na interface entre a carcaça externa oca (11) e o corpo interno móvel (13). Isso se deve ao fato de que o corpo interno móvel (13) compreende uma superfície de vedação de um elemento de válvula (19). Embora o dispositivo mostrado seja usado como uma válvula de elevação de gás, torna-se óbvio que o princípio do mesmo pode ser usado para outros tipos de válvulas de injeção.
Na seção de pré-tensionamento (14) na figura 1a (ilustrado na figura 1b) é mostrada uma porca de parafuso ou uma contra-porca de parafuso (15), que, também, apresenta um furo direto vazado (17), sendo aparafusada em engate com um recesso parcial (18). A porca de parafuso ou contra-porca de parafuso (15) apresenta no interior do furo (17) um dispositivo de travamento (10) disposto para travar a chave retentora (16) temporariamente, com relação à carcaça externa (11). O dispositivo de travamento (10) pode na porca de parafuso ou na contra-porca de parafuso (15) ser uma graduação (4), em cuja graduação o primeiro conjunto de correspondentes dispositivos de travamento (10) é recebido na chave retentora (16). Essa posição irá corresponder à válvula se dispondo em uma posição fechada. Entretanto, a válvula é exposta a uma pressão (proveniente do espaço anular) que excede a predeterminada pressão para a válvula, pelo que o dispositivo de travamento (10) na chave retentora (16) se dispondo na graduação (4), irá se romper e, desse modo, permitir ao corpo interno móvel (13) e à chave retentora (16) movimentarem para trás a seção de pré-tensionamento (14) e para longe da sede da válvula (12).
As figuras 2a e 2b mostram uma válvula de corte rápido (20), de acordo com a invenção, para uso em uma ferramenta no interior de um poço, entre o espaço anular e a tubagem. A válvula compreende uma carcaça externa (21) e um corpo interno móvel (22) numa direção longitudinal dentro da carcaça, quando a válvula é ativada. A válvula compreende ainda um dispositivo de obstrução (23), na presente modalidade disposto exteriormente à carcaça (21), obstruindo a movimentação do corpo interno. O dispositivo de obstrução pode, por exemplo, ser um elemento de vedação rompível que se rompe, assim, sendo desativado, quando a diferença de pressão entre a tubagem e o espaço anular excede um valor limite, desse modo, tornando o corpo interno móvel (22) livre para se mover. Em outra modalidade, um composto químico pode ser liberado quando exposto à pressão, assim, enfraquecendo o dispositivo de obstrução (23) até que o mesmo seja desativado. Na figura 2b, o dispositivo de obstrução (24) é disposto na parte oca da carcaça externa, podendo se tornar um material massivo, que é então triturado quando exposto a uma determinada pressão.
Na figura 3 é indicada a possível área delocalização do dispositivo de obstrução. A área dodispositivo de obstrução pode depender do tipo dedispositivo de obstrução, mas, na maioria dos casos, sedispõe na primeira área sombreada (30), e em outros casos, na segunda área sombreada (31).
Claims (13)
1. Válvula de corte rápido para uso em uma ferramenta que se dispõe no interior de um poço, entre um espaço anular e a tubagem do poço, para injetar um fluido de injeção dentro da tubagem, compreendendo uma carcaça externa (11) e um corpo interno (13) que se move numa direção longitudinal dentro da carcaça (11), entre uma posição fechada e uma posição aberta quando a válvula é ativada, em cuja posição fechada o corpo interno (13) se apoia sobre uma sede de válvula (12) no interior da carcaça (11) de modo a ser formada uma vedação; um dispositivo de travamento (10) designado para desativar sob uma pressão pré-determinada de desativação do dispositivo de travamento, sendo que quando a dita pressão de desativação do dispositivo de travamento é alcançada de um lado anular da válvula, o dispositivo de travamento vai desativar, deixando assim o corpo interno se mover para uma posição aberta, o corpo interno sendo posicionado distante da sede da válvula (12), de modo que o fluido de injeção é permitido de circular dentro da tubagem, caracterizada pelo fato de que a válvula compreende um dispositivo de obstrução (23, 24) que, quando ativo, é disposto paraobstruir o corpo interno (13) de se movimentar dentro da carcaça (11), desse modo, permitindo a pressurização de um lado do espaço anular da válvula, sem a abertura da válvula, cujo dispositivo de obstrução (23, 24) é capaz de ser desativado mediante pressurização de um lado da tubagem da válvula, pelo que o dispositivo de obstrução (23, 24) quando em um estado desativado, é disposto para permitir ao corpo interno (13) se movimentar dentro da carcaça (11).
2. Válvula de corte rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de obstrução (23, 24) é designado para desativar sob uma determinada diferença de pressão entre o lado da tubagem da válvula e um volume secundário.
3. Válvula de corte rápido, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de obstrução é um dispositivo de vedação rompível, que se rompe sob uma diferença de pressão entre a tubagem e o volume secundário.
4. Válvula de corte rápido, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que o volume secundário é o espaço anular.
5. Válvula de corte rápido, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que o volume secundário é uma câmara de vácuo.
6. Válvula de corte rápido, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de vedação rompível é feito de cerâmica ou vidro, metal ou outro material adequado.
7. Válvula de corte rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a válvula compreende ainda um dispositivo de disparo para promover a desativação do dispositivo de obstrução.
8. Válvula de corte rápido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 7, caracterizada pelo fato de que a válvula compreende ainda um dispositivo de ativação para reativar o dispositivo de obstrução, o dispositivo de ativação sendo disposto no lado da tubagem da válvula.
9. Válvula de corte rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de obstrução inclui um dispositivo de reativação.
10. Válvula de corte rápido, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de reativação compreende um dispositivo de catraca.
11. Válvula de corte rápido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de reativação compreende um cronômetro.
12. Válvula de corte rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a válvula compreende um segundo dispositivo de obstrução, o segundo dispositivo de obstrução sendo desativado pela pressurização do lado do espaço anular da válvula.
13. Válvula de corte rápido, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a válvula quando na dita posição fechada é disposta para atuar como um elemento barreira entre o espaço anular e a tubagem.
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