BR112015026564B1

BR112015026564B1 - Conjunto de vedação expansível para uso entre um mandril radialmente expandido e um elemento tubular circundante

Info

Publication number: BR112015026564B1
Application number: BR112015026564-2A
Authority: BR
Inventors: Leopoldo S. Gomez; Ganesh K. Nanaware
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2013-04-29
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2021-04-06
Also published as: AU2014260407A1; WO2014179019A1; MY185675A; CA2909529C; AU2014260407B2; US20140319783A1; EP2992252A4; CA2909529A1; EP2992252A1; BR112015026564A2; EP2992252B1; US9568103B2

Abstract

vedação expansível de alta pressão e alta temperatura. a presente invenção refere-se a uma vedação expansível que caracteriza uma estrutura de anel com vedações interna e externa. as vedações são mountadas sobre ranhuras e se estendem para além da dimensão de base externa do anel das superfícies interna e externa. protuberâncias são posicionadas em alinhamento axial com as vedações, porém em oposição em relação a cada vedação para que a vedação exterior tenha uma protuberância axialmente alinhada, mas na parte interna do anel e para que a vedação interna tenha uma protuberância axialmente alinhada e na parte externa da superfície do dito anel. as protuberâncias possuem transições terminais para a dimensão da base para criar um volume para o material de vedação percorrer axialmente quando ele for radialmente expandido a partir de um mandril que se estende para dentro, de modo a prover uma contenção de vedação efetiva. os anéis de vedação podem ser empilhados para que se ajustem às irregularidades dimensionais do elemento tubular circundante ou do mandril e para se apoiarem em caso de ocorrência de uma falha de vedação em qualquer um dos anéis de vedação.

Description

CONJUNTO DE VEDAÇÃO EXPANSÍVEL PARA USO ENTRE UM MANDRIL RADIALMENTE EXPANDIDO E UM ELEMENTO TUBULAR CIRCUNDANTE

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a vedações expansíveis de alta pressão e alta temperatura e mais especificamente, a características de arranjo para aumentar a capacidade de retenção de pressão.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As vedações de alta pressão entre metais têm sido usadas conforme mostrado na USP 6.098.717. Tais vedações são ativadas pela expansão interna e podem ser encaixadas com uma ou mais vedações. Outro exemplo é a USP 5.333.692. Nesta patente, um anel de vedação é expandido com um molde afilado, e a superfície externa do anel possui elementos estendidos, cobertos inicialmente por uma vedação. A expansão radial conduz os dedos do usuário pelo material de vedação para um contato entre metais com o elemento tubular circundante quando o elemento de vedação está contido entre os elementos estendidos. Esses modelos têm sido confiáveis e de uso regular por pelo menos 10 anos ou mais.

[003] Mais recentemente, as pressões diferenciais operacionais se tornaram maiores à medida que os poços passaram a ser abertos em profundidades maiores. Como um resultado, os corpos de vedação apresentam limitações na contenção da vedação, devido às tensões que eles poderiam tolerar com a quantidade necessária de expansão radial e pressões diferenciais. Os esforços foram focados nas configurações de vedação que melhorariam a contenção da vedação por meio da redução na tensão exercida sobre o corpo de vedação nas pressões diferenciais previstas e na quantidade de expansão radial.

[004] A presente invenção se atém às características do corpo de vedação que aprimora a contenção da vedação ao reduzir as tensões por meio da provisão de uma protuberância exterior entre os elementos de vedação exterior, a qual é oposta a uma vedação interior e às protuberâncias internas opostas às vedações externas espaçadas. As protuberâncias caracterizam superfícies terminais de transição, as quais provêm um volume de extrusão para a vedação que permite a contenção efetiva da vedação nas pressões diferenciais previstas e na quantidade de expansão radial. A configuração de vedação pode ser invertida com uma vedação exterior e duas vedações interiores desviadas axialmente. Outra característica da invenção é que pilhas de anéis de vedação podem ser depositadas entre os anéis terminais feitos preferidamente a partir de termoplásticos de alto desempenho ou metal para que cada anel de vedação possa não apenas apoiar outros terminais, mas que a pilha de anéis de vedação possa se expandir de forma independente, de modo a lidar com as irregularidades dimensionais do elemento tubular circundante ou do mandril que está sendo expandido, criando consequentemente uma vedação efetiva. Para aqueles versados na técnica, esses e outros aspectos da presente invenção se tornarão mais aparentes a partir de uma análise da descrição da modalidade preferida e dos desenhos associados, embora reconheça-se que o escopo completo da invenção deve ser determinado pelas reivindicações em anexo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] Uma vedação expansível caracteriza uma estrutura de anel com vedações interna e externa. As vedações são montadas nas ranhuras e se estendem além da dimensão externa da base do anel nas superfícies interna e externa. As protuberâncias estão posicionadas em alinhamento axial com as vedações, porém, em oposição a cada vedação para que a vedação exterior tenha uma protuberância axialmente alinhada, porém, na parte interna do anel; e a vedação interna possui uma protuberância axialmente alinhada e na superfície externa do dito anel. As protuberâncias possuem transições terminais na dimensão da base para criar um volume para o material de vedação percorrer axialmente quando ela for radialmente expandida a partir de um mandril que se projeta para dentro. Os anéis de vedação podem ser empilhados para ajustarem-se às irregularidades dimensionais do elemento tubular circundante ou do mandril e para apoiar uns aos outros em caso de ocorrência de falha na vedação de qualquer um dos anéis de vedação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[006] A figura 1 mostra uma modalidade do anel da vedação expansível com duas vedações exteriores e uma vedação interior;

