BR112014008300B1

BR112014008300B1 - aparelhos de controle de pressão de campo de óleo

Info

Publication number: BR112014008300B1
Application number: BR112014008300-2A
Authority: BR
Inventors: Thomas F. Bailey; Danny W. Wagoner; Andrew A. W. Barry; Simon J. Harrall; James W. Chambers
Original assignee: Weatherford Technology Holdings, Llc
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2021-02-17
Also published as: CA2850500A1; US20130192847A1; BR112014008300A2; CA2850500C; BR112014008300A8; AU2012318451B2; WO2013052830A3; AU2016210618A1; AU2016210618B2; EP2764198B1; AU2012318451A1; EP2764198A2; US10000988B2; WO2013052830A2

Abstract

CONJUNTOS DE SELO EM DISPOSITIVOS DE CONTROLE ROTATIVOS SUBMARINOS Um dispositivo de controle rotativo relacionado a um controle de pressão de campo de óleo é realizado por membros de selo superior e inferior, configurados para formarem um selo em torno de um elemento tubular, uma câmara definida entre os membros de selo superior e inferior, e em que o fluido entra e/ou sai da câmara através de algum dispositivo ou alguma estrutura. Um dispositivo como esse ou uma estrutura como essa poderia ser uma válvula de alívio, um primeiro acumulador, uma válvula de controle de pressão, um orifício e/ou um espaço vazio em um membro de selo em uma localização a qual contata o elemento tubular.

Description

APARELHOS DE CONTROLE DE PRESSÃO DE CAMPO DE ÓLEO

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório U.S. N° 61/545.100, depositado em 7 de outubro de 2011.

ANTECEDENTES

[0002] As operações de campo de óleo podem ser realizadas de modo a se extraírem fluidos a partir do terreno. Quando um local de poço é completado, um equipamento de controle de pressão pode ser posto perto da superfície do terreno, incluindo em um ambiente submarino. O equipamento de controle de pressão pode controlar a pressão no furo de poço durante a perfuração, a completação e a produção do furo de poço. O equipamento de controle de pressão pode incluir elementos de prevenção de erupção (BOP), dispositivos de controle de rotação e similares.

[0003] O dispositivo de controle de rotação ou RCD é um dispositivo de perfuração direta com um selo de rotação que contata e forma um selo contra a coluna de perfuração (tubo de perfuração, revestimento, colares de perfuração, kelly, etc.) para fins de controle da pressão ou do fluxo de fluido até a superfície. O RCD pode ter múltiplos conjuntos de selo e, como parte de um conjunto de selo, pode ter dois ou mais elementos de selo na forma de borrachas de vedação anular para encaixe na coluna de perfuração e controle da pressão a montante e/ou a jusante das borrachas de vedação anular. Para referência a uma descrição existente de um dispositivo de controle de rotação que incorpora um par de elementos de vedação opostos, por favor, veja a Patente U.S. N° 6.230.824, intitulada "Rotating Subsea Diverter", concedida em 15 de maio de 201, cuja exposição é desse modo incorporada como referência.

[0004] Os elementos de selo no RCD ou outro equipamento de controle de pressão têm uma tendência a desgastar rapidamente. Por exemplo, as juntas de ferramenta passando através do elemento de vedação podem causar uma falha no elemento de vedação através de tensões, eventualmente causando fadiga e/ou através de pedaços de material de selo rasgando-se do elemento de vedação. Em poços de alta pressão e/ou alta temperatura, a necessidade é maior para um elemento de vedação mais robusto e eficiente.

[0005] Em RCDs submarinos, o RCD pode ter dois ou mais elementos de selo os quais podem ser borrachas de vedação. Um elemento de selo pode estar em uma entrada para o RCD e exposto a um condutor submarino acima do RCD. Um segundo elemento de selo pode estar localizado a jusante do primeiro elemento de selo e pode ser exposto à pressão de furo de poço abaixo. Este segundo elemento de selo pode selar a pressão de furo de poço no furo de poço.

[0006] Conforme a coluna de perfuração é manobrada para e/ou para fora do RCD, este movimento pode ter certos efeitos que poderiam melhorar o risco de falha para um elemento de vedação. O movimento axial, seja para cima ou para baixo, fará com que a coluna de perfuração se mova através das câmaras ou regiões entre dois elementos de vedação. Em um primeiro intervalo, no qual uma junta de ferramenta de volume maior do que a coluna de perfuração entra na câmara, a câmara evacuará algum fluido através de um elemento de vedação, de modo a se considerar o volume aumentado da junta de ferramenta. Em um segundo intervalo, quando essa junta de ferramenta passa para fora da câmara, há menos fluido na câmara (e menos volume de ferramenta na câmara), desse modo se causando uma redução na pressão ou sucção na câmara. Opcionalmente, em um terceiro intervalo, uma junta de ferramenta de volume ainda maior pode entrar na câmara causando uma evacuação adicional de fluido. Opcionalmente, em um quarto intervalo, como a junta de ferramenta de volume relativamente maior emerge da câmara, uma redução adicional na pressão pode resultar na câmara. Assim sendo, é possível que uma pressão de sucção ou vácuo possa se acumular na câmara entre o primeiro elemento de vedação e o segundo elemento de vedação. Esta pressão de vácuo pode melhorar o risco de falha do(s) elemento(s) de vedação. Há uma necessidade de um RCD melhorado para controle do diferencial de pressão entre os elementos de vedação em um RCD submarino.

SUMÁRIO

[0007] Um controle de pressão de campo de óleo relacionado ao RCD pode ser realizado por membros de selo superior e inferior configurados para formarem um selo em torno de um elemento tubular, uma câmara definida entre os membros de selo superior e inferior; e em que um fluido entra e/ou sai da câmara através de algum dispositivo ou estrutura. Um dispositivo como esse ou uma estrutura como essa poderia ser uma válvula de alívio, um primeiro acumulador, uma válvula de controle de pressão, um orifício e/ou um espaço vazio em um membro de selo em uma localização a qual contata o elemento tubular.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0008] A figura 1 descreve uma vista esquemática de um local de poço em alto-mar.

