BR112016011906B1

BR112016011906B1 - válvula de segurança, e, método para atuar uma válvula de segurança

Info

Publication number: BR112016011906B1
Application number: BR112016011906-1A
Authority: BR
Inventors: James Dan Vick, Jr.; Bruce Edward Scott
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2021-07-06
Also published as: GB2536373B; NO20160873A1; US9810039B2; WO2015102603A1; GB2536373A; GB201608704D0; US20160273304A1; BR112016011906A2

Abstract

VÁLVULA DE SEGURANÇA, E, MÉTODO PARA ATUAR UMA VÁLVULA DE SEGURANÇA. Divulgada são válvulas de segurança de subsuperfície com uma propagação reduzida entre a pressão de abertura e a de fechamento. Uma válvula de segurança que inclui um compartimento, que tem um orifício de pistão aí definido e configurado para receber pressão do fluido hidráulico, o orifício do pistão proporciona um orifício superior que tem um primeiro diâmetro, um orifício inferior que tem um segundo diâmetro, e um orifício intermediário interpondo os orifícios inferiores e superiores e que tem um terceiro diâmetro, em que o terceiro diâmetro é maior que o segundo diâmetro e o segundo diâmetro é maior que o primeiro diâmetro, e um conjunto de pistão disposto de modo móvel no interior do orifício do pistão e que compreende um pistão superior operativamente acoplado a um pistão inferior, em que o pistão superior engata de modo vedante com o orifício superior o pistão inferior engata de modo vedante com o orifício inferior, em que, conforme o pistão superior está disposto no orifício intermédio, a pressão do fluido hidráulico atua sobre o pistão inferior.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[001] A presente divulgação refere-se genericamente a operações executadas e equipamento utilizado em conjunto com poços subterrâneos e, em particular, a válvulas de segurança de subsuperfície que possuem uma propagação reduzida entre as pressões de abertura e fechamento.

[002] Válvulas de segurança de subsuperfície são bem conhecidas na indústria de petróleo e gás e atuam como um mecanismo de proteção para impedir a libertação descontrolada de fluidos do reservatório em caso de, na pior das hipóteses, um desastre de superfície. Válvulas de segurança de subsuperfície típicas são válvulas do tipo chapeleta que são abertas e fechadas com a ajuda de um tubo de fluxo movendo-se telescopicamente dentro da estrutura tubular de produção. O tubo de fluxo é frequentemente controlado hidraulicamente a partir da superfície e é forçado para a sua posição de abertura através de um conjunto de pistão e haste que pode ser carregado hidraulicamente através de uma linha de controle diretamente ligada a um coletor hidráulico ou painel de controle na superfície do poço. Quando pressão hidráulica suficiente é transmitida à válvula de segurança de subsuperfície através da linha de controle, o conjunto de pistão e haste força o tubo de fluxo para baixo, o que comprime uma mola e simultaneamente empurra para baixo a chapeleta para a posição aberta. Quando a pressão hidráulica é removida da linha de controle, a mola empurra o tubo de fluxo de volta para cima, o que permite que a chapeleta se mova para a sua posição fechada.

[003] Na medida em que as profundidades de fixação de tais válvulas de segurança de subsuperfície hidraulicamente acionada continuam a aumentar, a energia necessária para mover a válvula de segurança contra a pressão hidrostática que atua sobre o atuador hidráulico também aumenta. Por exemplo, nas válvulas de segurança convencionais, meios de pressão adequados, tais como uma câmara de gás ou, mais usualmente, uma mola de potência, atuam sobre o atuador hidráulico para vencer a força hidrostática. No entanto, há limites práticos para maximizar as forças de polarização, tais como molas, e minimizar as áreas hidráulicas de um conjunto de pistão e cilindro hidráulico. Geralmente, para mover um pequeno pistão hidráulico e um conjunto de cilindro contra uma elevada cabeça hidrostática é necessário uma mola forte que resulta em alta "propagação" na pressão de funcionamento para mover a válvula de segurança a partir de uma primeira posição para uma segunda posição. Aumentar a propagação requer uma mudança na pressão de operação de superfície. Além disso, as molas usadas em válvulas de segurança de subsuperfície exigem libras de força e duração muito elevadas e, portanto, tornam-se muito caras. Por último, aumentar o comprimento da válvula para reduzir a propagação também pode ser dispendioso, pois requer uma mola mais longa.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[004] As figuras a seguir são incluídas para ilustrar certos aspectos da presente divulgação e não devem ser vistas como modalidades exclusivas. O assunto divulgado é capaz de consideráveis modificações, alterações, combinações e equivalentes na forma e função, sem nos afastarmos do escopo desta divulgação.

