BR112016007931B1

BR112016007931B1 - Dispositivo de controle de pulsação

Info

Publication number: BR112016007931B1
Application number: BR112016007931-0A
Authority: BR
Inventors: John Thomas Rogers; Timothy A. Douglas; Gregg M. Mathiak
Original assignee: Performance Pulsation Control, Inc
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2022-05-10
Also published as: WO2015054425A1; EP3055601A4; US20150096639A1; US9695970B2; BR112016007931A2; EP3055601B1; EP3055601A1

Abstract

amortecedor de pulsação compósito. um dispositivo de controle de pulsação é construído pelo menos parcialmente por uma exoestrutura compósita de carbono (e/ou outras fibras) / epóxi tendo um forma to cilíndrico oblongo ou esferoidal, opcionalmente com porções metálicas ou reforços, em conjunto com um revestimento de compartilhamento sem carga de polímero não metálico. um tubo de queda de pressão preferencialmente se estende a partir de uma abertura através de uma parede externa do corpo em um espaço interno no corpo.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] O presente pedido refere-se geralmente a amortecedores de pulsação e, mais especificamente, a amortecedores de pulsação construídos de materiais metálicos e não metálicos.

ANTECEDENTES

[0002] Os amortecedores de pulsação são usados com sistemas hidráulicos cíclicos (por exemplo, uma bomba alternativa) circulando fluidos para a redução dos picos de pressão de fluido que de outra forma acelerariam a deterioração do sistema, das partes consumíveis de extremidade de fluido do sistema, e um equipamento a montante ou a jusante do sistema com cada pulsação subsequente. Uma falha em controlar picos de pressão inevitavelmente afeta a performance de operação e a vida operacional de uma bomba alternativa em muitos tipos de aplicações, incluindo perfuração, serviço em poço, serviço em campo de óleo, operação de equipamento industrial e mineração.

[0003] Os amortecedores de pulsação tipicamente são fabricados a partir de aço ou de outros metais ou ligas de metal devido à combinação de grandes tamanhos de vaso (diâmetros externos maiores do que 20 polegadas (50,8 cm)) e pressões altas que devem ser contidas (da ordem de 10.000 libras por polegada quadrada ou “psi” (68,948 MPa)). Contudo, o uso de aço ou de metais similares torna os amortecedores de pulsação extremamente pesados, e, assim, incômodos de montar ou desmontar no local para instalação, manutenção ou substituição. Particularmente em localizações remotas, um equipamento necessário para elevação de um amortecedor de pulsação para ou para fora do lugar nem sempre é conveniente obter ou operar.

[0004] Portanto, há uma necessidade na técnica para um amortecedor de bomba melhorado que possa ser manipulado com maior facilidade.

SUMÁRIO

[0005] Um dispositivo de controle de pulsação é construído pelo menos parcialmente por uma exoestrutura compósita de carbono (e/ou outras fibras) / epóxi tendo um formato cilíndrico oblongo ou esferoidal, opcionalmente com porções metálicas ou reforços, em conjunto com um revestimento de compartilhamento não de carga não metálico (de plástico, por exemplo, HDPE, polímero) e bocais de janela metálicos consistindo em domo integral e flanges de tubulação. Um tubo de queda de pressão preferencialmente se estende a partir de uma abertura através de uma parede externa do corpo em um espaço interno do corpo. Alternativamente, um dispositivo de queda de pressão diferente, tal como uma placa de orifício de um ou mais materiais pode ser montado contra o bocal de saída exterior ao corpo.