[0009] A figura 2 descreve uma vista em seção transversal de um RCD de acordo com uma modalidade.

[0010] A figura 3 descreve uma vista em seção transversal de um RCD de acordo com uma modalidade.

[0011] A figura 4 descreve uma vista em seção transversal de um RCD de acordo com uma modalidade.

[0012] A figura 5 descreve uma vista em seção transversal de um RCD de acordo com uma modalidade.

[0013] A figura 6 descreve uma vista em seção transversal de um RCD de acordo com uma modalidade.

[0014] A figura 7 descreve uma vista em seção transversal de um RCD de acordo com uma modalidade.

[0015] A figura 8 descreve uma vista em seção transversal de um RCD de acordo com uma modalidade.

[0016] A figura 9 descreve uma vista em seção transversal de um RCD de acordo com uma modalidade.

[0017] A figura 10 descreve uma vista em seção transversal de uma modalidade alternativa de uma borracha de vedação anular.

[0018] A figura 11 descreve uma vista em corte tomada ao longo da linha 11-11 da figura 10.

[0019] A figura 12 descreve uma vista em seção transversal de um RCD de acordo com uma modalidade.

[0020] A figura 13 descreve uma vista em seção transversal de um RCD de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADE(S)

[0021] A descrição que se segue inclui aparelhos, métodos, técnicas e sequências de instrução de exemplo que concretizam técnicas do assunto inventivo. Contudo, é entendido que as modalidades descritas podem ser praticadas sem estes detalhes específicos.

[0022] A figura 1 descreve uma vista esquemática de um local de poço em alto-mar 10 tendo um ou mais elementos de selo 12 para vedação de um item ou uma peça de equipamento de campo de óleo 14. O local de poço 10 pode ter um furo de poço 16 formado no terreno e revestido com um revestimento 18. Em um leito de mar 20, um ou mais dispositivos de controle de rotação 22 podem controlar a pressão no furo de poço 16. Os dispositivos de controle de rotação 22 podem incluir, mas não estão limitados a BOPs, RCDs 24 e similares. Os elementos de selo 12 são mostrados e descritos aqui como estando localizados em um RCD 24. Um ou mais elementos de selo 12 podem ser uma ou mais borrachas de vedação anular 26 localizadas no RCD 24. Os elementos de selo 12 podem ser configurados para se encaixarem e selarem o equipamento de campo de óleo 14 durante operações de campo de óleo. O equipamento de campo de óleo 14 pode ser qualquer equipamento adequado para ser selado pelo elemento de vedação 12 incluindo, mas não limitando, uma coluna de perfuração, uma junta de ferramenta, uma bucha, um conjunto de mancal, um bujão de teste, um adaptador de pistoneio, uma luva de atracagem, elementos de vedação, um elemento tubular, um tubo de perfuração, uma junta de ferramenta e similares.

[0023] O local de poço 10 pode ter um controlador(es) 30 para controle do equipamento em torno do local de poço 10. O controlador 30 e/ou controladores adicionais (não mostrados) podem controlar e/ou obter uma informação a partir de qualquer sistema adequado em torno do local de poço 10, incluindo, mas não limitando, os dispositivos de controle de rotação 22, o RCD 24, um ou mais sensores 23, um aparelho de sujeição 32, um aparelho de rotação 34 e similares. Conforme mostrado, o aparelho de sujeição 32 pode ser um par de cunhas configuradas para sujeitarem um elemento tubular 35 (tais como uma coluna de perfuração, uma coluna de produção, um revestimento e similares) em um piso de sonda 36; contudo, o aparelho de sujeição 32 pode ser qualquer dispositivo de sujeição adequado. Conforme mostrado, o aparelho de rotação 34 é um acionamento de topo para suporte e rotação do elemento tubular 35, embora possa ser qualquer dispositivo rotativo adequado, incluindo, mas não limitando, uma kelly, um rosqueador de tubo e similares. O controlador 30 pode controlar qualquer equipamento adequado em torno do local de poço 10, incluindo, mas não limitando, um guincho de perfuração, uma catarina, bombas, dispositivos de controle de lama, ferramentas de cimentação, ferramentas de perfuração, e similares.

[0024] A figura 2 descreve uma vista esquemática em seção transversal do RCD 24 de acordo com uma modalidade. O RCD 24, conforme mostrado tem um conjunto de selo 25 com pelo menos dois elementos de selo 12 na forma de borrachas de vedação anular 26. O conjunto de selo ainda pode incluir válvula(s) de alívio 60 e/ou acumulador(es) 70. As borrachas de vedação anular 26 são posicionadas em uma relação superior - inferior, de modo que haja uma borracha de vedação anular superior 26a e uma borracha de vedação anular inferior 26b. As borrachas de vedação anular 26 formam um selo contra o elemento tubular 35 e/ou uma peça de equipamento de campo de óleo 14/junta de ferramenta 42 (conforme for o caso), quando a pressão for maior no lado exterior 27 da borracha de vedação anular 26, se comparada com a pressão no lado interior 29 da borracha de vedação anular 26. Quando a pressão é maior no lado interior 29, se comparada com o lado exterior 27, então, um fluido pode "arrotar" ou infiltrar através da borracha de vedação anular 26 na interface entre a borracha de vedação anular 26 e o elemento tubular 35/equipamento de campo de óleo 14.

[0025] As borrachas de vedação anular 26 podem se voltar para fora (lado exterior 27 fora da câmara de controle de pressão 44), conforme representado na figura 2. Em modalidades alternativas, as borrachas de vedação anular 26 podem se voltar para dentro (lado exterior 27 definindo a câmara de controle de pressão 44), conforme representado na figura 3.

