BR112013032575B1

BR112013032575B1 - bomba hidráulica de fundo de poço

Info

Publication number: BR112013032575B1
Application number: BR112013032575-5A
Authority: BR
Inventors: Jorgen Hallundbaek; Peter Gråbæk
Original assignee: Welltec A/S
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2021-01-05
Also published as: MX344388B; WO2013007566A1; CN103649457A; AU2012283238B2; RU2594375C2; DK2543812T3; MY171260A; SA112330671B1; EP2543812B1; CA2840469A1; RU2014103328A; US20140127046A1; AU2012283238A1; CA2840469C; CN103649457B; MX2014000084A; US10344745B2; EP2543812A1; BR112013032575A2

Abstract

BOMBA HIDRÁULICA DE FUNDO DE POÇO. A presente invenção refere-se a uma bomba hidráulica de fundo de poço para prover pressão de fluido durante as operações no fundo de poço, compreendendo um alojamento da bomba, um eixo de cames disposto com rotação no alojamento da bomba e tendo um eixo geométrico de rotação longitudinal, o eixo de cames compreendendo um eixo e um lobo do came disposto no eixo, um pistão radialmente disposto tendo uma extremidade do alojamento e uma extremidade do came, um alojamento do pistão disposto no alojamento da bomba, uma válvula de entrada disposta em uma entrada no alojamento do pistão, uma válvula de saída disposta em uma saída no alojamento do pistão e uma mola do pistão disposta no alojamento da bomba para mover o pistão para longe do alojamento do pistão, em que o alojamento do pistão é conectado com rotação no alojamento da bomba possibilitando a rotação do alojamento do pistão ao redor de um eixo geométrico de rotação do alojamento do pistão paralelo ao eixo geométrico de rotação longitudinal do eixo de cames.

Description

Campo da invenção

[001] A presente invenção refere-se a uma bomba hidráulica de fundo de poço para proporcionar pressão de fluido durante as opera- ções no fundo de poço.

Antecedente da técnica

[002] As ferramentas de fundo de poço usando fluido como uma força motriz são cada vez mais usadas durante as operações de fundo de poço, especialmente para conduzir ferramentas operacionais e/ou para engate da parede do poço ou revestimento do poço. A força hi- dráulica para essas unidades de trabalho de fluido é produzida por bombas hidráulicas de fundo de poço. Devido às condições de fundo de poço, tais bombas hidráulicas são limitadas de muitas maneiras e ainda têm que executar eficientemente para economizar tempo e di- nheiro durante as operações de fundo de poço. A extensão física das bombas é limitada devido às restrições espaciais no poço, a força su- prida é limitada, tipicamente porque o alcance de um cabo de aço par- tindo da superfície é limitado devido às grandes quedas de tensão através de longas distâncias ou, se baterias de fundo de poço são usadas, a restrição espacial novamente se torna o fator limitador. Além do que, as bombas hidráulicas precisam ser eficientes para proporcio- nar força motriz suficiente e velocidade para as unidades de trabalho do fluido de fundo de poço desde que isso limita os tempos de opera- ção no fundo de poço, o que, por sua vez, reduz o custo. Também, as bombas de fundo de poço precisam ser duráveis desde que paralisa- ções são até mesmo mais críticas para os tempos de operação, já que toda a manutenção e os reparos precisam ser feitos na superfície, ne- cessitando de uma retração completa das ferramentas de fundo de poço dos poços. Bombas hidráulicas conhecidas compreendem uma pluralidade de câmaras de pistão de volume ciclicamente variado nas quais o deslocamento do fluido através das câmaras do pistão é pro- porcionado por um came rotativo forçando os pistões a se moverem em uma maneira cíclica. Entretanto, tais bombas hidráulicas frequen- temente não são suficientemente eficientes para fornecer a força ne- cessária no fundo de poço e podem, além disso, sofrer de desgaste nas partes móveis.

Sumário da invenção

[003] É um objetivo de a presente invenção superar, total ou par- cialmente, as desvantagens e inconvenientes acima da técnica anteri- or. Mais especificamente, é um objetivo apresentar uma bomba hidráu- lica melhorada provendo mais força de fluido durante as operações de fundo de poço do que as bombas da técnica anterior.

[004] Os objetivos acima, junto com numerosos outros objetivos, vantagens e aspectos que se tornarão evidentes a partir da descrição abaixo, são realizados por uma solução de acordo com a presente in- venção por uma bomba hidráulica de fundo de poço para proporcionar pressão do fluido durante operações de fundo de poço, que compre- ende: - um alojamento de bomba, - um eixo de cames disposto com rotação no alojamento da bomba e tendo um eixo geométrico de rotação longitudinal, o eixo de cames compreendendo um eixo e um came disposto no eixo, - um pistão radialmente disposto tendo uma extremidade do alojamento e uma extremidade do came, - um alojamento do pistão disposto no alojamento da bom- ba, - uma válvula de entrada disposta em uma entrada no alo- jamento do pistão, - uma válvula de saída disposta em uma saída no aloja- mento do pistão e - uma mola do pistão disposta no alojamento da bomba pa- ra mover o pistão para longe do alojamento do pistão, em que o alojamento do pistão é conectado com rotação no alojamento da bomba, possibilitando a rotação do alojamento do pistão ao redor de um eixo geométrico de rotação do alojamento do pistão paralelo ao eixo geométrico de rotação longitudinal do eixo de cames.

