BR112015012052B1

BR112015012052B1 - Válvula de segurança de subsuperfície e conjunto de pistão configurados para serem dispostos num furo de poço

Info

Publication number: BR112015012052B1
Application number: BR112015012052-0A
Authority: BR
Inventors: James Dan Vick Jr.
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2021-11-16
Also published as: WO2014126568A1; EP2956617A4; EP2956617B1; US20150369005A1; DK2956617T3; US10030475B2; BR112015012052A2; EP2956617A1

Abstract

válvula de segurança de pistão empilhado com diferentes diâmetros de pistão certos aspectos são dirigidos a uma válvula de segurança de subsuperfície. a válvula de segurança de subsuperfície inclui um mecanismo de fechamento e um conjunto de pistão para atuar o mecanismo de fechamento. o conjunto de pistão inclui um primeiro pistão disposto numa primeira câmara, um segundo pistão disposto numa segunda câmara adjacente à primeira câmara e primeira e segunda linhas de controle. a segunda câmara tem um segundo diâmetro que é menor do que um primeiro diâmetro da primeira câmara. a primeira linha de controle comunica seletivamente pressão para o primeiro pistão numa direção furo abaixo. o primeiro pistão aplica força ao segundo pistão em resposta à pressão sendo comunicada ao primeiro pistão. a força pode fazer o mecanismo de fechamento ser atuado. a segunda linha de controle comunica uma segunda pressão para o primeiro pistão numa direção furo acima que reduz uma quantidade de força para deslocar o segundo pistão numa direção furo acima.

Description

Campo Técnico da Invenção

[1] A presente invenção se refere genericamente a dispositivos para uso em um furo de poço numa formação subterrânea e, mais particularmente (embora não necessariamente de forma exclusiva), a uma válvula de segurança de pistão empilhado com diâmetros de pistão diferentes para implantação num sistema de poço.

Fundamentos

[2] Um poço de petróleo ou gás para extrair fluidos tais como hidrocarbonetos de óleo de petróleo de uma formação subterrânea pode incluir uma ou mais válvulas de segurança de subsuperfície para restringir fluxo de fluido do poço. Válvulas de segurança de subsuperfície são usadas para fechar um poço. Por exemplo, um poço pode ser fechado no caso de uma condição não controlada, para assegurar a segurança do pessoal de superfície e evitar danos à propriedade e poluição.

[3] Um mecanismo de retenção carregado por mola para fechar uma válvula de segurança de subsuperfície pode exercer força suficiente para superar as forças para o fundo do poço exercidas por fluidos no furo de poço a profundidades de milhares de pés abaixo do nível do mar. O aumento da profundidade de implantação para a válvula de segurança de subsuperfície pode exigir o uso de molas que exercem forças correspondentemente maiores. Sistemas de controle hidráulico para atuar a válvula de segurança de subsuperfície requerem uma pressão de linha de controle suficiente para superar a força exercida pelo mecanismo de retenção carregado por mola. Assim, o aumento da profundidade na qual a válvula de segurança de subsuperfície é implantada aumenta a quantidade de pressão necessária para abrir o mecanismo de fechamento.

[4] Aparelhos e sistemas são desejáveis que possam reduzir os requisitos de pressão na linha de controle para um válvula de segurança de subsuperfície e aumentar a profundidade na qual a válvula de segurança de subsuperfície pode ser implantada.

Sumário

[5] Determinados aspectos e características da presente invenção são dirigidos a uma válvula de segurança de pistão empilhado com diâmetros de pistão diferentes que pode ser disposta num furo de poço através de uma formação de produção de fluido.

[6] Em um aspecto, um conjunto de pistão é fornecido que pode ser disposto num furo do poço através de uma formação de produção de fluido. O conjunto de pistão inclui um primeiro pistão disposto numa primeira câmara, um segundo pistão disposto numa segunda câmara adjacente à primeira câmara, uma primeira linha de controle e uma segunda linha de controle. A primeira câmara tem um primeiro diâmetro e a segunda câmara tem um segundo diâmetro que é menor do que o primeiro diâmetro. A primeira linha de controle pode comunicar seletivamente uma primeira pressão para o primeiro pistão numa direção furo abaixo. O primeiro pistão é configurado para aplicar uma força ao segundo pistão em resposta à primeira pressão sendo comunicada ao primeiro pistão. A segunda linha de controle pode comunicar uma segunda pressão para o primeiro pistão numa direção furo acima. A segunda pressão pode reduzir uma quantidade de força para deslocar o segundo pistão numa direção furo acima.

[7] Em outro aspecto, uma válvula de segurança de subsuperfície é fornecida que pode ser disposta num furo do poço através de uma formação de produção de fluido. A válvula de segurança de subsuperfície inclui um mecanismo de fechamento e um conjunto de pistão. O mecanismo de fechamento pode ser posicionado numa passagem definida por uma coluna de tubulação. O mecanismo de fechamento impede seletivamente um fluxo de fluido para uma porção da passagem que está mais perto de uma superfície do furo de poço do que o mecanismo de fechamento. O conjunto de pistão inclui um primeiro pistão disposto numa primeira câmara, um segundo pistão disposto numa segunda câmara adjacente à primeira câmara, uma primeira linha de controle e uma segunda linha de controle. A primeira câmara tem um primeiro diâmetro e a segunda câmara tem um segundo diâmetro que é menor do que o primeiro diâmetro. A primeira linha de controle pode comunicar seletivamente uma primeira pressão para o primeiro pistão numa direção furo abaixo. O primeiro pistão é configurado para aplicar uma força ao segundo pistão em resposta à primeira pressão sendo comunicada ao primeiro pistão. A força é adaptada para fazer o mecanismo de fechamento ser atuado. A segunda linha de controle pode comunicar uma segunda pressão para o primeiro pistão numa direção furo acima. A segunda pressão pode reduzir uma quantidade de força para deslocar o segundo pistão numa direção furo acima.