[005] FIG. 1 é um sistema de poço que incorpora uma ou mais modalidades de uma válvula de segurança exemplar, de acordo com a presente divulgação.

[006] FIGS. 2A e 2B ilustram vistas laterais em corte transversal da válvula de segurança exemplar da FIG. 1, de acordo com uma ou mais modalidades.

[007] FIG. 3 ilustra uma vista lateral ampliada em corte transversal do conjunto do pistão das FIGS. 2A e 2B, de acordo com uma ou mais modalidades.

[008] FIG. 4A e 4B ilustram vistas progressivas do conjunto de pistão da Fig. 3, uma vez que se move dentro de um orifício do pistão, de acordo com modalidades da presente divulgação.

[009] FIGS. 5A-5C ilustram modificações exemplares ao conjunto de pistão da FIG. 3, de acordo com uma ou mais modalidades.

[0010] FIG. 6 ilustra uma outra modificação exemplar para o conjunto do pistão da FIG. 3, de acordo com uma ou mais modalidades.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0011] A presente divulgação refere-se genericamente a operações executadas e equipamento utilizado em conjunto com poços subterrâneos e, em particular, a válvulas de segurança de subsuperfície que possuem uma propagação reduzida entre as pressões de abertura e fechamento.

[0012] Apresenta-se uma válvula de segurança de subsuperfície que reduz a propagação entre pressões de abertura e fechamento. A válvula de segurança inclui um conjunto de pistão que tem um primeiro e segundo pistões dispostos dentro de um orifício do pistão, em que o segundo pistão apresenta uma área de pistão maior do que o primeiro pistão. Como resultado, a pressão hidráulica aplicada ao segundo pistão pode resultar num aumento da força aplicada ao conjunto de pistão e uma redução no diferencial de pressão de funcionamento. Embora a propagação de pressão de abertura e fechamento seja tipicamente controlada pelo comprimento da mola de potência e limitada pela sua praticabilidade, as modalidades aqui descritas proporcionam uma válvula de segurança que aumenta a sua profundidade de fixação e, por outro lado, reduz os requisitos de controle de pressão. Como resultado, os operadores são capazes de reduzir o tamanho do equipamento de pressão de superfície e diminuir o tamanho e a despesa da mola de potência.

[0013] Referindo-se à FIG. 1 é um sistema de poço que incorpora uma ou mais modalidades de uma válvula de segurança exemplar 112, de acordo com a presente divulgação. Como ilustrado, o sistema de poço 100 pode incluir um condutor submarino 102 que se estende a partir de uma instalação de cabeça de poço 104 arranjada em fundo do mar 106. O condutor submarino 102 pode se estender, por exemplo, para uma plataforma marítima de petróleo e gás (não mostrada). Um poço 108 se estende para baixo a partir da instalação da cabeça do poço 104 através de vários estratos terra 110. O poço 108 é retratado como sendo revestido, mas poderia igualmente ser um orifício de poço não revestido 108, sem se afastar do escopo da divulgação. Apesar da FIG. 1 retratar o sistema de poço 100 no contexto de uma aplicação marítima de petróleo e gás, será apreciado por aqueles versados na técnica que as várias modalidades aqui descritas são igualmente adequadas para uso em outros tipos de sondas de petróleo e de gás, tais como sondas de petróleo e gás localizadas em terra ou sondas localizadas em qualquer outro local geográfico. Assim, deve-se entender que a divulgação não está limitada a qualquer tipo particular de poço.

[0014] O sistema de poço 100 pode incluir adicionalmente uma válvula de segurança 112 interligada a uma coluna de tubulação 114 arranjada dentro do orifício de poço 108 e que se estende a partir da instalação de cabeça de poço 104. A coluna de tubulação 114 pode ser configurada para comunicar fluidos derivados do orifício de poço 108 e as formações subterrâneas circundantes à superfície do poço através da instalação de cabeça de poço 104. Uma linha de controle 116 pode se estender a partir da superfície de poço e para dentro da instalação de cabeça de poço 104, a qual, por sua vez, transporta a linha de controle 116 para dentro de um espaço anular 118 definido entre o orifício de poço 108 e a coluna de tubulação 114. A linha de controle 116 pode se estender para baixo dentro do espaço anular 118 e eventualmente tornar-se acoplada de forma comunicante à válvula de segurança 112. Como discutido em mais detalhes abaixo, a linha de controle 116 pode ser configurada para atuar a válvula de segurança 112, por exemplo, para manter a válvula de segurança 112 em uma posição aberta, ou de outra forma para fechar a válvula de segurança 112 e, assim, evitar uma explosão no caso de uma emergência.