[005] A bomba hidráulica de fundo de poço de acordo com a pre- sente invenção pode ainda compreender uma pluralidade de pistões, alojamentos do pistão, válvulas de entrada e saída e molas do pistão.

[006] Adicionalmente, o pistão pode ser movido em uma primeira direção no alojamento do pistão pelo lobo do came e em uma segunda direção pela mola do pistão.

[007] Além do mais, o alojamento da bomba pode ter uma entra- da em comunicação de fluido com a entrada do alojamento do pistão.

[008] O dito alojamento da bomba pode ter uma saída em comu- nicação de fluido com a saída do alojamento do pistão.

[009] Em uma modalidade, uma distância de folga entre a parede lateral do pistão e a parede interna do alojamento do pistão pode ficar abaixo de dez micrômetros de largura.

[0010] A bomba hidráulica de fundo de poço como descrita acima pode compreender, além disso, um rolamento disposto entre o eixo de cames e as extremidades do came da pluralidade de pistões.

[0011] Esse rolamento pode ser um rolamento de agulhas.

[0012] Além disso, a bomba hidráulica de fundo de poço de acordo com a presente invenção pode compreender um conjunto de pistões, alojamentos do pistão, válvulas de entrada, válvulas de saída e molas do pistão dispostas no alojamento do pistão e tendo uma distância mú- tua ao longo do eixo geométrico longitudinal.

[0013] Além do que, a bomba hidráulica de fundo de poço de acordo com a presente invenção pode compreender uma pluralidade de pistões, uma pluralidade de alojamentos do pistão, uma pluralidade de válvulas de entrada, uma pluralidade de válvulas de saída e uma pluralidade de molas do pistão e um conjunto pode compreender um pistão, um alojamento do pistão, uma válvula de entrada, uma válvula de saída e uma mola do pistão. A bomba hidráulica de fundo de poço pode ainda compreender uma pluralidade de conjuntos dispostos no alojamento da bomba e tendo uma distância mútua ao longo do eixo geométrico longitudinal, cada conjunto sendo disposto simetricamente em uma forma de estrela, de modo substancialmente radial distante do eixo geométrico de rotação longitudinal.

[0014] Em uma modalidade, a bomba pode ainda compreender doze pistões dispostos em quatro camadas de três pistões, cada um em quatro posições diferentes ao longo do eixo geométrico de rotação longitudinal, cada camada de três pistões sendo disposta radialmente com um ângulo em estrela de 120 graus entre eles e cada camada sendo deslocada em um ângulo de deslocamento de 30 graus, de mo- do que todos os doze pistões têm uma posição radial única com uma separação de 30 graus para os pistões radialmente vizinhos.

[0015] Adicionalmente, as válvulas de entrada e saída podem ser válvulas unidirecionais, tal como válvulas de esfera.

[0016] Além do mais, uma pluralidade de esferas das válvulas de esferas pode ser feita de um material cerâmico.

[0017] A bomba hidráulica de fundo de poço de acordo com a pre- sente invenção pode ainda compreender uma unidade de acumulação em conexão de fluido com a pluralidade de válvulas de saída.

[0018] Adicionalmente, o lobo do came tendo duas faces de ex- tremidade do lobo do came pode ainda compreender pelo menos uma seção oca provendo um canal de comunicação de fluido entre as ditas faces de extremidade do lobo do came.

[0019] O alojamento da bomba como descrito acima tendo duas faces de extremidade do alojamento da bomba pode ainda compreen- der pelo menos uma seção oca provendo um canal de comunicação de fluido entre as ditas faces de extremidade do alojamento da bomba.

[0020] Além disso, a bomba hidráulica de fundo de poço de acordo com a presente invenção pode ainda compreender uma unidade de filtro disposta à montante de, e em conexão de fluido com, a pluralida- de de válvulas de entrada.

[0021] Também, a bomba hidráulica de fundo de poço de acordo com a presente invenção pode ainda compreender uma pluralidade de entalhes no alojamento da bomba, os entalhes tendo uma forma cor- respondendo com uma parte móvel vizinha compreendida dentro do alojamento da bomba, tal como o pistão, o alojamento do pistão e/ou a mola do pistão.

[0022] Adicionalmente, o alojamento do pistão como descrito aci- ma pode ficar suspenso com rotação no alojamento da bomba.

[0023] Uma pressão hidráulica interna máxima da bomba pode exceder de preferência 10 MPa (100 bars), mais preferivelmente exce- der 30 MPa (300 bars) e até mesmo mais preferivelmente exceder 60 MPa (600 bars).