[8] Estes aspectos e características ilustrativas são mencionados não para limitar ou definir a invenção, mas para oferecer exemplos para auxiliar a compreensão dos conceitos inventivos divulgados neste pedido. Outros aspectos, vantagens e características da presente invenção se tornarão aparentes após revisão de todo o pedido.

Breve Descrição dos Desenhos

[9] A Fig. 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de poço tendo uma válvula de segurança de pistão empilhado de acordo com um aspecto da presente invenção.

[10] A Fig. 2 é uma vista lateral em seção transversal de uma válvula de segurança de pistão empilhado com múltiplos pistões tendo diâmetros diferentes de acordo com um aspecto da presente invenção.

[11] A Fig. 3 é uma vista lateral em seção transversal da abertura da válvula de segurança de pistão empilhado com múltiplos pistões tendo diâmetros diferentes de acordo com um aspecto da presente invenção.

[12] A Fig. 4 é uma vista lateral em seção transversal do fechamento da válvula de segurança de pistão empilhado com múltiplos pistões de diâmetros diferentes de acordo com um aspecto da presente invenção.

[13] A Fig. 5 é uma vista lateral em seção transversal de um conjunto de pistão com múltiplos pistões de diâmetros diferentes que é posicionado numa câmara tendo uma luva de acordo com um aspecto da presente invenção.

[14] A Fig. 6 é uma vista lateral em seção transversal do conjunto de pistão posicionado na câmara tendo a luva e sendo atuado numa direção furo abaixo de acordo com um aspecto da presente invenção.

[15] A Fig. 7 é uma vista lateral em seção transversal do conjunto de pistão posicionado na câmara tendo a luva e sendo atuado numa direção furo acima de acordo com um aspecto da presente invenção.

[16] A Fig. 8 é uma vista lateral em seção transversal de um conjunto de pistão com múltiplos pistões de diâmetros diferentes e conectado via um conector de acordo com um aspecto da presente invenção.

[17] A Fig. 9 é uma vista lateral em seção transversal da atuação do conjunto de pistão com múltiplos pistões de diâmetros diferentes e conectado via o conector numa direção furo abaixo de acordo com um aspecto da presente invenção.

[18] A Fig. 10 é uma vista lateral em seção transversal da atuação do conjunto de pistão com múltiplos pistões de diâmetros diferentes e conectado via o conector numa direção furo acima de acordo com um aspecto da presente invenção.

[19] A Fig. 11 é uma vista lateral em seção transversal de um conjunto de pistão com múltiplos pistões integrantes de diâmetros diferentes de acordo com um aspecto da presente invenção.

[20] A Fig. 12 é uma vista lateral em seção transversal da atuação do conjunto de pistão com múltiplos pistões integrantes de diâmetros diferentes numa direção furo abaixo de acordo com um aspecto da presente invenção.

[21] A Fig. 13 é uma vista lateral em seção transversal da atuação do conjunto de pistão com múltiplos pistões integrantes de diâmetros diferentes numa direção furo acima de acordo com um aspecto da presente invenção.

[22] A Fig. 14 é uma tabela incluindo exemplos de pressões de operação e profundidades de implantação para uma válvula de segurança de subsuperfície tendo diferentes tamanhos de pistão de acordo com um aspecto da presente invenção.

[23] A Fig. 15 é uma vista lateral em seção transversal de uma válvula de segurança de pistão empilhado com dois pistões tendo um mesmo diâmetro e um terceiro pistão tendo um diâmetro diferente de acordo com um aspecto da presente invenção.

[24] A Fig. 16 é uma vista lateral em seção transversal da abertura da válvula de segurança de pistão empilhado com dois pistões tendo um mesmo diâmetro e um terceiro pistão tendo um diâmetro diferente de acordo com um aspecto da presente invenção.

[25] A Fig. 17 é uma vista lateral em seção transversal do fechamento da válvula de segurança de pistão empilhado com dois pistões tendo um mesmo diâmetro e um terceiro pistão tendo um diâmetro diferente de acordo com um aspecto da presente invenção.

[26] A Fig. 18 é uma vista lateral em seção transversal de uma válvula de segurança de pistão empilhado com três pistões cada um tendo diâmetros diferentes de acordo com um aspecto da presente invenção.

[27] A Fig. 19 é uma vista lateral em seção transversal da abertura da válvula de segurança de pistão empilhado com três pistões cada um tendo diâmetros diferentes de acordo com um aspecto da presente invenção.

[28] A Fig. 20 é uma vista lateral em seção transversal do fechamento da válvula de segurança de pistão empilhado com três pistões cada um tendo diâmetros diferentes de acordo com um aspecto da presente invenção.

Descrição Detalhada

[29] Certos aspectos e exemplos da presente invenção são dirigidos a uma válvula de segurança de pistão empilhado com diâmetros de pistão diferentes que pode ser disposta num furo de poço através de uma formação de produção de fluido.