[0026] Em uma modalidade, a peça de equipamento de campo de óleo 14 entrando e/ou saindo do RCD 24 é uma coluna de perfuração 40 tendo uma ou mais juntas de ferramenta 42 na coluna de perfuração 40. As juntas de ferramenta 42 tem um diâmetro externo maior do que o tubo de perfuração da coluna de perfuração 40. Ainda, as juntas de ferramenta 42 podem aumentar e/ou diminuir de tamanho conforme o equipamento de campo de óleo 14 for manobrado para dentro ou para fora do furo de poço 16 (conforme mostrado na figura 1); uma câmara de controle de pressão 44 é definida por e localizada entre a borracha de vedação anular superior 26a e a borracha de vedação anular inferior 2 6b e no conjunto de mancal 46. Conforme uma junta de ferramenta 42 entra na câmara de controle de pressão 44, um fluido na câmara de controle de pressão é deslocado para fora da câmara de controle de pressão 44. O fluido pode ser deslocado através das borrachas de vedação anular 26a e/ou 26b, e/ou ao longo de um percurso de fluxo 50a, b, c e/ou d (mostrado esquematicamente) e similares.

[0027] Conforme uma coluna de perfuração com várias juntas de ferramenta dimensionadas 42 passa através de uma borracha de vedação anular 26 e para dentro e para fora da câmara de controle de pressão 44, uma condição de diferencial excessivo de pressão poderia se criar entre a câmara de controle de pressão intermediária 44 na pressão P2, se comparado com a pressão abaixo a uma pressão P1 (pressão de furo de poço abaixo do conjunto de mancal 46) ou a pressão acima na pressão P3 (a pressão em um condutor submarino acima do conjunto de mancal 46, ou do mar no caso de operações de perfuração sem condutor submarino). O diferencial excessivo de pressão poderia resultar de juntas de ferramenta 42 de volume maior deslocando ou sangrando um volume de fluido a partir da câmara de controle de pressão intermediária 44 através de uma borracha de vedação anular 26 e, sucessivamente, conforme a junta de ferramenta 42 evacuar a câmara de controle de pressão intermediária 44, agora há um volume total menor de fluido na câmara de controle de pressão 44, causando uma redução na pressão P2 ou sucção (se comparada com a pressão P1 ou P3). Isso pode causar uma força de atrito aumentada entre as borrachas de vedação anular 2 6a e 2 6b e o equipamento de campo de óleo 14 com um movimento para baixo de uma junta de ferramenta 42 causando uma remoção na borracha de vedação anular 26 e um movimento para cima de uma junta de ferramenta causando uma colocação da borracha de vedação anular 26.

[0028] De modo a aliviar o desgaste e o rasgamento nas borrachas de vedação anular 26a e 26b, vários dispositivos de acomodação diferencial de pressão são integrados no conjunto de selo 25. Os vários dispositivos de acomodação de pressão podem ser individuais ou uma pluralidade de válvulas de alívio 60 e/ou acumuladores 70. Uma válvula de alívio ou válvulas 60 apenas podem ser implementadas como o dispositivo de acomodação de diferencial de pressão. Um acumulador ou acumuladores 70 apenas podem ser implementados como o dispositivo de acomodação de diferencial de pressão. Várias combinações de válvulas de alívio 60 e acumuladores 70 podem ser implementadas alternativamente como o(s) dispositivo(s) de acomodação de diferencial de pressão. Os valores de alívio de pressão de limite (isto é, a pressão de limite na qual qualquer respectivo dispositivo disparará ou acomodará para aliviar um diferencial de pressão) das válvulas de alívio 60 e/ou dos acumuladores 70 podem ser selecionados de acordo com qualquer valor de alívio de pressão de limite desejável. Essa seleção está no nível de habilidade de alguém tendo conhecimento comum na técnica. Os percursos de fluxo 50a, b, c, d etc. (50e e 50f mostrado na figura 3 criando respectivos percursos de fluxo superior e inferior para o lado traseiro dos acumuladores) também fazem parte dos dispositivos de acomodação de diferencial de pressão, conforme puder ser o caso. Os acumuladores podem ser, por exemplo, acumuladores de tipo de êmbolo ou ter um diafragma. Várias modalidades alternativas de conjuntos de selo 25 serão discutidas abaixo a título de exemplo.

[0029] De acordo com a modalidade da figura 4, as borrachas de vedação anular 26 são voltadas para fora. O conjunto de selo 25 inclui válvulas de alívio 60a e 60b conectadas respectivamente através dos percursos de fluxo 50c e 50d como os dispositivos de acomodação de diferencial de pressão. A título de exemplo, se a pressão diferencial entre P3 e P1 for tal que P3 seja mais alta, conforme a junta de ferramenta 42 entra na câmara 44 manobrando para baixo ou para cima, a pressão P2 elevar-se-á acima da pressão P1, e o fluido sangrará pela borracha de vedação anular inferior 26b. No próximo intervalo, conforme a junta de ferramenta 42 evacuar a câmara 44, P2 cairá. Em seguida, a válvula de alívio de topo 60a se abre na pressão de limite, o que fará com que P2 varie. A título de exemplo, se a pressão diferencial entre P3 e P1 for tal que P1 seja mais alto, conforme a junta de ferramenta 42 entrar na câmara 44 manobrando para baixo ou para cima, a pressão P2 elevar-se-á acima da pressão P3, e o fluido sangrará pela borracha de vedação anular superior 26a. No próximo intervalo, conforme a junta de ferramenta 42 evacuar a câmara 44, P2 cairá. Em seguida, a válvula de alívio de fundo 60b se abre na pressão de limite, o que fará com que P2 varie.