[0024] Além do mais, os alojamentos do pistão podem ser presos com rotação no alojamento da bomba em uma primeira extremidade do alojamento do pistão dispondo a válvula de entrada em uma ranhu- ra cilíndrica no alojamento da bomba, suspensa por uma vedação gira- tória em formato de anel em uma extremidade e prendendo uma ex- tremidade oposta da válvula de entrada no alojamento do pistão e mu- tatis mutandis em uma segunda extremidade do alojamento do pistão dispondo a válvula de saída em uma ranhura cilíndrica no alojamento da bomba e suspensa por uma vedação giratória em formato de anel em uma extremidade e prendendo uma extremidade oposta da válvula de saída no alojamento do pistão.

[0025] Adicionalmente, o eixo de cames pode ficar suspenso no alojamento da bomba por um conjunto de rolamentos do eixo de ca- mes.

[0026] A mola do pistão como descrita acima pode ser disposta circunscrevendo o pistão.

[0027] Também, a mola do pistão pode ser disposta circunscre- vendo o pistão e parcialmente circunscrevendo o alojamento do pistão.

[0028] A mola pode ser disposta dentro do alojamento do pistão.

[0029] Além disso, o pistão pode ser oco.

[0030] Uma velocidade rotacional máxima da bomba pode exceder preferivelmente 4000 rpm, mais preferivelmente exceder 6000 rpm e até mesmo mais preferivelmente exceder 8000 rpm.

[0031] Além do que, a mola do pistão como descrita acima pode ter uma constante de mola de preferência excedendo 2000 N/m, mais preferivelmente excedendo 3000 N/m e até mesmo mais preferivel- mente excedendo 4000 N/m.

[0032] Finalmente, a bomba hidráulica de fundo de poço de acordo com a presente invenção pode ainda compreender uma pluralidade de ranhuras ao longo de uma superfície externa do alojamento da bomba.

[0033] Em uma modalidade da invenção, as válvulas de entrada e saída podem ser conectadas fixamente com o alojamento da bomba ou nos alojamentos do pistão.

[0034] Além do mais, as válvulas de entrada e saída podem ser conectadas não fixamente com o alojamento da bomba ou os aloja- mentos do pistão.

[0035] Além disso, as válvulas de entrada e saída podem ser co- nectadas fixamente com o alojamento da bomba e as válvulas de en- trada e saída podem ser conectadas não fixamente com os alojamen- tos do pistão.

[0036] Além do que, as válvulas de entrada e saída podem ser co- nectadas fixamente com o alojamento da bomba ou os alojamentos do pistão por uma vedação de válvula fixa em formato de anel.

[0037] Adicionalmente, as válvulas de entrada e saída podem ser conectadas não fixamente com o alojamento da bomba ou os aloja- mentos do pistão pela vedação de válvula não fixa em formato de anel.

[0038] Finalmente, as válvulas de entrada e/ou saída podem ser partes integrais do alojamento da bomba ou dos alojamentos do pis- tão.

Breve descrição dos desenhos

[0039] A invenção e suas muitas vantagens serão descritas em mais detalhes abaixo com referência aos desenhos esquemáticos acompanhantes que, com a finalidade de ilustração, mostram algumas modalidades não limitadoras e nos quais

[0040] A Fig. 1 mostra uma vista do corte de uma bomba hidráuli- ca de fundo de poço,

[0041] A Fig. 2 mostra uma vista em perspectiva de um eixo de cames,

[0042] A Fig. 3 mostra uma vista em perspectiva de uma configu- ração de doze pistões de uma bomba hidráulica de fundo de poço sem um alojamento da bomba,

[0043] A Fig. 4 mostra uma vista do corte de uma configuração de doze pistões de uma bomba hidráulica de fundo de poço sem um alo- jamento da bomba,

[0044] A Fig. 5 mostra uma ilustração do corte de um alojamento da bomba,

[0045] A Fig. 6 mostra o alojamento da bomba em perspectiva,

[0046] A Fig. 7 mostra uma vista do corte de um pistão e um alo- jamento do pistão, e

[0047] A Fig. 8 mostra uma vista do corte de outra modalidade da bomba hidráulica de fundo de poço.

[0048] Todas as figuras são altamente esquemáticas e não neces- sariamente em escala e elas mostram somente essas partes que são necessárias de modo a elucidar a invenção, outras partes sendo omiti- das ou meramente sugeridas.

Descrição detalhada da invenção

[0049] A Fig. 1 mostra uma vista do corte de uma bomba hidráuli- ca de fundo de poço para prover a força de fluido durante as opera- ções no fundo de poço. A bomba hidráulica compreende um alojamen- to da bomba 2 e um eixo de cames 3 disposto com rotação no aloja- mento da bomba 2 e tendo um eixo geométrico de rotação longitudinal A1. O eixo de cames compreende um eixo 4 e um lobo do came 5 dis- posto no eixo para mover um pistão radialmente disposto 6 tendo uma extremidade do alojamento 6a e uma extremidade do came 6b em um alojamento do pistão 7 disposto no alojamento da bomba. Uma mola do pistão 10 é disposta no alojamento da bomba entre o alojamento do pistão 7 e o pistão, forçando o pistão a se mover em uma direção para o lobo do came. Dessa maneira, o lobo do came força o pistão na di- reção do alojamento do pistão e a mola serve para mover o pistão na direção oposta.