[30] De acordo com outro aspecto, uma válvula de segurança de subsuperfície é fornecida que pode ser disposta num furo de poço através de uma formação de produção de fluido. A válvula de segurança de subsuperfície inclui um mecanismo de fechamento e um conjunto de pistão que é configurado para atuar o mecanismo de fechamento. O mecanismo de fechamento pode incluir qualquer dispositivo que possa impedir ou de outro modo restringir seletivamente fluxo de fluido em um sistema de poço. Um exemplo não limitante de um mecanismo de fechamento é uma válvula de chapeleta. O conjunto de pistão inclui um primeiro pistão disposto numa primeira câmara, um segundo pistão disposto numa segunda câmara, uma primeira linha de controle e uma segunda linha de controle. A primeira câmara tem um primeiro diâmetro e a segunda câmara tem um segundo diâmetro que é menor do que o primeiro diâmetro. A primeira linha de controle pode comunicar seletivamente uma primeira pressão para o primeiro pistão numa direção furo abaixo, desse modo fazendo o primeiro pistão aplicar uma força ao segundo pistão. A força aplicada ao segundo pistão pode fazer o mecanismo de fechamento ser atuado. Por exemplo, o segundo pistão pode aplicar uma força adicional a um tubo de fluxo que é adaptado para abrir o mecanismo de fechamento. A segunda linha de controle pode comunicar uma segunda pressão para o primeiro pistão numa direção furo acima. A segunda pressão comunicada ao primeiro pistão numa direção furo acima pode reduzir a quantidade de força usada para fechar o mecanismo de fechamento. Por exemplo, a comunicação da segunda pressão para o primeiro pistão pode reduzir ou eliminar um diferencial de pressão através do primeiro pistão. A redução ou eliminação do diferencial de pressão através do primeiro pistão pode permitir que o conjunto de pistão seja deslocado numa direção furo acima por uma força suficiente para deslocar o pistão menor sozinho.

[31] Uma válvula de segurança de pistão empilhado com diâmetros de pistão diferentes pode permitir a utilização de válvulas de segurança tendo molas mais fracas em tubos de fluxo carregados por mola. O uso de pistões diferentemente dimensionados também pode fornecer múltiplas barreiras para evitar migração de gás para a linha de controle. Em alguns aspectos, a válvula de segurança de pistão empilhado com diferentes diâmetros de pistão pode ser operada como uma válvula de segurança de operador redundante com diferentes parâmetros para diferentes sistemas.

[32] A diferença no tamanho de pistão pode permitir que uma válvula de segurança seja implantada em profundidades maiores que as válvulas de segurança convencionais. Por exemplo, a profundidade de implantação pode ser aumentada de 9300 pés para uma válvula de segurança convencional para 16.200 pés para uma válvula de segurança de pistão empilhado com diâmetros de pistão diferentes. A diferença no tamanho de pistão também pode abaixar a pressão da linha de controle usada para uma válvula de segurança ajustada em profundidade. Por exemplo, a pressão da linha de controle pode ser reduzida de 15.000 libras por polegada quadrada ("psi") para uma válvula de segurança convencional para 9.000 psi para uma válvula de segurança de pistão empilhado com diâmetros de pistão diferentes. A diferença no tamanho de pistão também pode reduzir a pressão da linha de controle usada para uma válvula de segurança ajustada rasa. Por exemplo, a pressão da linha de controle pode ser reduzida de 12.500 psi para uma válvula de segurança convencional para 8.500 psi para uma válvula de segurança de pistão empilhado com diâmetros de pistão diferentes.

[33] A válvula de segurança de pistão empilhado com diferentes diâmetros de pistão pode ser usada em sistemas de poços com válvulas de segurança convencionais. Por exemplo, o uso de uma válvula de segurança convencional em um poço raso e uma válvula de segurança de pistão empilhado com diferentes diâmetros de pistão em um poço em profundidade pode reduzir os requisitos de pressão da linha de controle para todo o sistema de poço para menos que 12.500 psi. Como aqui utilizado, o termo "válvula de segurança convencional" pode incluir válvulas de segurança atuadas por um único pistão e/ou válvulas de segurança atuadas por múltiplos pistões tendo o mesmo diâmetro.

[34] Estes exemplos ilustrativos são dados para apresentar ao leitor o assunto geral discutido aqui e não se destinam a limitar o escopo dos conceitos divulgados. As seções seguintes descrevem vários aspectos e exemplos adicionais com referência aos desenhos nos quais numerais similares indicam elementos semelhantes e descrições direcionais são utilizadas para descrever os exemplos ilustrativos. As seções a seguir usam descrições direcionais tais como "acima", "abaixo", "superior", "inferior", "para cima", "para baixo", boca do poço, fundo do poço e semelhantes são empregados em relação às modalidades ilustrativas conforme representadas nas figuras, a direção "para cima" significando rumo ao topo da figura correspondente e a direção "para baixo" significando rumo ao fundo da figura correspondente, a direção "à boca do poço" significando rumo à superfície do poço e a direção "ao fundo do poço" significando rumo ao trecho final do poço. Como os exemplos ilustrativos, os numerais e as descrições direcionais incluídas nas seções seguintes não devem ser utilizados para limitar a presente invenção.

[35] A Fig. 1 representa esquematicamente um sistema de poço 100 com uma válvula de segurança de subsuperfície que pode ser utilizada com uma válvula de inserção semiautônoma. O sistema de poço 100 inclui um furo de poço 102 que se estende através de vários estratos da terra. O furo de poço 102 tem uma seção substancialmente vertical 104. A seção substancialmente vertical 104 pode incluir uma coluna de revestimento 108 cimentada numa porção superior da seção substancialmente vertical 104. A seção substancialmente vertical 104 se estende através de uma formação subterrânea carregando hidrocarboneto 110.

[36] Uma coluna de tubulação 112 se estende da superfície dentro do furo de poço 102. A coluna de tubulação 112 pode definir uma passagem proporcionando um conduto para produção de fluidos de formação para a superfície.