[0015] A linha de controle 116 pode ser um conduíte hidráulico que provê pressão de fluido hidráulico para a válvula de segurança 112. Em operação, fluido hidráulico pode ser aplicado à linha de controle 116 a partir de um distribuidor hidráulico (não representado) disposto em um local remoto, tal como numa plataforma de produção ou uma estação de controle submarino. Quando aplicada de forma apropriada, a pressão hidráulica derivada da linha de controle 116 pode ser configurada para abrir e manter a válvula de segurança 112 na sua posição aberta, permitindo, assim, que fluidos de produção fluam através da coluna de tubulação. Para mover a válvula de segurança 112 da sua posição aberta e para uma posição fechada, a pressão hidráulica na linha de controle 116 pode ser reduzida ou eliminada de outra forma.

[0016] Embora a linha de controle 116 esteja representada na FIG. 1 como estando arranjada externamente à coluna de tubulação 114, aqueles versados na técnica apreciarão prontamente que qualquer linha hidráulica pode ser usada para transmitir pressão de atuação para a válvula de segurança 112. Por exemplo, a linha de controle poderia estar arranjada internamente na coluna de tubulação 114, ou de outro modo formada em uma parede lateral da coluna de tubulação 114. A linha hidráulica poderia se estender a partir de um local remoto, tal como a partir da superfície da terra, ou outro local no orifício de poço 108. Em ainda outras modalidades, a pressão de acionamento pode ser gerada por uma bomba ou outro dispositivo de geração de pressão comunicativamente acoplado à válvula de segurança 112 através da linha de controle 116.

[0017] Na seguinte descrição das modalidades representativas da divulgação, termos direcionais, tais como "acima", "abaixo", "superior", "inferior", etc., são usados por conveniência ao se referir às figuras anexas. Em geral, "acima", "superior", "para cima" e termos semelhantes se referem a uma direção no sentido da superfície da terra ao longo do orifício de poço 108, e "abaixo", "inferior", "para baixo" e termos semelhantes se referem a uma direção contrária à superfície da terra ao longo do orifício de poço 108.

[0018] Com referência agora às FIGS. 2A e 2B, com referência continuada à FIG. 1, são ilustradas vistas laterais em corte transversal de uma modalidade exemplar da válvula de segurança 112, de acordo com uma ou mais modalidades. Em particular, a válvula de segurança 112 está retratada nas FIGS. 2A e 2B em vistas em corte transversal sucessivas, onde a FIG. 2A retrata uma porção superior da válvula de segurança 112 e a FIG. 2B retrata uma porção inferior da válvula de segurança 112. Como ilustrado, a válvula de segurança 112 pode incluir um compartimento 202 que é capaz de ser acoplado à coluna de tubulação 114 em extremidades opostas do compartimento 202 (coluna de tubulação 114 mostrada apenas na FIG. 2B).

[0019] A porta da linha de controle 204 pode ser definida ou provida de outra forma no compartimento 202 para ligar a linha de controle 116 (FIG. 1) à válvula de segurança 112. A porta 204 é mostrada na FIG. 2A como sendo integrada com um parafuso de ajuste 206 ou outro tipo de dispositivo de integração. No entanto, quando a linha de controle 116 é ligada de forma apropriada à primeira porta 204, a linha de controle 116 é colocada em comunicação fluida com um orifício de pistão 208 e capaz de transmitir pressão de fluido hidráulica ao mesmo. O orifício de pistão 208 pode ser um canal ou conduíte alongado definido dentro do compartimento 202 e configurado para se estender longitudinalmente ao longo de uma porção do comprimento axial da válvula de segurança 112.

[0020] Um conjunto de pistão 210 pode ser arranjado dentro do orifício de pistão 208 e configurado para transladar axialmente no mesmo. Uma discussão mais detalhada do conjunto de pistão 210 é fornecida abaixo. Brevemente, no entanto, o conjunto de pistão 210 pode incluir uma cabeça de pistão 212 configurada para acoplar-se a e de outro modo acionar uma parada superior 214 definida dentro do orifício de pistão 208 quando o conjunto de pistão 210 é forçado para cima na direção da porta de linha de controle 204. A parada superior 214 pode ser um ombro radial definido pelo compartimento 202 dentro do orifício de pistão 208 e tendo um diâmetro reduzido e uma superfície axial configurada para engatar uma superfície axial correspondente da cabeça de pistão 212. Em outras modalidades, a parada superior 214 pode ser qualquer dispositivo ou meio arranjado dentro do orifício de pistão 208 que está configurado para parar o movimento axial do conjunto de pistão 210 à medida que avança em direção à porta da linha de controle 204.