[0006] Antes de passar pela DESCRIÇÃO DETALHADA abaixo, pode ser vantajoso estabelecer definições de certas palavras e frases usadas por todo este documento de patente: os termos “incluem” e “compreendem”, bem como derivados dos mesmos, significam inclusão sem limitação; o termo “ou” é inclusivo, significando e/ou; e as frases “associados a” e “associados a isso”, bem como derivados dos mesmos, podem significar incluir, ser incluído em, interconectado com, conter, estar contido em, conectar a ou com, acoplar a ou com, ser comunicável com, cooperar com, entrelaçar, justapor, ser próximo de, ser ligado a ou com, ter, ter uma propriedade de ou similares. As definições para certas palavras e frases são providas por todo este documento de patente, e aqueles de conhecimento comum na técnica devem entender que em muitos casos, se não na maioria deles, essas definições se aplicam a usos anteriores, bem como a usos futuros dessas palavras e frases definidas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0007] Para um entendimento mais completo da presente exposição e de suas vantagens, uma referência é feita, agora, à descrição a seguir tomada em conjunto com os desenhos associados, nos quais números de referência iguais representam partes iguais: a figura 1 é uma vista lateral externa de um amortecedor de pulsação compósito de acordo com uma modalidade de exemplo da presente exposição; a figura 2 é uma vista lateral em corte de porções do amortecedor de pulsação compósito da figura 1; a figura 3 é uma vista em perspectiva em corte de um amortecedor de pulsação compósito de acordo com uma outra modalidade da exposição; a figura 4 é uma vista em perspectiva externa do amortecedor de pulsação compósito da figura 3 em uma orientação de montagem vertical; a figura 5 é uma vista em perspectiva externa do amortecedor de pulsação compósito da figura 3 em uma orientação de montagem vertical; e a figura 6 é uma vista em perspectiva em corte de porções do amortecedor de pulsação compósito da figura 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0008] As figuras 1 a 6, discutidas abaixo, e as várias modalidades usadas para a descrição dos princípios da presente exposição neste documento de patente são a título de ilustração apenas e não devem ser construídos de forma alguma para limitação do escopo da exposição. Aqueles versados na técnica entenderão que os princípios da presente exposição podem ser implementados em qualquer amortecedor de descarga de bomba disposto adequadamente que controla ou controla parcialmente as amplitudes de pulsação.

[0009] A figura 1 é uma vista lateral externa de um amortecedor de pulsação compósito de acordo com uma modalidade de exemplo da presente exposição. O amortecedor de pulsação 100 tem uma admissão 101 para recebimento de fluidos bombeados e uma saída 102 para descarregamento de fluidos de bomba sob pressão. Em uso, a admissão 101 e a saída 102 são formadas a partir de bocais de janela metálicos consistindo em domo integral e flanges de tubulação, conforme ilustrado na figura 1. Tampões de extremidade em formato de domo 103 e 104 suportam a admissão 101 e a saída 102 e são separados por uma porção central cilíndrica 105 do corpo do amortecedor de pulsação 100.

[0010] O amortecedor de pulsação 100 é construído pelo menos parcialmente em um material compósito (possivelmente com alguma infraestrutura ou um reforço metálico), incluindo uma exoestrutura de carbono (e/ou outras fibras) / epóxi com um revestimento. Por exemplo, o revestimento pode ser formado por um material de polímero. O amortecedor de pulsação compósito 100 descrito tem um contorno visto de cima geralmente oblongo com cantos elípticos, paredes externas curvadas (cilíndricas) e extremidades arredondadas ou hemisféricas (em formato de domo), cada uma incluindo uma entrada para o ou uma saída do espaço interno ali. As modalidades alternativas podem usar um formato esferoidal, sem o cilindro central alongado. Não são descritos na figura 1 as conexões de ventilação e dreno, orelhas de elevação, um suporte para montagem, conexões de flange de entrada e saída, o conjunto de queda de pressão, a uma placa de identificação, os quais aqueles versados na técnica reconhecerão como fazendo parte convencionalmente de um amortecedor de pulsação.

[0011] O uso de um material compósito de carbono / epóxi, opcionalmente em conjunto com metal, na construção de um amortecedor de pulsação é único, e sem precedentes para as pressões extremamente altas (na faixa de 10.000 psig (68,948 MPa)) que devem ser contidas pelo amortecedor de pulsação compósito 100 em combinação com o grande diâmetro externo (de mais de 20 polegadas (50,8 cm)) do corpo do amortecedor de pulsação compósito 100 necessário aproximadamente uso em operações de perfuração. Obviamente, o sistema exposto pode ser empregado com pressões muito mais baixas, da ordem de 5.000 a 7.000 psig (34,474 a 48,263 MPa), ou pressões muito mais altas, da ordem de 15.000 a 25.000 psig (103,421 a 172,369 MPa) como exemplos. Além disso, o amortecedor de pulsação compósito 100 é um vaso compósito estampado e classificado da American Society of Mechanical Engineers (ASME), Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC), Seção X (vasos de pressão de plástico com fibra reforçada), Apêndice 8, Classe III, Tipo IV, em termos de combinação de pressão de operação e diâmetro externo.