[0050] O termo “força do fluido” será usado por todo o texto para definir a força transmitida por uma circulação controlada do fluido pressurizado para um motor ou outra unidade que converte a força do fluido em uma saída mecânica capaz de fazer trabalho em uma carga. A força do fluido é, portanto, uma função da pressão, bem como da velocidade do fluido hidráulico.

[0051] O alojamento do pistão 7 tem uma válvula de entrada 8 dis- posta em uma entrada do alojamento do pistão 7 e uma válvula de sa- ída 9 disposta em uma saída do alojamento do pistão. O pistão dispos- to no alojamento do pistão envolve um volume. As válvulas são válvu- las unidirecionais e quando o lobo do came 5 move o pistão 6 para dentro do alojamento do pistão 7, o volume diminui e o fluido no volu- me é forçado para fora através da válvula de saída 9 para dentro dos canais de saída 30. Adicionalmente, quando o came se move para longe do alojamento do pistão 7, a mola garante que o pistão 6 siga o eixo de cames 3 na direção oposta e que o volume aumente, dessa forma deixando o fluido entrar através da válvula de entrada 8. Dessa maneira, a força rotacional do eixo de cames é transferida para bom- bear o fluido para dentro dos canais de saída 30 para ativar uma fer- ramenta operacional conectada na bomba.

[0052] O alojamento do pistão é conectado com rotação no aloja- mento da bomba, possibilitando a rotação do alojamento do pistão 7 ao redor de um eixo geométrico de rotação do alojamento do pistão A2 paralelo ao eixo geométrico de rotação longitudinal A1 do eixo 4. A bomba hidráulica 1 pode ainda compreender uma unidade de acumu- lação 13 em conexão de fluido com a pluralidade de válvulas de saída 9 para coletar o fluido pressurizado gerado em todos os alojamentos do pistão 7. A bomba hidráulica 1 pode ainda compreender um filtro 76 disposto a montante de, e em conexão de fluido com, a pluralidade de válvulas de entrada 8 para filtrar quaisquer partículas grossas indese- jadas do fluido hidráulico que entra no alojamento do pistão 7. Um filtro 76 reduz significativamente o desgaste da bomba hidráulica 1.

[0053] Os alojamentos do pistão são dispostos de modo rotativo conectados no alojamento da bomba, como mostrado na Fig. 1, por meio das válvulas de entrada e saída 8, 9 agindo como articulações ou fixações entre o alojamento da bomba 2 e os alojamentos do pistão 7. A ligação móvel das válvulas de entrada e saída 8,9 no alojamento do pistão é facilitada por uma vedação de válvula em formato de anel 11, tal como provido por um anel O que, além disso, veda o interior das válvulas de entrada e saída do exterior. Desde que o interior da válvula de entrada está conectado com fluidez em um canal de entrada 31 do alojamento da bomba 2, as vedações da válvula 11 garantem que o fluido hidráulico circulando no canal de entrada da bomba hidráulica 1 entre no interior do alojamento do pistão 7.

[0054] Pelo uso das válvulas de entrada e saída 8, 9 e conectan- do-as com rotação no alojamento do pistão 7 e no alojamento da bom- ba pelas vedações de válvula 11, tal como anéis O, ambas a rotação dos alojamentos do pistão e a vedação do interior dos alojamentos do pistão 7 e das válvulas de entrada e saída 8, 9 são providas e rola- mentos adicionais são evitados.

[0055] A Fig. 2 mostra uma vista em perspectiva de um eixo de cames 3 onde o lobo do came 5 se estende na direção longitudinal en- tre uma primeira e uma segunda faces de extremidade do came 5a, 5b e compreende uma ou mais cavidades 5c produzindo canais através do came desde a primeira face da extremidade do came 5a até a se- gunda face da extremidade do came 5b. Isso permite que o fluido flua através da cavidade/cavidades 5c a partir de um lado do came para o outro. Desde que o fluido da ferramenta operacional para a qual a bomba supre fluido é frequentemente levado de volta através da bom- ba hidráulica de fundo de poço, isto é, um contrafluxo do fluido hidráu- lico na bomba, para as válvulas de entrada através do interior da bom- ba, o contrafluxo pode ser maximizado por ter tais canais. Além do que, as cavidades 5c têm uma vantagem adicional, a saber, que elas são capazes de diminuir a massa do lobo do came 5. Pela redução da massa do came, a energia exigida para girar a massa do came é mi- nimizada, o que pode ser vantajoso, especialmente durante a acelera- ção e a desaceleração. Além do que, os efeitos do desequilíbrio do eixo de cames giratório são ainda minimizados. O eixo de cames 3 é girado ao redor do eixo geométrico de rotação longitudinal A1 por meio de um motor e o motor é usado, assim, mais eficientemente para pres- surizar o fluido hidráulico.