[0030] De acordo com a modalidade da figura 5, as borrachas de vedação anular 26 estão voltadas para fora. O conjunto de selo 25 inclui um acumulador 70 conectado através do percurso de fluxo 50a, como o dispositivo de acomodação de diferencial de pressão em combinação com as borrachas de vedação anular 26. A título de exemplo, um primeiro ajuste deve ser feito quanto à temperatura. O acumulador 70 será carregado para uma primeira pressão em uma primeira temperatura. Quando o acumulador 70 é abaixado para a água do mar, a temperatura estabilizar-se-á em uma segunda temperatura. Uma nova segunda pressão será a pré-carga de acumulador. Quando o acumulador 70 atinge a profundidade final no mar, então, um novo volume será estabelecido com base na pressão do mar. Quando uma junta de ferramenta 42 é empurrada para a câmara 44, então, o volume de fluido na câmara 44 aumentará. O volume no acumulador 70 diminuirá. A pressão no acumulador aumenta (assumindo que o elemento de vedação 12 ou a borracha de vedação anular 26 não vaze). A(s) borracha(s) de vedação anular 26 (ou o elemento de vedação 12) atuará (atuarão) como uma válvula de alívio que se abrirá em uma pressão de alívio de limite. A(s) borracha(s) de vedação anular 26 pode(m) manter uma contrapressão até a pressão de alívio de limite. Se a pressão do acumulador exceder à pressão de alívio de limite, então, a(s) borracha(s) de vedação anular 26 vazará (vazarão).

[0031] De acordo com a modalidade da figura 6, as borrachas de vedação anular 26 estão voltadas para fora. O conjunto de selo 25 inclui um acumulador 70 (similar ao acumulador da figura 5, apenas tendo um volume de capacidade maior nesta modalidade) conectado através do percurso de fluxo 50a como o dispositivo de acomodação de diferencial de pressão em combinação com as borrachas de vedação anular 26. A título de exemplo, um primeiro ajuste deve ser feito quanto à temperatura. O acumulador 7 0 será carregado para a primeira pressão a uma primeira temperatura. Quando o acumulador 70 é abaixado para a água do mar, a temperatura estabilizar-se-á a uma segunda temperatura. Uma nova segunda pressão será a pré-carga de acumulador. Quando o acumulador 70 atinge a profundidade final no mar, então, um novo volume será estabelecido com base na pressão do mar. Quando uma junta de ferramenta 42 é empurrada para a câmara 44, então, o volume de fluido na câmara 44 aumentará. O volume no acumulador 70 diminuirá. A pressão no acumulador aumenta (assumindo que o elemento de vedação 12 ou a borracha de vedação anular 26 não vaze). A(s) borracha(s) de vedação anular 26 (ou o elemento de vedação 12) atuará (atuarão) como uma válvula de alívio que se abrirá em uma pressão de alívio de limite. A(s) borracha(s) de vedação anular 26 pode(m) manter uma contrapressão até a pressão de alívio de limite. Se a pressão do acumulador exceder à pressão de alívio de limite, então, a(s) borracha(s) de vedação anular 26 vazará (vazarão).

[0032] De acordo com a modalidade da figura 7, as borrachas de vedação anular 26 estão voltadas para dentro. O conjunto de selo 25 inclui válvulas de alívio 60a e 60b conectadas respectivamente através dos percursos de fluxo 50c e 50d como os dispositivos de acomodação de diferencial de pressão. A título de exemplo, se a pressão diferencial entre P3 e P1 for tal que P3 seja mais alta, conforme a junta de ferramenta 42 entra na câmara 44 manobrando para baixo ou para cima, a pressão P2 elevar-se-á. A válvula de alívio de topo 60a pode limitar a elevação de P2. No próximo intervalo, conforme a junta de ferramenta 42 evacuar a câmara 44, P2 cairá. Um fluido pode sangrar pela borracha de vedação anular inferior 26b e levar P2 para o equilíbrio com P1.

[0033] De acordo com a modalidade da figura 8, as borrachas de vedação anular 26 estão voltadas para fora. O conjunto de selo 25 inclui um acumulador(es) 70 (cada um tendo um êmbolo de tipo de mola 72) conectado(s) através de percursos de fluxo 50a e/ou 50b como o dispositivo de acomodação de diferencial de pressão em combinação com as borrachas de vedação anular 26. No caso de um acumulador de topo apenas, com P3 maior do que P1, após o acumulador de topo 70 atingir o ponto mais baixo, a(s) junta(s) de ferramenta 42 entrando na câmara 44 aumentará (aumentarão) P2 até um ponto no qual P2 excede a P1, após o que a borracha de vedação anular inferior 26b sangra. Conforme a junta de ferramenta 42 deixa a câmara 44, P2 pode permanecer constante. Contudo, se P1 for maior do que P3, o volume de fluido deslocado pela junta de ferramenta 42 também pode ser aceito pelo acumulador conforme P2 aumenta, em cujo caso, conforme a junta de ferramenta 42 deixa a câmara 44, a câmara 44 pode perder fluido. No caso de ter um acumulador de topo 70 e um acumulador de fundo 70, com P3 maior do que P1, uma manobra para cima ou para baixo, o acumulador de fundo 7 0 vazio, o acumulador de topo 7 0 vazio; a junta de ferramenta 42 entra na câmara 44 através da borracha de vedação anular 26; em seguida, P2 aumenta; então, o acumulador de fundo 70 pode assumir o volume de fluido deslocado pela junta de ferramenta 42; quando a junta de ferramenta 42 deixa a câmara 44, a câmara 44 pode perder fluido. No caso de ter um acumulador de topo 70 e um acumulador de fundo 70, com P1 maior do que P3, uma manobra para cima ou para baixo, o acumulador de fundo 70 vazio, o acumulador de topo 70 vazio; a junta de ferramenta 42 entra na câmara 44 através da borracha de vedação anular 26; em seguida, P2 aumenta; então, o acumulador de topo 70 pode tomar o volume de fluido deslocado pela junta de ferramenta 42; quando a junta de ferramenta 42 deixa a câmara 44, a câmara 44 pode perder fluido.