[37] A válvula de segurança de subsuperfície 114 está posicionada dentro de uma passagem definida pela coluna de tubulação 112. A válvula de segurança de subsuperfície 114 é representada como bloco funcional na Fig. 1. A pressão da formação subterrânea 110 pode fazer com que fluidos fluam da formação subterrânea 110 para a superfície. A válvula de segurança de subsuperfície 114 pode incluir equipamentos capazes de restringir ou impedir a produção de fluidos da formação.

[38] Embora a FIG. 1 represente a válvula de segurança de subsuperfície 114 posicionada na seção substancialmente horizontal 106, uma válvula de segurança de subsuperfície 114 pode ser localizada, adicionalmente ou alternativamente, na seção substancialmente vertical 104. Em alguns aspectos, as válvulas de segurança de subsuperfície podem ser dispostas em furos de poços tendo tanto uma seção substancialmente vertical quanto uma seção substancialmente horizontal. As válvulas de segurança de subsuperfície 114 podem ser dispostas em ambientes de furo aberto, tal como está representado na Fig. 1, ou em poços revestidos.

[39] As Figs. 2 a 4 representam vistas laterais em seção transversal de uma válvula de segurança de subsuperfície de pistão empilhado 114 com pistões 204a, 204b que têm diâmetros diferentes entre si.

[40] A válvula de segurança de subsuperfície 114 pode incluir um mecanismo de fechamento 212 e um conjunto de pistão 202 para atuar o mecanismo de fechamento 212. O conjunto de pistão 202 inclui pistões 204a, 204b, hastes 206a, 206b e linhas de controle 214a, 214b.

[41] O mecanismo de fechamento 212 pode ser qualquer mecanismo apropriado para prevenir ou de outro modo restringir o fluxo de fluido em direção à superfície do furo de poço 102. A seleção de uma posição aberta ou fechada do mecanismo de fechamento 212 pode impedir ou de outro modo restringir o fluxo de fluidos da formação subterrânea 110 em direção à superfície do sistema de poço 100. Um exemplo não limitante de um mecanismo de fechamento 212 é uma válvula de chapeleta, como representada nas Figs. 2-4. Uma válvula de chapeleta pode incluir uma chapa carregada por mola que está articuladamente montada para girar entre uma posição aberta e uma fechada. Outros exemplos não limitativos de mecanismos de fechamento incluem (mas não estão limitados a) uma válvula de esfera ou uma válvula de haste e prato. Uma válvula de esfera pode incluir um disco esférico tendo um orifício através do meio, de tal modo que fluidos possam fluir através da válvula de esfera quando o orifício estiver alinhado com ambas as extremidades da válvula de esfera. A válvula de esfera pode ser fechada para bloquear o fluxo de fluidos orientando o disco esférico de modo que o orifício seja perpendicular às extremidades da válvula de esfera. Uma válvula de haste e prato pode incluir um furo e uma porção de tampão cônica, tal como uma forma de disco na extremidade de um eixo. O eixo orienta a porção de tampão deslizando através de uma guia de válvula. Um diferencial de pressão pode vedar a válvula de haste e prato.

[42] O mecanismo de fechamento 212 pode ser atuado aplicando força a um tubo de fluxo 210 utilizando o conjunto de pistão 202. O pistão 204a pode ser posicionado adjacente à haste 206a. O pistão 204a e a haste 206a podem ser dispostos numa câmara 208a. O pistão 204b pode ser posicionado adjacente à haste 206b. O pistão 204b e a haste 206b podem ser dispostos numa câmara 208b. Um diâmetro do pistão 204b pode ser menor que um diâmetro do pistão 204a. O diâmetro da câmara 208b pode ser menor que o diâmetro da câmara 208a.

[43] O conjunto de pistão 202 pode ser deslocado numa direção furo acima ou numa direção furo abaixo para atuar o mecanismo de fechamento 212. Os pistões 204a, 204b e as hastes 206a, 206b podem ser deslocados numa direção furo abaixo para abrir a válvula de segurança de subsuperfície 114. A direção furo abaixo pode ser uma direção da superfície do sistema de poço 100 em direção à extremidade oposta do sistema de poço 100 e/ou da formação 110. Como representado nas Figuras 2 a 4, uma direção furo abaixo pode corresponder a uma direção para o lado direito da válvula de segurança de subsuperfície 114. Os pistões 204a, 204b e as hastes 206a, 206b podem ser deslocados numa direção furo acima para fechar a válvula de segurança de subsuperfície 114. A direção furo acima pode ser uma direção da formação 110 em direção à extremidade oposta do sistema de poço 100 e/ou da superfície do sistema de poço 100. Como representado nas Figuras 2 a 4, uma direção furo acima pode corresponder a uma direção para o lado esquerdo da válvula de segurança de subsuperfície 114.

[44] Os pistões 204a, 204b e as hastes 206a, 206b podem ser deslocados simultaneamente durante a atuação da válvula de segurança de subsuperfície 114. O diâmetro do pistão 204b sendo menor que o diâmetro do pistão 204a pode reduzir a quantidade de força para deslocar o conjunto de pistão 202 numa direção furo acima.