[0056] A Fig. 3 mostra uma vista em perspectiva de uma configu- ração de doze pistões de uma bomba hidráulica de fundo de poço on- de o alojamento da bomba foi deixado de fora para ser capaz de ver uma configuração dos pistões 6, alojamentos do pistão 7, válvulas de entrada/saída 8, 9 e molas do pistão 10 entre o eixo de cames 3 e os alojamentos do pistão. A configuração mostrada na Fig. 3 compreende doze pistões 6 e doze alojamentos do pistão 7. Durante o uso, o eixo de cames 3 gira ao redor do eixo geométrico de rotação longitudinal A1 devido a uma força rotacional externa aplicada no eixo 4, tipica- mente por um motor elétrico, não mostrado, energizado por eletricida- de proveniente da superfície, não mostrada, ou de uma bateria, não mostrada. A força rotacional do eixo é transferida para os pistões pelo lobo do came 5, resultando em um movimento recíproco dos pistões 6 guiado pelos alojamentos do pistão 7. A Fig. 3 mostra uma pluralidade de molas do pistão 10 garantindo que a pluralidade de pistões seja forçada para o came do eixo de cames 3 em todos os momentos. A fim de que a bomba hidráulica funcione como planejado, os pistões precisam ser empurrados de volta para o eixo de cames desde que a pressão negativa pode existir no interior do alojamento do pistão devi- do à diminuição do volume. Além do que, a bomba hidráulica 1 pode operar em velocidades rotacionais muito altas, o que torna crítico para a eficiência da bomba que os pistões 6 continuem a se manter em contato com o lobo do came 5 para garantir que o volume total de bombeamento seja obtido. Em taxas de revolução elevadas, as molas do pistão, portanto, precisam ter uma alta constante de mola para se adaptarem com a rápida rotação. Como mostrado na Fig. 3, os aloja- mentos do pistão 7 têm uma primeira e uma segunda extremidades e as válvulas de entrada e saída são dispostas, de modo que elas cau- sam um fluxo do fluido nas primeiras extremidades dos alojamentos do pistão enquanto o pistão se move nas segundas extremidades dos alo- jamentos do pistão. Assim, as aberturas 41 do alojamento do pistão para deixar o fluido entrar e sair do alojamento são dispostas perto do fundo do alojamento do pistão, o alojamento do pistão sendo aberto, de modo que o pistão se move para dentro e para fora do alojamento do pistão para perto e para longe do fundo 40 do alojamento.

[0057] O pistão pode ser constituído alternativamente por uma disposição mais convencional de pistão e biela conhecida da técnica, que pode reduzir a massa do pistão e pode diminuir a resistência do pistão durante o movimento no alojamento do pistão.

[0058] A Fig. 4 mostra uma vista do corte de uma configuração de doze pistões de uma bomba hidráulica 1. A vista do corte perpendicu- lar à direção longitudinal mostrada na Fig. 4 demonstra como uma plu- ralidade de conjuntos de pistões pode ser disposta ao redor do eixo de cames 3. Nessa configuração, cada conjunto de pistões consiste de três pistões dispostos em um ângulo de pistão mútuo (v1, v2, v3) de 120 graus. Nessa configuração, quatro conjuntos de três pistões foram dispostos em um ângulo de conjunto de pistão mútuo (v4) de 30 graus. Pelo deslocamento de cada conjunto de pistões de 30 graus, os alo- jamentos do pistão podem se sobrepor na direção longitudinal, assim tornando possível diminuir a extensão geral da bomba na direção lon- gitudinal. A fim de diminuir as forças de atrito entre o came e os pis- tões, um rolamento, tal como um rolamento de agulhas 14, é disposto ao redor do lobo do came 5. Para ser capaz de dispor um rolamento de agulhas 14 ao redor do came, o lobo do came 5 pode ser um cilin- dro excêntrico. Dessa maneira, o came pode girar livremente dentro do rolamento, minimizando as forças de atrito transversais entre a super- fície externa do came 5d e a extremidade do came dos pistões 6.

[0059] A Fig. 5 mostra um desenho esquemático dos pistões e ei- xos de cames de um conjunto de três pistões. Desde que o came é posicionado de modo excêntrico em relação ao eixo geométrico de ro- tação longitudinal do eixo de cames, os pistões buscam engatar o ca- me em uma direção perto do centro de rotação do came ao invés de no centro do eixo. Assim, o ponto de aplicação 35 no qual a força do came é transferida para o pistão fica sempre mais perto do eixo geo- métrico central 33 do pistão, de modo que o pistão não é forçado a se mover ao longo de uma direção radial 34. Nas bombas da técnica an- terior, o ponto de aplicação é deslocado do eixo geométrico central 33 do pistão, desde que o alojamento do pistão não é capaz de girar para uma posição mais ideal com um ponto de aplicação mais ideal. Portan- to, a capacidade do alojamento do pistão de girar ao redor do eixo ge- ométrico de rotação do alojamento do pistão A2 permite que o pistão engate o came em uma posição mais ideal, como mostrado na Fig. 5, o que, por sua vez, aumenta a eficiência da bomba e reduz o desgaste do pistão, do alojamento do pistão e do came. Quando o eixo de ca- mes 3 está girando, os pistões e os alojamentos do pistão exercerão um movimento “de balanço” de um lado para o outro entre as duas po- sições extremas.