[0021] O conjunto de pistão 210 pode também incluir uma haste de pistão 216 que se estende longitudinalmente a partir do conjunto de pistão 210 através de, pelo menos, uma porção do orifício do pistão 208. Em uma extremidade distal da mesma, a haste de pistão 216 pode ser acoplada a uma manga de atuação 218, a qual pode ser configurada para acoplar de forma efetiva o conjunto de pistão 210 a um tubo de fluxo 220 que está arranjado de forma móvel dentro da válvula de segurança 112. Mais particularmente, a manga de atuação 218 pode engatar um dispositivo de acionamento 222 (por exemplo, uma mola de compressão, uma série de buchas Belleville, ou semelhantes), arranjado axialmente entre a manga de atuação 218 e um flange de atuação 224 que faz parte da extremidade proximal do tubo de fluxo 220. Conforme a manga de atuação 218 atua sobre o dispositivo de acionamento 222 (por exemplo, força axial), o flange de atuação 224 e o tubo de fluxo 220 se movem de forma correspondente.

[0022] Referindo-se à FIG. 2B, a válvula de segurança 112 também pode incluir um dispositivo de fechamento de válvula 226 que abre e fecha seletivamente uma passagem de fluxo 228 definida através do interior da válvula de segurança 112. O dispositivo de fechamento da válvula 226 pode ser uma chapeleta, como é geralmente conhecido por aqueles versados na técnica. Deve-se notar, no entanto, que, embora a válvula de segurança 112 esteja retratada como sendo uma válvula de segurança do tipo chapeleta, aqueles versados na técnica prontamente apreciarão que qualquer tipo de dispositivo de fechamento 226 pode ser empregado, sem se afastar do escopo da divulgação. Por exemplo, em algumas modalidades, o dispositivo de fechamento 226 poderia, em vez disso, ser uma esfera, uma manga, etc.

[0023] Conforme mostrado na FIG. 2B, o dispositivo de fecho 226 é mostrado na sua posição fechada em que o dispositivo de fecho 226 é capaz de bloquear substancialmente o fluxo de fluido para dentro e através da passagem de escoamento 228 do fundo do poço. Uma mola de torção 230 aciona o dispositivo de fechamento 226 para girar para a sua posição fechada. Conforme descrito abaixo, o canal de circulação 220 é capaz de deslocar para baixo (ou seja, para a direita na FIG. 2B) para engatar o dispositivo de fechamento 226 e superar a força de mola da mola de torção 230. Quando o tubo de fluxo 220 se estende para a sua posição para baixo, ele engata o dispositivo de fechamento 226 e move o dispositivo de fechamento 226 da sua posição fechada para uma posição aberta (mostrada em tracejado como linhas tracejadas). Quando o tubo de fluxo 220 é deslocado de volta para cima (ou seja, para a esquerda na FIG. 2B), a mola de torção 230 é capaz de girar o dispositivo de fechamento 226 de volta para a sua posição fechada. O movimento axial do conjunto de pistão 210 dentro do orifício de pistão 208 forçará o tubo de fluxo 220 a mover-se axialmente de forma correspondente dentro da passagem de fluxo 228, e abrir o dispositivo de fechamento 226 ou permitir que ele se feche, dependendo da sua posição relativa.

[0024] A válvula de segurança 112 pode definir adicionalmente uma câmara inferior 232 dentro do compartimento 202. Em algumas modalidades, a câmara inferior 232 pode formar parte do orifício de pistão 208, tal como sendo uma extensão alongada do mesmo. Uma mola de energia 234, tal como uma bobina ou mola de compressão, pode ser arranjada dentro da câmara inferior 232. A mola de energia 234 pode ser configurada para acionar o flange de atuação 224 e manga de atuação 218 para cima, a qual, por sua vez, aciona o conjunto de pistão 210 na mesma direção. Desse modo, a expansão da mola de energia 234 fará com que o conjunto de pistão 210 se mova para cima dentro do orifício de pistão 208.

[0025] Deve-se notar que embora a mola de energia 234 esteja retratada como uma mola de compressão bobinada, qualquer tipo de dispositivo de acionamento pode ser usado em vez de ou adicionalmente à mola de energia 234, sem se afastar do escopo da divulgação. Por exemplo, um gás comprimido, tal como nitrogênio, com vedações apropriadas pode ser usado no lugar da mola de energia 234. Em outras modalidades, o gás comprimido pode estar contido em uma câmara separada e tirado quando necessário.