[45] Uma linha de controle 214a pode comunicar pressão para o pistão 204a para a câmara 208a numa direção furo abaixo via uma entrada 215a. Um exemplo não limitativo de uma fonte da pressão comunicada pela linha de controle 214a é um sistema de controle hidráulico. O sistema de controle pode estar localizado em qualquer posição adequada no sistema de poço 100, tal como (mas não limitado a) uma sonda na superfície do furo de poço 102. A pressão comunicada via a linha de controle 214a pode aplicar uma força ao conjunto de pistão 202 numa direção furo abaixo. A força aplicada ao conjunto de pistão 202 pode deslocar o conjunto de pistão 202 numa direção furo abaixo, como representado pela seta para a direita na Fig. 3. O deslocamento do conjunto de pistão 202 pode fazer com que o pistão 204b aplique força ao tubo de fluxo 210. A força aplicada ao tubo de fluxo 210 pode fazer com que o tubo de fluxo 210 aplique força ao mecanismo de fechamento 212, desse modo abrindo a válvula de segurança de subsuperfície 114.

[46] O mecanismo de fechamento 212 pode ser ajustado para uma posição fechada deixando de comunicar pressão via linha de controle 214a. Como representado nas Figs. 3 a 4, o tubo de fluxo 210 pode incluir um mecanismo de retenção carregado por mola 302 para retrair o tubo de fluxo 210 na ausência de pressão sendo comunicada a partir da linha de controle 214a. O mecanismo de retenção carregado por mola 302 pode ser configurado para exercer uma força numa direção furo acima. A força exercida na direção furo acima pode se opor a uma força aplicada ao conjunto de pistão 202 numa direção furo abaixo. Um exemplo não limitativo de um mecanismo de retenção carregado por mola 302 pode incluir uma mola de expansão acoplada ao tubo de fluxo 210.

[47] Para fechar a válvula de segurança de subsuperfície 114, a força exercida pelo mecanismo de retenção carregado por mola 302 na direção furo acima pode superar uma força exercida pelo pistão 204b. A força exercida pelo mecanismo de retenção carregado por mola 302 pode fazer com que o tubo de fluxo 210 desloque numa direção furo acima superando a força exercida pelo pistão 204b, como representado pela seta para a esquerda na Fig. 4. O tubo de fluxo 210 deslocando numa direção furo acima pode causar uma cessação de força sendo aplicada ao mecanismo de fechamento 212, desse modo permitindo que a válvula de segurança de subsuperfície 114 feche.

[48] Uma linha de controle 214b pode ser usada para diminuir a quantidade de força usada pelo mecanismo de retenção carregado por mola para deslocar o tubo de fluxo 210 numa direção furo acima. A linha de controle 214b pode comunicar pressão de qualquer fonte de pressão adequada para o pistão 204a numa direção furo acima via a entrada 215b para a câmara 208a. Em alguns aspectos, a linha de controle 214b pode comunicar pressão de um anular entre a válvula de segurança de subsuperfície 114 e a coluna de tubulação 112. Em outros aspectos, a linha de controle 214b pode comunicar pressão de outra fonte de pressão no sistema de poço 100, tal como o fundo do oceano. Em outros aspectos, a linha de controle 214b pode comunicar pressão de um sistema de controle hidráulico no sistema de poço 100 diferente do sistema de controle hidráulico que fornece uma fonte de pressão para a linha de controle 214a.

[49] A ausência de pressão comunicada da linha de controle 214a numa direção furo abaixo e a comunicação de pressão pela linha de controle 214b podem fazer com que pressão igual ou substancialmente igual seja comunicada para o pistão 204a numa direção furo acima e numa direção furo abaixo. O balanceamento de pressão através do pistão 204a pode minimizar ou eliminar um diferencial de pressão através do pistão 204a. A minimização ou eliminação do diferencial de pressão através do pistão 204a pode reduzir a quantidade de força requerida pelo mecanismo de retenção carregado por mola 302 para deslocar o tubo de fluxo 210 numa direção furo acima. Por exemplo, a força requerida para deslocar o tubo de fluxo 210 numa direção furo acima pode ser igual a uma quantidade de força requerida para mover o pistão 204b e superar o diferencial de pressão através do pistão 204a. O diâmetro menor do pistão 204b com respeito ao pistão 204a pode reduzir a quantidade de força requerida para mover o pistão 204b numa direção furo acima.

[50] Embora as Figs. 2 a 4 ilustrem uma câmara 208b que é formada com um diâmetro menor que a câmara 208a, outras implementações são possíveis. Por exemplo, as Figs. 5 a 7 representam uma luva 404 que pode ser posicionada dentro de uma câmara 402 para acomodar o menor diâmetro do pistão 204b. A luva 404 pode ser formada de qualquer material rígido adequado, tal como metal. Como descrito acima com respeito às Figs. 2 a 4, pressão pode ser comunicada via a linha de controle 214a para deslocar os pistões 204a, 204b e hastes 206a, 206b numa direção furo abaixo. O movimento furo abaixo dos pistões 204a, 204b e das hastes 206a, 206b é representado pela seta para a direita na Fig. 6. Pressão pode posteriormente cessar de ser comunicada via a linha de controle 214a. Como descrito acima com respeito às Figs. 2 a 4, um mecanismo de retenção carregado por mola pode deslocar os pistões 204a, 204b e as hastes 206a, 206b numa direção furo acima. O movimento furo acima dos pistões 204a, 204b e das hastes 206a, 206b é representado pela seta para a esquerda na Fig. 7.

[51] Embora as Figs. 2 a 7 representem os pistões 204a, 204b e as hastes 206a, 206b sendo deslocados como uma unidade sem serem acoplados uns aos outros, são possíveis outras implementações.

[52] Em aspectos adicionais ou alternativos, um ou mais dos pistões 204a, 204b e das barras 206a, 206b podem ser acoplados entre si, como representado no conjunto de pistão 202 'das Figs. 8 a 10. A Fig. 8 representa um conjunto de pistão 202' que inclui os pistões 204a, 204b, as hastes 206a, 206b, as linhas de controle 214a, 214b e um conector 502. O pistão 204a pode ser fixado à haste 206a por qualquer mecanismo adequado, tal como soldagem. O pistão 204b pode ser acoplado à haste 206a via o conector 502. O pistão 204b pode ser fixado à haste 206b por qualquer mecanismo adequado, tal como soldagem.