[007] A figura 2 é o inverso da figura 1, com duas vedações internas e uma vedação externa;

[008] A figura 3 mostra uma pilha de anéis de vedação, conforme mostrada na figura 1, margeada por anéis terminais de apoio.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

[009] A figura 1 ilustra um conjunto de vedação expansível 10, o qual possui um formato de tubo com uma dimensão de base exterior 12 medida próxima a uma vedação 14 com uma superfície de vedação externa 16 que se estende radialmente além da dimensão da base 12. Entre as vedações 14 e 18, encontra-se uma protuberância 20 com uma superfície externa 22 que está de maneira preferida alinhada axialmente com a vedação interna 24. A vedação adjacente 24 possui uma dimensão de base interna 26 com a superfície de vedação 29 na vedação 24 que se estende radialmente para dentro além da dimensão da base 26 e que está disposta em lados opostos de vedação 24. De maneira similar, a dimensão da base 12 está em lados opostos da vedação 14. O mesmo se aplica à vedação 18, a qual possui superfícies de base 28 em lados opostos. De maneira preferida, o diâmetro externo na superfície de base 12 e 28 é o mesmo.

[0010] As protuberâncias 30 e 32 são dispostas, de maneira preferida, opostas às vedações 14 e 18 em relação ao alinhamento axial. É preferível que o comprimento axial das protuberâncias em cada caso se aproxime do comprimento axial da vedação que está diretamente oposta em uma direção radial. Com referência à protuberância 20 como um típico exemplo, as extremidades axiais dessa protuberância possuem superfícies com extremidades afiladas 34 que se movem para as superfícies 12 e 28. O ângulo afilado é preferidamente gradual em cerca de 3-45 graus. Quando a protuberância 20 contata um elemento tubular circundante, um volume é formado adjacente à vedação 14, por exemplo, o qual permite que parte do material de vedação se mova axialmente para dentro desse vácuo adjacente oposto à superfície de base 12. O mesmo é se aplica ao outro lado adjacente à vedação 18, onde o material de vedação pode se mover axialmente sobre a superfície de base 28. Embora não mostrados na figura 1, anéis terminais, tais como 36 e 38 feitos preferidamente de PEEK ou termoplásticos de alto desempenho ou metal, e mostrados na figura 3 podem ser usados na figura 1 em torno das superfícies de base 12 e 28 nas extremidades opostas do conjunto de vedação 10 para que o material de vedação que faz parte das vedações 14 e 18 possa se mover axialmente para dentro dos espaços adjacentes de vácuo em direções opostas. O mesmo se aplica à vedação 24 na parte interna do conjunto de vedação 10.

[0011] Aqueles versados na técnica iráo compreender que a figura 2 é o inverso da figura 1 e que as relações dimensionais descritas acima referentes à figura 1 também se aplicam à figura 2. A figura 3 mostra conjuntos de vedação organizados em três pilhas e do tipo mostrado na figura 1, embora aqueles versados na técnica compreendam que um número maior ou menor de conjuntos de vedação pode ser usado e que as orientações não precisam ser iguais para todos os conjuntos de componentes 10. Além disso, cada unidade pode ter uma ou mais vedações em seu interior e/ou exterior independentemente do fato de a modalidade ilustrada ter duas vedações em um lado e uma no lado oposto.

[0012] Embora todos os conjuntos 10 e os anéis terminais 36 e 38 tenham sido montados em um mesmo mandril, o qual não é mostrado, e expandidos à medida que um molde se move continuamente ao longo desse mandril, o empilhamento dos conjuntos de vedação 10 proporciona várias vantagens. Uma vantagem é que os conjuntos 10 podem se mover independentemente um do outro, de modo que, caso o elemento tubular circundante não seja perfeitamente circular ou possua uma espessura de parede não uniforme, o movimento independente possa se conformar a tal irregularidade do elemento tubular circundante ou, nesse sentido, do mandril ou até mesno do molde que se move ao longo do mandril. Outra vantagem é que as vedações podem apoiar umas as outras em conjuntos distintos 10, de modo que, em caso de ocorrência de uma falha de vedação nas vedações de um conjunto 10, as vedações no próximo conjunto 10 possam assumir o controle.