[0060] A Fig. 6 mostra um alojamento da bomba com uma plurali- dade de ranhuras, entalhes e gravações, explicados abaixo, todos adaptados para acomodar as partes móveis mostradas nas figuras 1 a 4, sendo o alojamento do pistão, a mola, o eixo de cames e o pistão. O alojamento da bomba 2 mostrado na Fig. 6 acomoda doze pistões 6 em quatro conjuntos de três pistões, como descrito acima. Os quatro conjuntos de alojamentos do pistão são acomodados em quatro con- juntos de ranhuras (18a, 19a, 20a, 21a) tendo uma distância mútua na direção longitudinal do alojamento da bomba 2. Um primeiro conjunto de ranhuras 18a acomoda um primeiro conjunto de alojamentos do pistão 18c, os alojamentos do pistão 18c sendo presos no alojamento da bomba 2 por meio das válvulas de entrada e saída 18b em um con- junto de ranhuras cilíndricas 18d no alojamento da bomba 2 e mutatis mutandis para os três conjuntos restantes de ranhuras (19a, 20a, 21a), válvulas de entrada e saída (19b, 20b, 21b), alojamentos do pistão (19c, 20c, 21c) e ranhuras cilíndricas (19d, 20d, 21d).

[0061] A bomba hidráulica 1 bombeia o fluido hidráulico para ou- tras ferramentas de fundo de poço exigindo força hidráulica durante as operações no fundo de poço. Tipicamente, o fluido hidráulico é levado de volta para a bomba hidráulica 1 em um circuito fechado desde que o tempo operacional de outra forma seria muito limitado, desde que normalmente somente pequenos volumes de óleo hidráulico estão dis- poníveis em uma coluna de ferramentas de fundo de poço. Em tal cir- cuito fechado do fluido hidráulico, o fluido hidráulico é vantajosamente levado de volta através do interior 37 da bomba devido às limitações especiais no fundo de poço. Dessa maneira, o interior 37 da bomba age como um tanque de fluido hidráulico. Ter esse tipo de disposição, entretanto, exige que o fluxo através do interior 37 não seja limitado, de modo que a bomba é limitada pelo contrafluxo hidráulico para as válvulas de entrada 8. Portanto, o interior 37 tem que ser otimizado para as condições de fluxo através do alojamento da bomba. Uma vantagem adicional de tal disposição é a lubrificação constante das partes móveis no interior 37 pelo fluido hidráulico.

[0062] A função da mola do pistão 10 é se opor à força do came tentando empurrar o pistão para o alojamento do pistão. As molas do pistão 10 podem ser dispostas, por conveniência, alternativamente às modalidades mostradas nas figuras, tal como dentro do pistão ou den- tro do alojamento do pistão e ainda satisfazer a finalidade da mola.

[0063] As válvulas de entrada e saída 8, 9 podem ser válvulas de esfera unidirecionais. Para melhorar a sensibilidade das válvulas de esfera, esferas muito leves 8a podem ser usadas preferivelmente. Es- pecialmente durante velocidades rotacionais muito altas, o peso das esferas poderia se tornar um fator limitador para a eficiência da bom- ba, desde que as esferas não podem ser movidas suficientemente rá- pido dentro da válvula de esferas. Com a finalidade de ter uma esfera muito leve, materiais cerâmicos são muito úteis devido à combinação de peso e durabilidade. Desde que materiais cerâmicos são muito du- ráveis e muito leves, tais materiais podem ser usados vantajosamente para as válvulas de esfera.

[0064] O eixo de cames 3 é conectado em um eixo rotacional 42 de um motor e suspenso em um conjunto de rolamentos do eixo de cames 39, tal como rolamentos de esferas, para garantir uma rotação suave do eixo de cames 3 com pouco atrito.

[0065] Os rolamentos do eixo de cames 39 podem ser travados com anéis de aperto (não mostrados), novamente para prover mais espaço aberto no interior 37 para minimizar a resistência do contraflu- xo do fluido hidráulico através do alojamento da bomba.

[0066] A compacidade da bomba hidráulica 1 com conjuntos so- brepostos de alojamentos do pistão permite um eixo de bomba muito curto na direção longitudinal. Um eixo de bomba curto, isto é, um curto comprimento do came e eixo de cames, provê a capacidade de ter um eixo fino e forte, desde que novamente, a dimensão é essencial para a versatilidade no equipamento de fundo de poço. Além do que, a sime- tria da bomba provê uma força constante no eixo de cames.