[0012] A estrutura proposta também provê uma resistência à corrosão melhorada para fluidos bombeados e em ambientes marítimos.

[0013] O amortecedor de pulsação compósito 100 também desfruta de melhor resistência à corrosão, e provê melhor proteção contra erosão, devido ao revestimento de polímero. Mais ainda, os materiais compósitos têm melhores propriedades de amortecimento acústico e de vibração, se comparados com aço, devido ao alto coeficiente de amortecimento e a uma rigidez específica mais alta, melhorando a performance de operação do amortecedor de pulsação 100 em relação a uma contraparte metálica.

[0014] O material compósito também provê uma baixa expansão térmica. O número baixo de juntas e a contagem baixa de parte provê melhor confiabilidade ao amortecedor de pulsação compósito 100, o que resulta em uma melhor vida em serviço. Devido ao fato de o processo de fabricação poder ser automatizado, a construção envolve custos de trabalho mais baixos.

[0015] A figura 2 é uma vista lateral em corte de porções do amortecedor de pulsação compósito da figura 1. O amortecedor de pulsação compósito tem uma parede externa 200 e, no exemplo mostrado, inclui um tubo de queda de pressão 201 adaptado a uma abertura (entrada ou, preferencialmente, saída) através da parede externa e se estendendo para o espaço interno. As conexões de ventilação e de dreno (não mostradas nas figuras 1 e 2) também são providas, externas ao dispositivo e possivelmente formadas integralmente com os bocais supridos para a feitura de conexões com a entrada e a saída do dispositivo de pulsação compósito. Por simplicidade e clareza, o tubo de queda de pressão ou o dispositivo de queda de pressão alternativo não é mostrado nas figuras 1 ou 3 a 6, embora o uso desses dispositivos com as modalidades daquelas figuras seja expressamente contemplado.

[0016] A figura 3 é uma vista em perspectiva em corte de um amortecedor de pulsação compósito, de acordo com uma outra modalidade da exposição. O amortecedor de pulsação 300 inclui uma entrada (ou admissão) 301 e uma saída 302, cada uma formada com um flange em formato de disco na extremidade se estendendo para o interior do corpo e circundando uma abertura através do corpo do amortecedor de pulsação 300. Flanges anulares externos são providos em cada uma dentre a entrada 301 e a saída 302 para fixação do respectivo conduto de fluido a outra tubulação. O corpo do amortecedor de pulsação 300 é formado por meias estruturas idênticas, cada uma incluindo estruturas de extremidade em formato de domo ou elípticas 330 e 304 em qualquer extremidade da porção central cilíndrica 305. A modalidade da figura 3 inclui um projeto de bocal integrado de um domo metálico e flanges de tubulação, com aberturas de janela de parede de cilindro para conexões de ventilação e dreno. Os flanges de bocal integrados proveem localizações de montagem para estruturas de suporte verticais e horizontais e orelhas de elevação.

[0017] Os materiais do corpo do amortecedor de pulsação 300 são os mesmos que aqueles descritos acima em relação à modalidade da figura 1. Um revestimento de polímero de suporte não de carga dentro do vaso de pressão é quimicamente compatível com os fluidos de perfuração usados na indústria de óleo e gás, e é capaz de vedar os fluidos sob pressões tão grandes quanto 10.000 libras por polegada quadrada (psi) (68,948 MPa) (ou mesmo mais altas, de até 15.000 (103,421 MPa) ou mesmo 20.000 psi (103,421 a 137,895 MPa)), e ainda pode estar operando continuamente nas pressões cíclicas do sistema, e a temperaturas variando de -65°F (53,89°C) a 250°F (121,11°C).

[0018] Uma camada de cisalhamento de barreira de corrosão galvânica e de isolamento de choque está localizada entre o domo compósito e bocais metálicos. Esta camada de cisalhamento reduz a incompatibilidade galvânica de carbono e metais. Além disso, a camada de cisalhamento opera como um sistema de isolamento acústico ou de choque, reduzindo-se as emissões do dispositivo de controle de pulsação. Estes melhoramentos estendem a vida em serviço do dispositivo de controle de pulsação.