[0026] Em operação exemplar, a válvula de segurança 112 pode ser atuada de modo a abrir o dispositivo de fechamento 226. Isso pode ser conseguido transmitindo-se um fluido hidráulico sob pressão para a porta de linha de controle 204 através da linha de controle 116. Conforme pressão hidráulica é provida ao orifício de pistão 208, o conjunto de pistão 210 pode ser forçado a mover-se axialmente para baixo dentro do orifício de pistão 208. Conforme o conjunto de pistão 210 se move, a haste de pistão 216 transfere mecanicamente a força hidráulica para a manga de atuação 218 e o flange de atuação 224, deslocando, assim, de forma correspondente o tubo de fluxo 220 na direção para baixo. Em outras palavras, conforme o conjunto de pistão 210 se move axialmente dentro do orifício de pistão 208, o tubo de fluxo se move correspondentemente na mesma direção. À medida que o tubo de fluxo 220 se move para baixo, ele engaja o dispositivo de fecho 226, ultrapassa a força de mola da mola de torção 230, e assim gira o dispositivo de fecho 226 para a sua posição aberta para permitir que os fluidos entrem passagem de fluxo 228 a partir de baixo.

[0027] Além disso, conforme o conjunto de pistão 210 se move axialmente para baixo dentro do orifício de pistão 208, a mola de energia 234 é comprimida dentro da câmara inferior 232 e acumula progressivamente força da mola. Em pelo menos uma modalidade, o conjunto de pistão 210 continuará o seu movimento axial no sentido descendente, e, assim, continuará a comprimir a mola de energia 234, até engatar uma parada inferior 236 (FIG. 2A) arranjada no interior do orifício de pistão 208. Como descrito abaixo, uma vedação metal com metal pode ser criada entre o conjunto de pistão 210 e a parada inferior 236, de forma tal que a migração de fluidos (por exemplo, fluidos hidráulicos, fluidos de produção, etc.) através da mesma seja geralmente evitada.

[0028] Mediante redução ou eliminação da pressão hidráulica provida através da linha de controle 116, pode-se permitir que a força da mola acumulada na mola de energia 234 seja liberada e desloque o conjunto de pistão 210 para cima dentro do orifício de pistão 208 movendo, desse modo, de forma correspondente o tubo de fluxo 220 na mesma direção. Conforme o tubo de fluxo 220 se move axialmente para cima, ele se moverá eventualmente fora de engate com o dispositivo de fechamento 226. Uma vez livre do engate com o tubo de fluxo 220, a força de mola da mola de torção 230 girará o dispositivo de fechamento 226 de volta para a sua posição fechada.

[0029] Em pelo menos uma modalidade, o conjunto de pistão 210 continuará o seu movimento axial na direção ascendente até que a cabeça de pistão 212 do conjunto de pistão 210 se engate na parada superior 214 e impeça de forma eficaz que o conjunto de pistão 210 se mova adicionalmente para cima. O engate entre a cabeça de pistão 212 e a parada superior 214 pode gerar uma vedação mecânica de metal com metal entre os dois componentes para impedir a migração de fluidos (por exemplo, fluidos hidráulicos, fluidos de produção, etc.) através da mesma.

[0030] Em válvulas de segurança convencionais ou tradicionais, a pressão de abertura total da válvula de segurança é geralmente muito maior do que a pressão de fechamento. Isto é principalmente devido à força da mola de potência agindo sobre um conjunto de pistão de diâmetro fixo. Por exemplo, quando a válvula de segurança é fechada, a mola de potência é estendida e, por conseguinte, está no seu ponto mais fraco, mas quando a válvula de segurança é aberta, a mola está contraída e, por conseguinte, no seu mais forte. Os peritos na arte compreenderão facilmente as vantagens de ter uma válvula de segurança que permite que as forças necessárias para abrir e fechar a válvula de segurança sejam relativamente próximas. Por exemplo, a pressão hidrostática que atua sobre o linha de controle é uma função da profundidade da válvula de segurança dentro do orifício de poço e, como resultado, as válvulas de segurança que têm pressões de abertura e fechamento próximas uma da outra são capazes de serem inseridas mais profundamente dentro de um poço

[0031] De acordo com modalidades da presente invenção, o conjunto de pistão 210 e o orifício do pistão 208 podem apresentar diâmetros diferentes a fim de proporcionar uma válvula de segurança 112, onde as pressões necessárias para abrir e fechar a válvula de segurança 112 estão mais próximas do que em válvulas de segurança convencionais. Os diâmetros diferentes do conjunto de pistão 210 e do orifício pistão 208 resultam que a área do conjunto de pistão 210 multiplicada pela força da mola de potência 234 ao fechar a válvula de segurança 112 é igual ou substancialmente igual à área do conjunto de pistão 210 multiplicada pela força da mola de potência 234 ao abrir a válvula de segurança 112. Como resultado, a válvula de segurança 112 pode ser inserida mais profundamente dentro do orifício de poço 108 (FIG. 1) e o equipamento hidráulico (não mostrado) usado para pressurizar a linha de controle 116 (FIG. 1) pode ser menor e, por conseguinte, menos dispendioso.