[0067] A Fig. 7 mostra uma vista do corte de um pistão e um alo- jamento do pistão. Os pistões e os alojamentos do pistão podem ser feitos preferivelmente com uma distância de folga muito pequena D1 entre a superfície externa do pistão 43 e a superfície interna do aloja- mento do pistão 44. A distância de folga pode também ser chamada “uma distância de folga diametral” (D1), desde que ela se refere à dife- rença entre o diâmetro interno do alojamento do pistão e o diâmetro externo do pistão. De preferência, a distância de folga D1 pode ser menor do que dez micrômetros, o que pode ser atingido por técnicas de fabricação, tal como afiação. Ter uma distância de folga D1 peque- na dessa forma manterá o vazamento através do vão aceitável e evita- rá vedação adicional do alojamento do pistão para impedir que o óleo escape no interior do alojamento do pistão através da distância de fol- ga D1.

[0068] A Fig. 8 mostra uma modalidade da bomba hidráulica 1. Os alojamentos do pistão são dispostos com rotação conectados no alo- jamento da bomba, como também mostrado na Fig. 1, por meio das válvulas de entrada e saída 8, 9 agindo como articulações entre o alo- jamento da bomba 2 e os alojamentos do pistão 7. A ligação móvel das válvulas de entrada e saída 8, 9 no alojamento do pistão 7 é facili- tada por uma vedação de válvula em formato de anel 11a, 11b, tal co- mo provido por um anel O que, além disso, veda o interior das válvulas de entrada e saída do exterior. Uma dada válvula de entrada 8 ou vál- vula de saída 9 pode ser conectada fixamente no alojamento da bom- ba 2 ou no alojamento do pistão 7 por uma vedação de válvula fixa em formato de anel 11a e ser conectada com rotação no outro do aloja- mento da bomba 2 ou do alojamento do pistão 7 por uma vedação de válvula não fixa em formato de anel 11b. Pelo uso de uma válvula ten- do ambas uma vedação de válvula fixa e não fixa em formato de anel 11a, 11b para fixação do alojamento do pistão 7 no alojamento da bomba 2, o desgaste na vedação de válvula fixa em formato de anel 11a pode ser minimizado enquanto ainda mantendo a capacidade do alojamento do pistão 7 em girar ao redor do eixo geométrico de rota- ção do alojamento do pistão. A vedação de válvula não fixa em forma- to de anel 11a pode compreender uma arruela de aço combinada com um anel O para garantir baixo atrito entre a válvula 8, 9 e o alojamento do pistão 7. O uso de uma arruela de aço melhora a mobilidade do alo- jamento do pistão 7, entretanto, o contato entre a arruela de aço e o alojamento do pistão aumenta o desgaste no alojamento do pistão. Portanto, a fim de melhorar a durabilidade da bomba para neutralizar o desgaste maior no alojamento do pistão, o alojamento do pistão pode ser endurecido depois da produção. Se a válvula 8, 9 é conectada de maneira não fixa em ambas as extremidades por uma vedação de vál- vula não fixa em formato de anel 11a, um maior desgaste no alojamen- to da bomba 2 também ocorre. O desgaste maior no alojamento da bomba é um problema mais severo, desde que o endurecimento de todo o alojamento da bomba é uma tarefa muito mais cara e difícil. O endurecimento representa não somente o endurecimento do material, mas também uma mudança menor nas dimensões do material. Essa mudança menor nas dimensões tem que ser considerada no dimensi- onamento do alojamento da bomba antes do endurecimento, de modo que o alojamento da bomba tenha as dimensões certas depois do en- durecimento. Como observado, por exemplo, na Fig. 6, o alojamento da bomba 2 é uma estrutura complicada e o endurecimento controla- do, portanto, é difícil e caro. O endurecimento dos alojamentos do pis- tão 7 é menos complicado, simplesmente porque os alojamentos do pistão 7 são menores e menos complexos do que o alojamento da bomba 2. Pela fixação das válvulas de entrada e saída 8, 9 com uma vedação de válvula não fixa em formato de anel 11a para o alojamento do pistão 7 e uma vedação de válvula fixa em formato de anel 11b pa- ra o alojamento da bomba 2, os problemas mencionados acima podem ser superados. Alternativamente, as válvulas de entrada e/ou saída 8, 9 podem ser uma parte integral do alojamento da bomba 2 e ainda ser providas com somente uma vedação de válvula não fixa em formato de anel 11a para prover uma fixação de pistão giratória.

[0069] Assim, de modo a diminuir o desgaste das partes móveis na bomba hidráulica de fundo de poço, as válvulas de entrada e saída podem ser conectadas fixamente com o alojamento da bomba ou os alojamentos do pistão, mas não necessariamente ambos. Por somente conectar de modo não fixo as válvulas de entrada e saída com o alo- jamento da bomba ou os alojamentos do pistão em uma extremidade das válvulas de entrada e saída, o alojamento do pistão pode ainda ser girado ao redor de um eixo geométrico e o desgaste da bomba po- de ser diminuído na extremidade fixa das válvulas de entrada e saída.

[0070] As válvulas de entrada e saída podem ser conectadas fi- xamente no alojamento da bomba ou nos alojamentos do pistão pela aplicação de, por exemplo, uma vedação de válvula fixa em formato de anel ou uma conexão soldada. Em algumas modalidades da invenção, as válvulas de entrada e saída podem ser uma parte integral do aloja- mento da bomba ou do alojamento do pistão.