[53] Como descrito acima com respeito às Figs. 2 a 4, pressão pode ser comunicada via a linha de controle 214a para deslocar os pistões 204a, 204b e hastes 206a, 206b numa direção furo abaixo. O movimento furo abaixo dos pistões 204a, 204b e das hastes 206a, 206b é representado pela seta para a direita na Fig. 9. Pressão pode posteriormente cessar de ser comunicada via a linha de controle 214a. Como descrito acima com respeito às Figs. 2 a 4, um mecanismo de retenção carregado por mola pode deslocar os pistões 204a, 204b e as hastes 206a, 206b numa direção furo acima. O movimento furo acima dos pistões 204a, 204b e das hastes 206a, 206b é representado pela seta para a esquerda na Fig. 10.

[54] Em aspectos adicionais ou alternativos, um ou mais dos pistões 204a, 204b e das barras 206a, 206b podem ser integrais entre si, como representado no conjunto de pistão 202’’ das Figs. 11 a 13. A Fig. 11 representa um conjunto de pistão 202’’ que inclui os pistões 204a', 204b', as hastes 206a', 206b' e as linhas de controle 214a, 214b. Os pistões 204a’, 204b’ e as hastes 206a’, 206b’ podem ser formados de modo que cada um dos pistões 204a’, 204b’ e das hastes 206a’, 206b’ sejam integrantes entre si. Como descrito acima com respeito às Figs. 2 a 4, pressão pode ser comunicada via a linha de controle 214a para deslocar os pistões 204a', 204b' e hastes 206a', 206b' numa direção furo abaixo. O movimento furo abaixo dos pistões 204a', 204b' e das hastes 206a', 206b' é representado pela seta para a direita na Fig. 12. Pressão pode posteriormente cessar de ser comunicada via a linha de controle 214a. Como descrito acima com respeito às Figs. 2 a 4, um mecanismo de retenção carregado por mola pode deslocar os pistões 204a', 204b' e hastes 206a', 206b' numa direção furo acima. O movimento furo acima dos pistões 204a', 204b' e das hastes 206a', 206b' é representado pela seta para a esquerda na Fig. 13.

[55] Exemplos não limitativos de pressões de operação para uma válvula de segurança de subsuperfície 114 tendo diferentes tamanhos de pistão são fornecidos na tabela representada na Fig. 14. Num exemplo não limitativo, a válvula de segurança de subsuperfície 114 pode ser implementada a uma profundidade de 9.300 pés e pode ter um tubo de fluxo 210 utilizando uma mola padrão. Num outro exemplo não limitativo, a válvula de segurança de subsuperfície 114 pode ser implementada a uma profundidade de 9.300 pés e pode ter um tubo de fluxo 210 utilizando uma mola leve. Uma mola leve pode ser configurada para exercer uma força menor que uma mola padrão. Num outro exemplo não limitativo, a válvula de segurança de subsuperfície 114 pode ser implementada a uma profundidade de 16.200 pés e pode ter um tubo de fluxo 210 utilizando uma mola padrão.

[56] Um exemplo não limitativo de uma válvula de segurança convencional pode incluir uma válvula de segurança com um único pistão tendo um diâmetro de 0,5815 polegada. A válvula de segurança convencional pode ser implantada a uma profundidade de 9.300 pés. A uma profundidade de 9.300 pés, a válvula de segurança convencional pode ter uma pressão de abertura de 13.800 psi para ajustar um mecanismo de fechamento da válvula de segurança para uma posição aberta. Um sistema de controle hidráulico pode proporcionar uma pressão de linha de controle de até 15.000 psi para abrir a válvula de segurança convencional. A válvula de segurança convencional pode ter uma pressão de fechamento de 200 psi.

[57] Como representado na Fig. 14, uma válvula de segurança de subsuperfície 114 implementada a uma profundidade de 9.300 pés e tendo um tubo de fluxo 210 utilizando uma mola padrão pode reduzir a pressão da linha de controle em comparação como a válvula de segurança convencional. O pistão 204a da válvula de segurança de subsuperfície de exemplo 114 pode ter um diâmetro de 0,5815 polegada. O pistão 204b da válvula de segurança de subsuperfície de exemplo 114 pode ter um diâmetro de 0,4385 polegada. A pressão de abertura pode ser reduzida para 11.208 psi. A redução na pressão de abertura pode permitir o uso de uma linha de controle 214a configurada para fornecer uma pressão de linha de controle de 12.500 psi

[58] Como representado na Fig. 14, uma válvula de segurança de subsuperfície de exemplo 114 implementada a uma profundidade de 9.300 pés e tendo um tubo de fluxo 210 utilizando uma mola leve pode reduzir a pressão da linha de controle em comparação como a válvula de segurança convencional. O pistão 204a da válvula de segurança de subsuperfície de exemplo 114 pode ter um diâmetro de 0,5815 polegada. O pistão 204b da válvula de segurança de subsuperfície de exemplo 114 pode ter um diâmetro de 0,4385 polegada. A pressão de abertura pode ser reduzida para 7.846 psi devido à força furo acima reduzida exercida pela mola leve em comparação com a mola padrão. A redução na pressão de abertura pode permitir o uso de uma linha de controle 214a configurada para fornecer uma pressão de linha de controle de 9.000 psi