[0032] Agora, com referência à FIG. 3, com referência continuada às FIGS. 2A e 2B, ilustrada é um vista lateral ampliada em corte transversal do conjunto de pistão 210 exemplar, de acordo com uma ou mais modalidades. Tal como ilustrado, o conjunto de pistão 210 pode incluir um pistão primeiro ou superior 302a e um pistão segundo ou inferior 302b. Os pistões superior e inferior 302a e 302b podem ser axialmente desviados uns dos outros no interior do orifício do pistão 208 e acoplados em conjunto usando um membro de espaçador 304 de tal modo que eles são capazes de se mover como um na medida em que o conjunto de pistão 210 move-se dentro do orifício do pistão 208.

[0033] O pistão superior 302a pode incluir uma corpo 306a, e da cabeça do pistão 212 pode ser acoplado ou não ligado ao corpo 306a. Na modalidade ilustrada, a cabeça de pistão 212 pode incluir uma haste 307 que se estende longitudinalmente para acoplar a cabeça de pistão 212 no corpo 306a. Em algumas formas de realização, a haste 307 pode ser rosqueada no corpo 306a. Em outras formas de realização, no entanto, a haste 307 pode ser ligada ao corpo 306a usando um ou mais elementos de fixação mecânicos ou semelhantes, sem se afastar do âmbito da revelação.

[0034] O pistão superior 302a também pode incluir uma vedação dinâmica primeira ou superior 308a e uma vedação dinâmica segunda ou inferior 308b. A primeira e a segunda vedações dinâmicas 308a e 308b podem ser axialmente desviadas uma da outra ao longo do comprimento axial do corpo 306a e dispostas radialmente aí. A primeira e a segunda vedação dinâmica 308a e 308b podem ser configuradas para vedar "dinamicamente" contra porções da parede interior do orifício de pistão 208 na medida em que o conjunto de pistão 210 move-se axialmente no interior do orifício de pistão 208, evitando assim que quaisquer fluidos migrem através do pistão superior 302a. Em algumas modalidades, uma ou ambas a primeira e a segunda vedações dinâmicas 308a e 308b podem ser anéis do tipo O-ring ou semelhantes. Em outras modalidades, uma ou ambas da primeira e segunda vedações dinâmicas 308a e 308b podem ser anéis em V ou outros tipos de vedações dinâmicas, tal como é conhecido por aqueles versados na técnica, tais como anéis de vedação VERISEAL® comercialmente disponíveis. Enquanto o pistão superior 302a é mostrado como tendo uma primeira e segunda vedações dinâmicas 308a e 308b, aqueles versados na técnica, apreciarão facilmente que o pistão superior 302a pode empregar apenas uma única vedação dinâmica, ou mais do que duas vedações dinâmicas, sem afastar-se do âmbito da divulgação.

[0035] O pistão superior 302a pode ainda incluir uma vedação de labirinto superior 310a dispostas radialmente em torno da haste 307 da cabeça de pistão 212 e geralmente interpondo-se entre a cabeça de pistão 212 e a primeira vedação dinâmica 308a. Em outras palavras, a vedação de labirinto superior 310a pode ser disposta axialmente acima do corpo 306a e da primeira e segunda vedações dinâmicas 308a e 308b. Tal como ilustrado, a vedação de labirinto superior 310a pode incluir uma pluralidade de ranhuras, poros, ou dentes 312 (daqui em diante "dentes 312") configurado para se estender em uma estreita cooperação com a parede interna do orifício do pistão 208. Os dentes 312 podem proporcionar um trajeto de escoamento tortuoso configurado para diminuir o fluxo de fluidos que migram axialmente através da vedação de labirinto superior 310a.

[0036] Semelhante ao pistão superior 302a, o pistão inferior 302b pode incluir um corpo 306b, e a haste do pistão 216 pode ser acoplada ou de outra forma ligado ao corpo 306b e prolongar-se longitudinalmente a partir daí dentro do orifício de pistão 208. O membro espaçador 304 pode enroscar ou mecanicamente anexar os dois corpos 306a e 306b de tal modo que o movimento simultâneo de cada pistão 302a e 302b é alcançado quando o conjunto de pistão 210 traduz axialmente dentro do orifício de pistão 208. Semelhante ao pistão superior 302a, o pistão inferior 302b pode igualmente incluir uma vedação dinâmica 308c, aqui referida como uma terceira vedação dinâmica 308c. Semelhante à primeira e à segunda vedações dinâmicas 308a e 308b, a terceira 308c vedação dinâmica pode também incluir ou não incluir uma pluralidade de vedações que vedam "dinamicamente" contra porções da parede interior do orifício de pistão 208 na medida em que o conjunto de pistão 210 move-se axialmente no mesmo. A terceira vedação dinâmica 308c pode funcionar para evitar a migração de fluidos após o pistão inferior 302b. Embora o pistão inferior 302b seja mostrado como tendo a terceira vedação dinâmica 308c, os peritos na arte compreenderão facilmente que o pistão inferior 302b pode empregar mais de uma vedação dinâmica, sem que se afaste do âmbito da divulgação.