[0071] Embora a invenção tenha sido descrita no acima em con- junto com modalidades preferidas da invenção, será evidente para o versado na técnica que várias modificações são concebíveis sem se afastar da invenção como definida pelas reivindicações seguintes.

Claims

1. Bomba hidráulica de fundo de poço (1) para prover força do fluido durante as operações no fundo de poço, que compreende: um alojamento de bomba (2), um eixo de came (3) disposto com rotação no alojamento da bomba e tendo um eixo geométrico de rotação longitudinal (A1), o eixo de cames (3) compreendendo um eixo (4) e um came (5) disposto no eixo (4), um pistão radialmente disposto (6) tendo uma extremidade do alojamento (6a) e uma extremidade do came (6b), uma válvula de entrada (8) disposta em uma entrada no alojamento do pistão, uma válvula de saída (9) disposta em uma saída no aloja- mento do pistão, e uma mola do pistão (10) disposta no alojamento da bomba para mover o pistão para longe do alojamento do pistão, caracterizada pelo fato de que a bomba hidráulica de fun- do de poço compreende um alojamento do pistão disposto no aloja- mento de bomba, o alojamento de pistão sendo conectado de forma rotativa no alojamento da bomba, possibilitando a rotação do aloja- mento do pistão (7) ao redor de um eixo geométrico de rotação do alo- jamento do pistão (A2) paralelo ao eixo geométrico de rotação longitu- dinal (A1) do eixo de came (3, 4).

2. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a distância de folga (D1) entre a parede lateral do pistão e a parede interna do alojamento do pistão fica abaixo de dez micrômetros de largura.

3. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um rolamento (12) disposto entre o came e as extremidades da base (6b) da pluralidade de pistões (6).

4. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fa- to de que compreende um conjunto de pistões, alojamentos de pistão, válvulas de entrada, válvulas de saída e molas do pistão dispostas no alojamento do pistão e tendo uma distância mútua ao longo do eixo geométrico de rotação longitudinal.

5. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fa- to de que compreende uma pluralidade de conjuntos de pistões, alo- jamentos do pistão, válvulas de entrada, válvulas de saída e molas do pistão, os conjuntos dispostos no alojamento do pistão e tendo uma distância mútua ao longo do eixo geométrico longitudinal, e cada con- junto sendo disposto simetricamente em uma forma de asterisco, de modo substancialmente radial distante do eixo geométrico de rotação longitudinal.

6. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fa- to de que as válvulas de entrada (8) e de saída (9) são válvulas unidi- recionais, tal como válvulas de esfera.

7. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fa- to de que ainda compreendendo uma unidade de acumulação (13) em conexão de fluido com a pluralidade de válvulas de saída (9).

8. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fa- to de que o came (5) tendo duas faces de extremidade de came (5a, 5b) ainda compreende pelo menos uma seção oca (5c) provendo um canal de comunicação de fluido (5c) entre as ditas faces de extremida- de de came (5a, 5b).

9. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fa- to de que o alojamento da bomba (2) tendo duas faces de extremida- de do alojamento da bomba (2a, 2b) ainda compreende pelo menos uma seção oca (2c) proporcionado um canal de comunicação de fluido (2c) entre as ditas faces de extremidade do alojamento da bomba (2a, 2b).

10. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fa- to de que ainda compreende uma unidade de filtro (14) disposta à montante de, e em conexão de fluido com a pluralidade de válvulas de entrada (8).

11. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fa- to de que ainda compreende uma pluralidade de entalhes (15) no alo- jamento da bomba, os entalhes (15) tendo uma forma correspondendo com uma parte móvel vizinha compreendida dentro do alojamento da bomba (2), tal como o pistão (6), o alojamento do pistão (7) e/ou a mo- la do pistão (10).

12. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fa- to de que o alojamento do pistão fica suspenso com rotação no aloja- mento da bomba.

13. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fa- to de que os alojamentos do pistão (7) são presos com rotação no alo- jamento da bomba (2) em uma primeira extremidade do alojamento do pistão dispondo a válvula de entrada em uma ranhura cilíndrica no alo- jamento da bomba, e suspensa por uma vedação giratória em formato de anel em uma extremidade e prendendo a extremidade oposta no alojamento do pistão (7) e mutatis mutandis em uma segunda extremi- dade do alojamento do pistão dispondo a válvula de saída em uma ra- nhura cilíndrica no alojamento da bomba e suspensa por uma vedação giratória em formato de anel em uma extremidade e prendendo uma extremidade oposta no alojamento do pistão (7).

14. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fa- to de que a mola do pistão tem uma constante de mola de preferência excedendo 2000 N/m, mais preferivelmente excedendo 3000 N/m e até mesmo mais preferivelmente excedendo 4000 N/m.

15. Bomba hidráulica de fundo de poço (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fa- to de que ainda compreende uma pluralidade de ranhuras (16) ao longo de uma superfície externa (17) do alojamento da bomba (2).