[0034] Com referência de volta à figura 2, as borrachas de vedação anular 26 estão voltadas para fora. O conjunto de selo 25 inclui os acumuladores 70a e 70b (cada um tendo um êmbolo de tipo de mola 72) conectados através de percursos de fluxo 50a e/ou 50b em combinação com válvulas de alívio 60a e 60b conectados respectivamente através dos percursos de fluxo 50c e 50d como o dispositivo de acomodação de diferencial de pressão em combinação com as borrachas de vedação anular 26. A título de exemplo, se a pressão diferencial entre P3 e P1 for tal que P3 seja mais alta, em uma manobra para cima ou para baixo, o acumulador de fundo 70b poderá ser esvaziado; o acumulador de topo 70a poderá ser esvaziado; conforme a junta de ferramenta 42 entra na câmara 44 através da borracha de vedação anular 26; em seguida, P2 aumenta; o acumulador de fundo pode admitir o volume de fluido deslocado pela junta de ferramenta 42; então, a junta de ferramenta 42 deixa a câmara 44. A câmara 44 pode perder fluido. Se P2 for suficientemente abaixada para além de uma pressão de limite na válvula de alívio, a válvula de alívio de topo 60a poderá se abrir. A título de exemplo, se a pressão diferencial entre P3 e P1 for tal que P1 seja mais alta, manobrando para cima ou para baixo; o acumulador de fundo 70b poderá ser esvaziado; o acumulador de topo 70a pode ser esvaziado; conforme a junta de ferramenta 42 entra na câmara 44 através da borracha de vedação anular 26; em seguida, P2 aumenta; o acumulador de topo 70a pode admitir o volume de fluido deslocado pela junta de ferramenta 42; então, a junta de ferramenta 42 deixa a câmara 44. A câmara 44 pode perder fluido. Se P2 for suficientemente abaixada para além de uma pressão de limite na válvula de alívio, a válvula de alívio de fundo 60b poderá se abrir.

[0035] Com referência de volta à figura 3, as borrachas de vedação anular 26 estão voltadas para dentro. O conjunto de selo 25 inclui os acumuladores 70a e 70b conectados através dos percursos de fluxo 50a e/ou 50b (e, opcionalmente, supridos por respectivos percursos de fluxo 50e e 50f) em combinação com as válvulas de alívio 60a e 60b conectadas respectivamente através dos percursos de fluxo 50c e 50d, como o dispositivo de acomodação de diferencial de pressão em combinação com as borrachas de vedação anular 26. A título de exemplo, se a pressão diferencial entre P3 e P1 for tal que P3 seja mais alta, manobrando para cima ou para baixo; com o acumulador de topo 70a vazio; o acumulador de fundo 70b cheio; conforme a junta de ferramenta 42 entra na câmara 44 através de uma borracha de vedação anular 26; em seguida, o acumulador de topo 70a pode aceitar o volume de fluido deslocado pela junta de ferramenta 42; se o fluido da câmara 44 estiver a uma pressão suficientemente baixa, a borracha de vedação anular 26 sangrará/arrotará. Se a câmara 44, P2, desenvolver uma sobrepressão além de uma pressão de limite, a válvula de alívio de fundo 60b poderá se abrir. A título de exemplo, se a pressão diferencial entre P3 e P1 for tal que P1 seja mais alta, manobrando para cima ou para baixo; com o acumulador de topo 7 0a cheio; o acumulador de fundo 70b vazio; conforme a junta de ferramenta 42 entra na câmara 44 através da borracha de vedação anular 26; em seguida, o acumulador de fundo 70b pode aceitar o volume de fluido deslocado pela junta de ferramenta 42; se o fluido da câmara 44 estiver a uma pressão suficientemente baixa, a borracha de vedação anular 26 sangrará/arrotará. Se a câmara 44, P2, desenvolver uma sobrepressão além de uma pressão de limite, a válvula de alívio de fundo 60b poderá se abrir.

[0036] Quando o condutor submarino está a uma pressão mais alta do que uma pressão de furo de poço, pode ser vantajoso criar um percurso de vazamento constante para contabilizar volumes maiores por segundo de acomodação de diferencial de pressão. Um dispositivo de acomodação de diferencial de pressão como esse em uma modalidade (veja a figura 9) pode aparecer como um ou mais orifícios pequenos 80 perto da interface do conjunto de mancal 46 e a borracha de vedação anular superior 26a criando uma câmara/um percurso de reabastecimento para a câmara 44. Em uma outra modalidade (veja as figuras 10 e 11), pode aparecer como um entalhe ou uma ranhura 90 formado ou feito através de uma porção da borracha de vedação anular superior 26a. É para ser entendido que as modalidades das figuras 9 a 11 foram descritas como sendo aplicáveis à borracha de vedação anular 26, embora seja igualmente aplicável à borracha de vedação anular inferior 26b. As modalidades das figuras 9 a 11 podem ser combinadas com outro(s) dispositivo(s) de acomodação de diferencial de pressão.

[0037] Conforme implicado acima, o dispositivo de acomodação de diferencial de pressão pode precisar funcionar de acordo com certos intervalos de sincronismo críticos, dependendo dos volumes de deslocamento, da velocidade da junta de ferramenta 42 entrando e vagando a câmara 44, etc. Assim sendo, alguém de conhecimento comum na técnica pode projetar um respectivo conjunto de selo 25 para a acomodação da taxa de deslocamento de volume.

[0038] É para ser entendido que o conjunto de mancal 46 foi discutido acima como aparecendo intermediário à borracha de vedação anular superior 26a e à borracha de vedação anular inferior 26b. Contudo, é para ser entendido que, em outras modalidades, um pouco como representado em várias figuras dos desenhos, o(s) conjunto(s) de mancal 46 pode(m) não aparecer intermediários e podem aparecer acima e/ou abaixo da respectiva borracha de vedação anular superior 26a e da borracha de vedação anular inferior 26b.