[0013] Aqueles versados na técnica compreenderão que o posicionamento das protuberâncias opostas aos conjuntos de vedação provê uma espessura de parede quase consistente ao longo de todo o conjunto 10. Quando a parede é removida para a passagem de uma ranhura de uma vedação, existe uma protuberância de desvio no lado oposto da parede. A estrutura de conjunto é reforçada na área de vedação e sua tensão é reduzida, possibilitando que ela suporte pressões diferenciais mais altas e criando desse modo uma vedação efetiva ao longo da contenção do volume de vedação. A capacidade de parte do material de vedação fluir axialmente enquanto ele está sendo mantido contra o mandril na parte interna ou no cano circundante da parte externa permite uma tensão mais baixa na vedação e ao mesmo tempo, uma área de cobertura de vedação maior. O uso de um arranjo de conjuntos de vedação permite que eles se movam de forma independente para acomodar as irregularidades dimensionais do elemento tubular circundante ou do mandril dentro do conjunto. As vedações se estendem radialmente adjacentes aos diâmetros da base em ambos os lados, para que durante o seu contato com um elemento tubular circundante, por exemplo, a vedação seja comprida e parte dessa tensão compressiva seja aliviada no espaço de vácuo adjacente na parte definida por uma protuberância que pode estar em uma ou mais extremidades opostas ou no anel terminal, conforme o caso.

[0014] A descrição acima é ilustrativa da modalidade preferida e várias modificações podem ser feitas por aqueles versados na técnica sem que se desvie da invenção, cujo escopo deve ser determinado a partir do escopo literal e equivalente das reivindicações abaixo.

Claims

Conjunto de vedação expansível (10) para uso entre um mandril radialmente expandido e um elemento tubular circundante compreendendo:
pelo menos um corpo tubular cilíndrico tendo um eixo longitudinal e tendo uma superfície de base interna cilíndrica (26) e uma superfície de base externa cilíndrica (12);
pelo menos uma primeira vedação (24) disposta em, e preenchendo pelo menos, uma primeira ranhura na superfície de base interna e em todos os momentos se estendendo além da superfície de base interna, e pelo menos uma segunda vedação (14, 18) disposta em, e preenchendo pelo menos, uma segunda ranhura na superfície de base externa e em todos os momentos se estendendo além da superfície de base externa, as primeira e segunda ranhuras têm extremidades de ranhuras opostas adjacentes a extremidades opostas das primeira e segunda vedações contidas nas mesmas;
pelo menos uma primeira protuberância (20, 30, 32) no corpo tubular separada das primeira e segunda vedações se estendendo axialmente sobre pelo menos uma das superfícies de base interna e externa para o comprimento de uma oposta pelo menos uma de vedações e em alinhamento axial com a mesma, e caracterizado pelo fato de que:
a primeira protuberância (20, 30, 32) capaz de fazer contato com o mandril ou o elemento tubular circundante quando o corpo tubular é expandido para criar um espaço axialmente adjacente (12, 28) a partir de uma superfície de base adjacente para movimento axial contido de uma vedação adjacente;
o corpo tubular provendo uma espessura de parede consistente medida perpendicularmente ao eixo como entre locais axialmente espaçados onde a protuberância e a ranhura são opostas e qualquer localização onde não há nenhuma protuberância ou ranhura oposta presente.
Conjunto de vedação expansível (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:
a primeira protuberância (20, 30, 32) possui uma transição com extremidade afilada (34) na superfície de base adjacente.
Conjunto de vedação expansível (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que:
a transição forma um ângulo de 3-45 graus em relação à superfície de base adjacente.
Conjunto de vedação expansível (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:
pelo menos uma das vedações se estende para fora da dita ranhura em que a vedação está disposta e para além da superfície de base adjacente antes da expansão do corpo tubular.
Conjunto de vedação expansível (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:
pelo menos uma das vedações se move axialmente em pelo menos uma direção quando submetida a uma força compressiva durante a expansão radial do corpo tubular.
Conjunto de vedação expansível (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
pelo menos um anel terminal (36, 38) em pelo menos uma extremidade do corpo tubular.
Conjunto de vedação expansível (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que:
o pelo menos um anel de terminal (36, 38) é feito de PEEK ou termoplásticos de alto desempenho ou metal.
Conjunto de vedação expansível (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:
o corpo tubular compreende uma segunda protuberância localizada em um lado oposto do corpo tubular de uma das vedações e em alinhamento axial com as mesmas.
Conjunto de vedação expansível (10), acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que:
o corpo tubular possui uma espessura de parede em uma das protuberâncias que se aproxima da espessura de uma parede em uma seção transversal axialmente espaçada do corpo tubular onde primeira ou segunda ranhura não se encontra.
Conjunto de vedação expansível (10), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que:
o conjunto compreende pelo menos um corpo tubular adicional empilhado com pelo menos um corpo tubular entre um par de anéis terminais.
Conjunto de vedação expansível (10), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que:
os corpos tubulares se movem de forma independente durante a expansão para se conformarem a um mandril localizado dentro dos mesmos ou a um elemento tubular circundante.
Conjunto de vedação expansível (10), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que:
pelo menos uma das vedações em um dos corpos tubulares apoia pelo menos uma outra vedação em um diferente dos corpos tubulares.