[0037] O pistão inferior 302b pode incluir ainda uma vedação de labirinto inferior 310b dispostos radialmente sobre o corpo 306b e, de forma geral, interpondo o corpo 306b e a haste de pistão 216. Semelhante à vedação de labirinto 310a superior, a inferior vedação de labirinto 310b pode incluir uma pluralidade de ranhuras ou dentes 312 configurados para se estender ema estreita cooperação com a parede interna do orifício de pistão 208 e, assim, proporcionar um trajeto de escoamento tortuoso configurado para reduzir a velocidade do fluxo de fluidos de migrar axialmente através da vedação de labirinto inferior 310b.

[0038] Na modalidade ilustrada, o orifício do pistão 208 pode ser dividido em um orifício superior 314a, um orifício inferior 314b, e um orifício intermediário 314c que se interpõe e fornece uma transição entre orifícios superiores e inferiores 314a e 314b. O orifício superior 314a pode apresentar um primeiro diâmetro 316a, o orifício inferior 314b pode apresentar um segundo diâmetro 316b, e o orifício intermediário 314c pode apresentar um terceiro diâmetro 316c. Como ilustrado, o primeiro diâmetro 316a é menor do que o segundo diâmetro 316b, e o segundo diâmetro 316b é menor do que o terceiro diâmetro 316c. O pistão superior 302a pode apresentar um diâmetro substancialmente similar ao 318a, mas ligeiramente menor do que, o primeiro diâmetro 316a, e o pistão inferior 302b pode apresentar um diâmetro 318b substancialmente semelhante a, mas ligeiramente menor do que o segundo diâmetro 316b. Como resultado, o pistão superior 302a, incluindo a primeira e segunda vedações dinâmica 308a e 308b e a vedação superior de labirinto 310a, pode ser configurada para engatar de modo vedado às paredes internas do orifício superior 314a, e o pistão inferior 302b, incluindo a terceira e a vedação dinâmica 308c e a vedação de labirinto inferior 310b, pode ser configurado para engatar de modo vedado às paredes internas do orifício inferior 314b.

[0039] Uma vez que o diâmetro 318b do pistão inferior 302b é maior do que o diâmetro 318a do pistão superior 302a, o pistão inferior 302b apresenta uma área de pistão maior do que o pistão superior 302a. Como resultado, a pressão hidráulica aplicada sobre o pistão inferior 302b irá resultar numa força maior sendo aplicada sobre o conjunto de pistão 210, em oposição à mesma pressão hidráulica sendo aplicada sobre a parte superior 302b do pistão. Como descrito em maior detalhe abaixo, isto pode revelar-se vantajoso em minimizar ou eliminar completamente a propagação entre as pressões de abertura e fechamento da válvula de segurança 112 (FIGS. 2A- 2B) na medida em que o conjunto de pistão 210 se move dentro do orifício de pistão 208.

[0040] Referindo-se, adicionalmente, agora às FIGs. 4A e 4B, com referência continuada à FIG. 3, uma operação exemplar do conjunto de pistão 210 é agora fornecida, de acordo com uma ou mais modalidades. Seguindo a vista fornecida na FIG. 3, FIGS. 4A e 4B representam vistas progressivas do conjunto de pistão 210 enquanto este se move dentro do orifício de pistão 208, de acordo com modalidades da presente divulgação. Na FIG. 3, a pressão hidráulica foi introduzida no orifício de pistão 208 através da linha de controle 116 (FIG. 1) e porta associada 204 (FIG. 2A), tal como descrito, de forma geral, acima, e fez com que o conjunto de pistão 210 avançasse de modo a que as primeira e segunda vedações dinâmicas, 308a e 308b tenham saído do orifício superior 314a para dentro do orifício intermediário 314c. Mais particularmente, os atos do fluido hidráulico no pistão superior 302a, que engata de modo vedante na parede interna do orifício superior 314a por intermédio da primeira e segunda vedações dinâmicas 308a e 308b e, assim, hidraulicamente força o pistão superior 302a a transladar axialmente no sentido descendente (ou seja,, Para a direita na FIG. 3).