[0039] O RCD 24 pode ter qualquer número de elementos os quais formam um selo contra um elemento tubular 35 inserido através de seu interior. Estes elementos de selo 12 podem incluir um ou mais elos passivos ou borrachas de vedação anular 26. Estes elementos de selo 12 podem incluir um ou mais selos ativos. Estes elementos de selo 12 podem incluir apenas selos passivos (borrachas de vedação anular) ou apenas selos ativos. Em modalidades incluindo mais de um selo passivo (borracha de vedação anular), as borrachas de vedação anular 26 podem ser dispostas de modo que múltiplas borrachas de vedação anular sejam empilhadas para a provisão de uma pressão de contingência formando um selo a partir de baixo e/ou a partir de cima. Por exemplo, duas borrachas de vedação anular 26 podem ser dispostas para a provisão de um selo a partir de baixo, e uma terceira borracha de vedação anular 26 disposta para a provisão de selagem de pressão a partir de cima. Quaisquer outros combinação e arranjo desses selos são contemplados.

[0040] Adicionalmente, o uso de múltiplas borrachas de vedação anular empilhadas 26 pode ser combinado com um sistema o qual controla a pressão entre quaisquer duas borrachas de vedação anular adjacentes 26. Esses sistemas são mostrados e descritos na publicação de patente U.S. N° 2011/0024195, a qual é incorporada aqui como referência em sua totalidade para todas as finalidades. Esses sistemas podem ser usados de modo a se controlar a pressão entre borrachas de vedação anular opostas 26, as quais se voltam para fora (lado exterior 27 fora da câmara de controle de pressão 44), conforme representado na figura 2. Em modalidades alternativas, esses sistemas de gerenciamento de pressão, conforme descrito e mostrado na publicação de patente U.S. N° 2011/0024195, podem ser usados de modo a se controlar a pressão entre borrachas de vedação anular opostas 26 as quais se voltam para dentro (lado exterior 27 definindo a câmara de controle de pressão 44), conforme representado na figura 3.

[0041] Para todas as modalidades, a inclusão opcional do sensor 23 (veja a figura 1) para monitoração da pressão na câmara 44 permite que um controle preciso desta pressão seja realizado. Os sensores adicionais podem ser posicionados de modo que a pressão imediatamente acima da borracha de vedação anular superior 26a e/ou a pressão imediatamente abaixo da borracha de vedação anular inferior 26b possam ser monitoradas. Uma ou mais válvulas de controle de pressão podem ser usadas, de modo a se sangrar a pressão para e/ou para fora da câmara 44; estas válvulas de controle de pressão podem ser atuadas usando-se o controlador 30. O uso dessas válvulas de controle de pressão permite (em algumas circunstâncias) que o percurso de sangria de pressão seja selecionado. Por exemplo, caso a pressão acima da borracha de vedação anular superior 26a e a pressão abaixo da borracha de vedação anular inferior 26b sejam valores geralmente similares, então, qualquer mudança na pressão na câmara 44 pode ser compensada por um roteamento selecionado por usuário de sangria de pressão entre a câmara 44 e a zona acima da borracha de vedação anular superior 26a ou a zona abaixo da borracha de vedação anular inferior 26b. isto seria vantajoso em garantir que fluidos no furo de poço (isto é, abaixo da borracha de vedação anular inferior 26b) não fossem inadvertidamente roteados através da câmara 44 para a zona acima da borracha de vedação anular superior 26a.

[0042] Em qualquer uma das modalidades de acumulador 70 e de válvula de controle, uma ou mais válvulas de alívio 60 também podem ser incorporadas, de modo a se garantir que condições críticas de sobrepressão ou de subpressão não ocorram.

[0043] Para situações nas quais um condutor submarino é usado durante a perfuração do poço, a pressão acima da borracha de vedação anular superior 26a pode ser controlada. Isto pode ser obtido pelo condutor submarino contendo um fluido adequado de peso específico apropriado e/ou a aplicação de pressão na superfície ao fluido no condutor submarino. A pressão acima da borracha de vedação anular superior 26a pode ser controlada, portanto, de modo que esta pressão seja aproximadamente igual a ou um pouco maior do que a pressão abaixo da borracha de vedação anular inferior. Neste caso, uma modalidade das configurações descritas aqui pode incluir apenas uma válvula de alívio 60 e/ou apenas uma válvula de controle e/ou apenas um acumulador 70. A(o) única(o) válvula de alívio, válvula de controle/acumulador pode ser conectado entre a zona abaixo da borracha de vedação anular inferior 26b e a câmara 44. Vantajosamente, isto iria minimizar o risco de fluidos de furo de poço serem comunicados através da câmara 44 ao condutor submarino.

[0044] As modalidades descritas também podem ser usadas em dispositivos de controle de pressão não rotativos.

[0045] Uma modalidade de um conjunto de borracha de vedação anular é mostrada na figura 12. O conjunto de borracha de vedação anular 100 pode ser configurado de modo que, em uso, uma mudança de pressão na câmara 44 possa forçar a borracha de vedação anular 26 a se mover axialmente. Desta forma, o volume de câmara 44 pode ser mantido substancialmente constante apesar da passagem da junta de ferramenta 42 (não mostrada). A borracha de vedação anular 26 é montada através de um conjunto de montagem 102, de modo a ser orientado em termos de posição em uma direção para baixo pelo membro de orientação 104. Em uma modalidade, o membro de orientação 104 pode ser uma mola. Alternativamente, ou de forma adicional, a orientação da borracha de vedação anular 26 pode ser obtida através de um fluido pressurizado atuando sobre o conjunto de montagem 102. Devido ao fato de a borracha de vedação anular 2 6 poder se mover axialmente, um selo 106 pode ser utilizado entre o conjunto de montagem 102 e a superfície interior 108 de membro externo 110. O membro externo 110 pode ser parte de um conjunto de alojamento ou de mancal, ou qualquer outro membro adequado para se formar um selo contra ele.

[0046] O conjunto de borracha de vedação anular 100 é mostrado com a borracha de vedação anular 26 voltada para baixo e orientada para baixo. Contudo, também é contemplado que o conjunto de borracha de vedação anular 100 pode ser montado invertido com a borracha de vedação anular 26 voltada para cima e orientada para cima.