[59] Como representado na Fig. 14, uma válvula de segurança de subsuperfície de exemplo 114 tendo um tubo de fluxo 210 utilizando uma mola padrão pode ser implementada a uma profundidade maior que uma válvula de segurança convencional e pode reduzir a pressão da linha de controle em comparação com a válvula de segurança convencional. O pistão 204a da válvula de segurança de subsuperfície de exemplo 114 pode ter um diâmetro de 0,5815 polegada. O pistão 204b da válvula de segurança de subsuperfície de exemplo 114 pode ter um diâmetro de 0,4385 polegada. Uma redução na pressão de abertura devido ao uso de múltiplos pistões tendo diâmetros diferentes pode permitir que a válvula de segurança de subsuperfície de exemplo 114 seja implementada a uma profundidade de 16.200 pés. A redução na pressão de abertura pode permitir o uso de uma linha de controle 214a configurada para fornecer uma pressão de linha de controle de 11.000 psi

[60] Embora o conjunto de pistão 202 seja descrito acima como um mecanismo de atuação para uma válvula de segurança de subsuperfície, outras implementações são possíveis. Em aspectos adicionais ou alternativos, um conjunto de pistão 202 pode ser disposto em qualquer dispositivo ou sistema para atuar um dispositivo ou um componente de um dispositivo aplicando pressão via os pistões 204a, 204b.

[61] Embora um conjunto de pistão empilhado tenha sido descrito acima como tendo dois pistões, outras implementações são possíveis. Em alguns aspectos, um conjunto de pistão empilhado pode incluir dois pistões de um primeiro tamanho e um terceiro pistão de um tamanho menor, conforme representado nas Figs. 15 a 17. A Fig. 15 representa um conjunto de pistão 602 que inclui os pistões 604a-c, as hastes 606a-c e as linhas de controle 214a-c, respectivamente comunicando pressão via entradas 215a-c. O pistão 604a pode ser posicionado adjacente à haste 606a. O pistão 604a e a haste 606a podem ser dispostos numa câmara 608a. O pistão 604b pode ser posicionado adjacente à haste 606b. O pistão 604b e a haste 606b podem ser dispostos numa câmara 608a. Um diâmetro do pistão 604b pode ser o mesmo que um diâmetro do pistão 604a. A linha de controle 214c pode comunicar pressão de qualquer fonte de pressão adequada para o pistão 604b numa direção furo acima via a entrada 215c para a câmara 208a. O pistão 604c e a haste 606c podem ser dispostos numa câmara 608b adjacente à câmara 608a. Um diâmetro do pistão 604c pode ser menor que um diâmetro dos pistões 604a, 604b. O diâmetro da câmara 608b pode ser menor que o diâmetro da câmara 608a.

[62] Como descrito acima com respeito às Figs. 2 a 4, pressão pode ser comunicada via a linha de controle 214a para deslocar os pistões 604a-c e hastes 606a-c numa direção furo abaixo. O movimento furo abaixo dos pistões 604a-c e das hastes 606a-c é representado pela seta para a direita na Fig. 16. Pressão pode posteriormente cessar de ser comunicada via a linha de controle 214a. Como descrito acima com respeito às Figs. 2 a 4, um mecanismo de retenção carregado por mola pode deslocar os pistões 604a-c e as hastes 606a-c numa direção furo acima. O movimento furo acima dos pistões 604-c e das hastes 606a-c é representado pela seta para a esquerda na Fig. 17.

[63] Em outros aspectos, um conjunto de pistão empilhado pode incluir três pistões de tamanhos diferentes, conforme representado nas Figs. 18 a 20. A Fig. 18 representa um conjunto de pistão 702 que inclui os pistões 704a-c, as hastes 706a-c e as linhas de controle 214a-c, respectivamente comunicando pressão via entradas 215a-c. O pistão 704a pode ser posicionado adjacente à haste 706a. O pistão 704a e a haste 706a podem ser dispostos numa câmara 708a. A linha de controle 214b pode comunicar pressão de qualquer fonte de pressão adequada para o pistão 704a numa direção furo acima via a entrada 215b para a câmara 708a. O pistão 704b pode ser posicionado adjacente à haste 706b. O pistão 704b e a haste 706b podem ser dispostos numa câmara 708b. Um diâmetro do pistão 704b pode ser menor que um diâmetro do pistão 704a. O diâmetro da câmara 708b pode ser menor que o diâmetro da câmara 708a. A linha de controle 214c pode comunicar pressão de qualquer fonte de pressão adequada para o pistão 704b numa direção furo acima via a entrada 215c para a câmara 708b. O pistão 704c e a haste 706c podem ser dispostos numa câmara 708c adjacente à câmara 708a. Um diâmetro do pistão 704c pode ser menor que um diâmetro dos pistões 704a, 704b. O diâmetro da câmara 708c pode ser menor que o diâmetro da câmara 708b.

[64] Como descrito acima com respeito às Figs. 2 a 4, pressão pode ser comunicada via a linha de controle 214a para deslocar os pistões 704a-c e hastes 706a-c numa direção furo abaixo. O movimento furo abaixo dos pistões 704a-c e das hastes 706a-c é representado pela seta para a direita na Fig. 19. Pressão pode posteriormente cessar de ser comunicada via a linha de controle 214a. Como descrito acima com respeito às Figs. 2 a 4, um mecanismo de retenção carregado por mola pode deslocar os pistões 704-c e as hastes 706a-c numa direção furo acima. O movimento furo acima dos pistões 704-c e das hastes 706a-c é representado pela seta para a esquerda na Fig. 20.