[0019] A figura 4 é uma vista em perspectiva externa do amortecedor de pulsação compósito da figura 3 em uma orientação de montagem vertical. Os suportes de montagem 400 presos aos flanges anulares externos na entrada 301 e na saída 302 podem ser usados para suportarem o amortecedor de pulsação 300.

[0020] A figura 5 é uma vista em perspectiva externa do amortecedor de pulsação compósito da figura 3 em uma orientação de montagem vertical. Um estande de montagem 500 preso ao flange anular externo em uma dentre a entrada 301 e a saída 302 pode ser usado para suportar o amortecedor de pulsação 300.

[0021] A figura 6 é uma vista em perspectiva em corte de porções do amortecedor de pulsação compósito da figura 3. A modalidade mostrada inclui um bocal de entrada estendido 602 na entrada 601. O flange de domo do bocal se projeta por uma distância no vaso de pressão, assim se reduzindo os efeitos de erosão do revestimento de polímero, estendendo a vida em serviço do dispositivo de controle de pulsação.

[0022] Embora a presente exposição tenha sido descrita com modalidades de exemplo, várias mudanças e modificações podem ser sugeridas a alguém versado na técnica. Pretende- se que a presente exposição envolva essas mudanças e modificações, conforme caírem no escopo das reivindicações em apenso. O amortecedor de pulsação compósito.

Claims

1. Dispositivo de controle de pulsação (100,300), compreendendo: um corpo construído de um compósito, fibra de carbono não metálica e material epóxi tendo um revestimento de polímero, o corpo formando um cilindro anular com extremidades em formato de domo (103,104,303,304) e vedando os fluidos sob pressão no interior, o corpo formado com semi- estruturas idênticas, cada meia estrutura incluindo meias estruturas de extremidade em formato de domo ou meio elípticas (101,104,303,304) em uma das extremidades de uma meia porção central cilíndrica (105,305); e caracterizado pelo fato de compreender ainda um bocal de entrada metálico (101,301,601) e um bocal de saída metálico (102,302), cada um em uma abertura em uma das extremidades em formato de domo ou elípticas (103,104,302,304) do corpo, o bocal de entrada metálico (101,301,601) e o bocal de saída metálico (102,302) permitindo um fluxo de fluido para dentro e para fora do corpo.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma camada de barreira de corrosão galvânica e de cisalhamento de isolamento de choque localizada entre porções das extremidades em formato de domo (103,104,302,304) do corpo e o bocal de entrada metálico (101,301,601) e o bocal de saída metálico (102,302).

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o polímero é quimicamente compatível com os fluidos de perfuração da indústria de óleo e gás.

4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de compreender ainda: um tubo de queda de pressão (201) se estendendo de uma abertura através de uma parede externa do corpo para um espaço interno dentro do corpo.

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma estrutura de queda de pressão afixada a um dentre os bocais de entrada metálicos (101,301,601) e os bocais de saída metálicos (102,302).

6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de o bocal de entrada metálico (101,301,601) e o bocal de saída metálico (102,302) incluírem, cada um, uma pluralidade de flanges de bocal integrados que proveem localizações de montagem para ambas as estruturas de suporte e as orelhas de elevação.

7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de o dispositivo de controle de pulsação ser montado de forma horizontal ou vertical.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de cada um do bocal de entrada metálico (101,301,601) e do bocal de saída metálico (102,302) incluir um flange em formato de disco em uma extremidade interna do corpo, em que uma camada de barreira de corrosão galvânica e de cisalhamento de isolamento de choque é disposta entre os flanges em formato de disco e as porções das extremidades em formato de domo (103,104,303,304) do corpo.

9. Dispositivo, de acordo coma reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o bocal de entrada metálico (601) incluir uma extensão (602) se estendendo para um interior do corpo.

10. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de o corpo ser formado usando-se materiais compósitos de fibra/polímero reduzindo-se emissões acústicas e provendo um amortecimento de vibração de picos de pressão de pulsação.