[0047] Uma modalidade alternativa de um conjunto de borracha de vedação anular é mostrada na figura 13. O conjunto de borracha de vedação anular 200 também pode ser configurado de modo que, em uso, uma mudança na pressão na câmara 44 possa forçar a borracha de vedação anular 26 a se mover axialmente. Desta forma, o volume de câmara 44 pode ser mantido substancialmente constante apesar da passagem de junta de ferramenta 42 (não mostrada) . A borracha de vedação anular 26 é montada através de um conjunto de montagem 202, de modo a ser orientada em termos de posição em uma direção para cima pelo membro de orientação 204. Em uma modalidade, o menu descendente 204 pode ser uma mola. Alternativamente, ou de forma adicional, a orientação da borracha de vedação anular 26 pode ser obtida através de um fluido pressurizado atuando sobre o conjunto de montagem 2 02. Devido ao fato de a borracha de vedação anular 2 6 poder se mover axialmente, um selo 206 pode ser utilizado entre o conjunto de montagem 202 e a superfície interior 208 de membro externo 210. O membro externo 210 pode ser parte de um alojamento ou de um conjunto de mancal, ou qualquer outro membro adequado para se formar um selo contra ele.

[0048] O conjunto de borracha de vedação anular 200 é mostrado com a borracha de vedação anular 26 voltada para baixo e orientada para cima. Contudo, também é contemplado que o conjunto de borracha de vedação anular 100 pode ser montado invertido com a borracha de vedação anular 26 voltada para cima e orientada para baixo.

[0049] Em uma modalidade, uma ou mais das borrachas de vedação anular 26a e 26b mostradas na figura 2 podem ser configuradas usando-se o conjunto de borracha de vedação anular 100 e/ou o conjunto de borracha de vedação anular 200, de modo que qualquer uma ou ambas as borrachas de vedação anular 26a e 26b sejam orientadas axialmente para longe de cada outra. Nesta configuração, as válvulas de alívio 60a e 60b e/ou os acumuladores 70a e 70b podem ser omitidos, de modo que a câmara 44 seja sem quaisquer janelas. Em operação, quando a junta de ferramenta 42 entra na câmara 44, o fluido na câmara 44 é aprisionado, e, portanto, a pressão na câmara 44 sobe. Esta pressão atua em ambas as borrachas de vedação anular 26a e 26b e, portanto, pode levar a um "arroto" ou vazamento da pressão diante do elemento tubular 35 ou da coluna de perfuração 40, conforme descrito acima. Então, quando a junta de ferramenta 42 sai da câmara 44, o volume disponível para o fluido na câmara 44 aumenta, desse modo se criando uma diminuição momentânea na pressão na câmara 44. A pressão existente acima da borracha de vedação anular 26a e/ou abaixo da borracha de vedação anular 26b agora atua contra os membros de orientação 104/204. A magnitude da força de orientação provida pelos membros de orientação 104/204 pode ser selecionada de modo que, quando a pressão na câmara 44 atingir um valor selecionado, de modo que as borrachas de vedação anular 26a e 26b momentaneamente se tornem mais próximas. Isto resulta em uma diminuição momentânea no tamanho da câmara 44, o que alivia a queda na pressão na câmara 44. Com a entrada de uma segunda junta de ferramenta 42 para a câmara 44, o volume disponível para o fluido aprisionado na câmara 44 de novo diminui, desse modo resultando em uma subida momentânea na pressão na câmara 44. Esta subida de pressão pode ser acomodada pelo fenômeno de "arroto" descrito acima e/ou um movimento axial de uma ou ambas as borrachas de vedação anular 2 6a, 2 6b, de modo que as borrachas de vedação anular 26a, 26b se tornem axialmente mais separadas, o que é promovido pelos membros de orientação 104/204. De novo, a saída da segunda junta de ferramenta 42 pode ser acomodada pelo movimento axial de uma ou ambas as borrachas de vedação anular 2 6a, 2 6b, de modo que eles se tornem axialmente mais próximos. Desta forma, as flutuações de pressão na câmara 44 podem ser acomodadas sem a necessidade de ventilação do fluido para fora da ou para a câmara 44.

[0050] Em uma modalidade, uma ou mais das borrachas de vedação anular 26a e 26b mostradas na figura 3 podem ser configuradas usando-se o conjunto de borracha de vedação anular 100 e/ou o conjunto de borracha de vedação anular 200, de modo que qualquer uma ou ambas as borrachas de vedação anular 26a e 26b sejam orientadas axialmente em direção a cada outra. Nesta configuração, as válvulas de alívio 60a e 60b e/ou os acumuladores 70a e 70b podem ser omitidos, de modo que a câmara 44 seja sem quaisquer janelas. Em operação, quando a junta de ferramenta 42 entra na câmara 44, o fluido na câmara 44 é aprisionado, e, portanto, a pressão na câmara 44 sobe. Esta pressão atua sobre ambas as borrachas de vedação anular 2 6a e 2 6b e, portanto, também atua contra os membros de orientação 104/204. A magnitude da força de orientação provida pelos membros de orientação 104/204 pode ser selecionada de modo que, quando a pressão na câmara 44 atingir um valor selecionado, uma ou ambas as borrachas de vedação anular 26a e 26b momentaneamente se tornem mais afastadas. Isto resulta em um aumento momentâneo no tamanho da câmara 44, o que alivia a subida na pressão na câmara 44. Então, quando a junta de ferramenta 42 sai da câmara 44, o volume disponível para o fluido na câmara 44 aumenta, desse modo criando uma diminuição momentânea na pressão na câmara 44. Neste estágio, a força exercida sobre as borrachas de vedação anular 26a e 26b, a qual causou sua separação axial, agora, diminui, e os membros de orientação 104/204 podem atuar sobre uma ou máquinas ambas as borrachas de vedação anular 26a e 26b, para movê-las de volta para se aproximarem. Desta forma, flutuações de pressão na câmara 44 podem ser acomodadas, sem a necessidade de ventilação de fluido para fora da ou para a câmara 44.