[65] A descrição anterior da invenção, incluindo exemplos e aspectos ilustrados, foi apresentada apenas com o propósito de ilustração e descrição e não se destina a ser exaustiva ou a limitar a invenção às formas precisas reveladas. Numerosas modificações, adaptações e utilizações da mesma serão evidentes para aqueles peritos na arte sem se afastar do escopo desta invenção.

Claims

1. Conjunto de pistão (202) configurado para ser disposto num furo do poço (102) através de uma formação de produção de fluido, o conjunto de pistão caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro pistão (204a) disposto numa primeira câmara (208a) tendo um primeiro diâmetro; um segundo pistão (204a) disposto numa segunda câmara (208a) adjacente à primeira câmara (208a) e tendo um segundo diâmetro, em que o segundo diâmetro é menor que o primeiro diâmetro; e uma primeira linha de controle (214a) configurada para comunicar seletivamente uma primeira pressão de um primeiro sistema de controle para o primeiro pistão (204a) numa direção furo abaixo, em que o primeiro pistão (204a) é configurado para aplicar uma força ao segundo pistão (204b) em resposta à primeira pressão sendo comunicada para o primeiro pistão (204a); e uma segunda linha de controle (214b) configurada para comunicar uma segunda pressão a partir de um segundo sistema de controle ou de um anular entre o furo de poço e uma coluna de tubulação para o primeiro pistão (204a) numa direção furo acima, a segunda pressão adaptada para reduzir uma quantidade de força para deslocar o segundo pistão (204b) numa direção furo acima.

2. Conjunto de pistão (202), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo pistão (204b) é configurado para contatar um tubo de fluxo (210) de um mecanismo de fechamento (212) e aplicar uma força ao tubo de fluxo, para atuar o mecanismo de fechamento.

3. Conjunto de pistão (202), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda linha de controle (214b) é configurada para comunicar a segunda pressão de tal modo que um diferencial de pressão através do primeiro pistão seja minimizado em resposta à cessação da primeira pressão sendo comunicada pela primeira linha de controle (214a).

4. Conjunto de pistão (202), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda linha de controle é acoplada à primeira câmara via uma entrada (215b) posicionada mais próxima da superfície do furo de poço do que a segunda câmara (208b).

5. Conjunto de pistão (202), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle está na superfície do furo de poço (102).

6. Conjunto de pistão (202), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda câmara (208b) compreende uma luva rígida (404) disposta na primeira câmara (208a).

7. Válvula de segurança de subsuperfície (114) configurada para ser disposta num furo de poço (102) através de uma formação de produção de fluido, caracterizada pelo fato de que compreende um mecanismo de fechamento (212) configurado para ser posicionado numa passagem definida por uma coluna de tubulação (112), em que o mecanismo de fechamento (212) é configurado para impedir seletivamente um fluxo de fluido para uma porção da passagem que está mais perto de uma superfície do furo de poço (102) que o mecanismo de fechamento (212); e um conjunto de pistão (202) configurado para atuar o mecanismo de fechamento (212), o conjunto de pistão (202) compreendendo: um primeiro pistão (204a) disposto numa primeira câmara (208a) tendo um primeiro diâmetro; um segundo pistão (204a) disposto numa segunda câmara (208b) adjacente à primeira câmara (208a) e tendo um segundo diâmetro, em que o segundo diâmetro é menor que o primeiro diâmetro; e uma primeira linha de controle (214a) configurada para comunicar seletivamente uma primeira pressão a partir de um primeiro sistema de controle para o primeiro pistão (204a) numa direção furo abaixo, em que o primeiro pistão é configurado para aplicar uma força ao segundo pistão (204b) em resposta à primeira pressão sendo comunicada para o primeiro pistão, a força adaptada para fazer o mecanismo de fechamento ser atuado; e uma segunda linha de controle (214b) configurada para comunicar uma segunda pressão a partir de um segundo sistema de controle ou de um anular entre o furo de poço e uma coluna de tubulação para o primeiro pistão (204a) numa direção furo acima, a segunda pressão adaptada para reduzir uma quantidade de força para deslocar o segundo pistão numa direção furo acima.

8. Válvula de segurança de subsuperfície (114), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um tubo de fluxo (210) adjacente ao mecanismo de fechamento, o tubo de fluxo configurado para ser posicionado na passagem definida pela coluna de tubulação; em que o segundo pistão (204b) é configurado para contatar o tubo de fluxo e aplicar uma força ao tubo de fluxo, em que o tubo de fluxo é configurado para abrir o mecanismo de fechamento em resposta à força sendo aplicada ao tubo de fluxo.

9. Válvula de segurança de subsuperfície (114), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a segunda linha de controle (214b) é configurada para comunicar a segunda pressão de tal modo que um diferencial de pressão através do primeiro pistão seja minimizado em resposta à uma cessação da primeira pressão sendo comunicada pela primeira linha de controle (214a); em que o tubo de fluxo compreende um mecanismo de retenção carregado por mola (302), o mecanismo de retenção carregado por mola configurado para exercer uma força numa direção furo acima contra o segundo pistão (204b), em que a força furo acima excede uma força furo abaixo exercida pelo segundo pistão e pelo diferencial de pressão minimizado.

10. Válvula de segurança de subsuperfície (114), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a segunda linha de controle (214b) é acoplada à primeira câmara via uma entrada posicionada mais próxima da superfície do furo de poço do que a segunda câmara.

11. Válvula de segurança de subsuperfície (114), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a primeira fonte de pressão compreende um sistema de controle na superfície do furo de poço (102).

12. Válvula de segurança de subsuperfície (114), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a segunda câmara do conjunto de pistão (202) compreende uma luva rígida (404) disposta na primeira câmara (208a) do conjunto de pistão (202).