[0051] Será apreciado que, em qualquer modalidade descrita acima, um ou mais dos mecanismos de alívio de pressão descritos aqui podem ser utilizados em combinação com um ou mais dos conjuntos de borracha de vedação anular 100/200, conforme descrito acima.

[0052] Embora as modalidades sejam descritas com referência a várias implementações e explorações, será entendido que estas modalidades são ilustrativas e que o escopo do assunto inventivo não está limitado a elas. Muitas variações, modificações, adições e melhoramentos são possíveis. Por exemplo, as implementações e as técnicas usadas aqui podem ser aplicadas a quaisquer borrachas de vedação anular, selos ou membros obturadores no local do poço, tal como o BOP, e similares.

[0053] Instâncias plurais podem ser providas para componentes, operações ou estruturas descritos aqui como uma instância única. Em geral, as estruturas e a funcionalidade apresentadas como componentes separados nas configurações de exemplo podem ser implementadas como uma estrutura combinada ou componente. De modo similar, as estruturas e a funcionalidade apresentadas como um componente único podem ser implementadas como componentes separados. Estas e outras variações, modificações, adições e melhoramentos podem cair no escopo do assunto inventivo.

Claims

Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), compreendendo:
um membro de selo superior (26a) configurado para vedar em torno de um elemento tubular (40), em que o membro de selo superior (26a) compreende uma borracha de vedação voltada para uma primeira direção axial;
um membro de selo inferior (26b) configurado para vedar em torno do elemento tubular (40), em que o membro de selo inferior (26b) compreende uma borracha de vedação voltada para uma segunda direção axial oposta à primeira direção axial;
caracterizado pelo fato de que:
uma câmara (44) definida por e localizada entre os membros de selo superior e inferior (26a, 26b); e
pelo menos um dispositivo de acomodação de diferencial de pressão em comunicação de fluido com a câmara (44), em que o pelo menos um dispositivo de acomodação de diferencial de pressão compensa por uma primeira mudança na pressão dentro da câmara (44) causada pela entrada de uma junta de ferramenta (42) na câmara (44) através de um dos membros de vedação superior e inferior (26a, 26b) e compensa por uma segunda alteração na pressão dentro da câmara (44) causada pela saída da junta de ferramenta (42) da câmara (44) através do outro dos membros de vedação superior e inferior (26a, 26b).
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira válvula de alívio (60) está em comunicação de fluido com uma região acima do membro de selo superior (26a).
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que fluido é roteado através da válvula de alívio (60) entre a região e a câmara (44), de modo a compensar por primeira e segunda mudanças na pressão na câmara (44).
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o fluido flui para a câmara (44).
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o fluido flui para fora da câmara (44).
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de acomodação de diferencial de pressão compreende uma válvula de alívio (60) em comunicação de fluido com uma região abaixo do membro de selo inferior (26b).
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que fluido é roteado através da válvula de alívio (60) entre a região e a câmara (44), de modo a compensar por uma primeira e segunda mudanças na pressão na câmara (44) .
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o fluido flui para a câmara (44).
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o fluido flui para fora da câmara (44).
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de acomodação de diferencial de pressão compreende uma válvula de alívio (60).
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de acomodação de diferencial de pressão compreende um acumulador (70).
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de acomodação de diferencial de pressão compreende uma válvula controle de pressão.
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sensor (23) o qual detecta a pressão na câmara.
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22) , de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um controlador (30) em comunicação com a válvula de controle de pressão e o sensor (23) .
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dispositivo de acomodação de diferencial de pressão compreende um orifício (80).
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), compreendendo:
um membro de selo superior (26a) configurado para vedar em torno de um elemento tubular (40), em que o membro de selo superior (26a) compreende uma borracha de vedação voltada para uma primeira direção axial;
um membro de selo inferior (26b) configurado para vedar em torno do elemento tubular (40), em que o membro de selo inferior (26b) compreende uma borracha de vedação voltada para uma segunda direção axial oposta à primeira direção axial;
caracterizado pelo fato de que:
uma câmara (44) definida por e localizada entre os membros de selo superior e inferior (26a, 26b); e
um primeiro acumulador em comunicação de fluido com a câmara (44).
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o primeiro acumulador (70a) tem um primeiro compartimento em comunicação de fluido com a câmara (44);
um segundo compartimento em comunicação de fluido com uma região acima do membro de selo superior (26a); e
uma primeira barreira móvel (72) entre os primeiro e segundo compartimentos.
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a primeira barreira móvel (72) é orientada para tender a diminuir o tamanho do primeiro compartimento.
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de compreender ainda um segundo acumulador (70b) tendo um terceiro compartimento em comunicação de fluido com a câmara (44);
um quarto compartimento em comunicação de fluido com uma região abaixo do membro de selo inferior (26b); e
uma segunda barreira móvel (72) entre o terceiro e quarto compartimentos.
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a segunda barreira móvel (72) é orientada para tender a diminuir o tamanho do terceiro compartimento.
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o primeiro acumulador (70a) tem um primeiro compartimento em comunicação de fluido com a câmara (44);
um segundo compartimento em comunicação de fluido com uma fonte de pressão externa; e
uma primeira barreira móvel (72) entre o primeiro e segundo compartimentos.
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a fonte de pressão externa é um ambiente pressurizado.
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o aparelho de controle de pressão de campo de óleo está localizado submarino; e
a fonte de pressão externa compreende a pressão exercida pela água do mar.
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a fonte de pressão externa compreende gás pressurizado.
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o gás pressurizado é nitrogênio.
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o primeiro acumulador (7 0a) tem um primeiro compartimento em comunicação de fluido com a câmara (44);
um segundo compartimento em comunicação de fluido com uma região abaixo do membro de selo inferior (26b); e
uma primeira barreira móvel (72) entre o primeiro e segundo compartimentos.
Aparelho de controle de pressão de campo de óleo (22), de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a primeira barreira móvel (72) é orientada para tender a diminuir o tamanho do primeiro compartimento.