[0041] na medida em que a primeira e segunda vedações dinâmicas 308a e 308b começam a sair do orifício superior 314a, a vedação de labirinto superior 310a continua a abrir a válvula de segurança 112 (FIGS. 2A e 2B) quando a pressão dentro da linha de controle 116 (fig. 1) e o orifício do pistão 208 aumenta. Uma vez que as primeira e segunda vedações dinâmicas 308a e 308b saem do orifício superior 314a algum fluido hidráulico é capaz de passar para além do pistão superior 302a e para dentro do orifício intermediário 314c através da vedação vazante de labirinto superior 310a. Apesar de não proporcionar uma vedação de fluido para o nível da primeira e segunda vedações dinâmicas 308a e 308b, a vedação de labirinto superior 310a, no entanto, reduz significativamente a quantidade de fluido que é capaz de passar para além do orifício de pistão 302a. Como resultado, a vedação de labirinto superior 310a pode também servir para evitar que as primeira e segunda vedações dinâmicas 308a e 308b sejam "explodidas" ou sejam de outro modo danificadas pelo influxo de fluido hidráulico de alta pressão. O fluido hidráulico pode entrar e preencher o orifício intermédio 314c, sendo, assim, capaz de agir sobre o pistão inferior 302b.

[0042] Agora, com referência à FIG. 4A, na medida em que a segunda vedação dinâmica 308b emerge completamente do orifício de pistão superior 314a, o conjunto de pistão 210 pode ser configurado, ou de outro modo projetado, de tal modo que a terceira vedação dinâmica 308c entre no orifício inferior 314b, e, assim, forme um fluido vedante contra a parede interna dos mesmos. Em algumas modalidades, os comprimentos axiais dos orifícios superiores, intermédios e inferiores 314a-c podem assegurar que isso seja possível, como descrito em maior detalhe abaixo. Em outras formas de realização, o comprimento axial do membro espaçador 304 pode ajudar a garantir que a terceira vedação dinâmica 308c entre no orifício inferior 314b aproximadamente no mesmo tempo em que a segunda vedação dinâmica 308b emerge completamente do orifício de pistão superior 314a. Em ainda outras modalidades, a terceira vedação dinâmica 308c pode entrar no orifício inferior 314b antes da segunda vedação dinâmica 308b emergir completamente do orifício de pistão superior 314a ou depois da segunda vedação dinâmica 308b emergir completamente do orifício de pistão superior 314a, sem nos afastarmos do âmbito da divulgação. Em qualquer evento, na medida em que a segunda vedação dinâmica 308b emerge completamente do orifício de pistão superior 314a, a força hidráulica aplicada ao orifício de pistão 208 pode ser transferida do pistão superior 302a ao do pistão inferior 302b, o qual, como mencionado acima, exibe uma maior área de pistão que o pistão superior 302a. A combinação da vedação de labirinto superior 310a e do pistão inferior 302b pode garantir uma transição gradual a partir da primeira e segunda vedações dinâmicas 308a e 308b para a terceira vedação dinâmica 308c.

[0043] Conforme ilustrado na FIG. 4B, o conjunto de pistão 210 avançou dentro do orifício de pistão 208 de tal modo que tanto os pistões superiores e inferiores 302a e 302b entraram no orifício inferior 314b. Uma vez que o diâmetro 318a a 302a de pistão superior é menor do que o diâmetro 316c do o orifício inferior 314b, a mola de potência 234 (FIG. 2A-2B) neste momento atua apenas no pistão inferior 302b. Como resultado, a força hidráulica aplicada ao orifício de pistão 208 através da linha de controle 116 (FIG. 1) está atuando apenas sobre o pistão inferior 302b, o qual apresenta um diâmetro 318b configurado para engatar de modo vedante com as paredes internas do orifício inferior 314b.

[0044] O conjunto de pistão 210 pode continuar a avançar dentro do orifício de pistão 208 até engatar a parada abaixo 236. Mais especificamente, um ombro radial 402 definido no conjunto de pistão 210 (por exemplo, sobre a haste do pistão 216) pode envolver a parada abaixo 236 e impedir qualquer movimento axial contínuo do conjunto de pistão 210 no sentido descendente. Além disso, o engate do ombro radial 402 para baixo com a parada abaixo 236 pode resultar em uma vedação de metal com metal gerada entre os dois componentes de tal modo que a migração de fluidos (por exemplo, Fluidos hidráulicos, fluidos de produção, etc.) que por ali passa é geralmente impedida nessa localização.

[0045] Porque o pistão inferior 302b tem um diâmetro 318b maior e, portanto, apresenta uma área de pistão maior do que o pistão superior 302a, a pressão de funcionamento que "propaga-se" para válvula de segurança 112 (FIGS. 2A-2B) pode ser minimizada e/ou potencialmente eliminada. Isto é, a pressão de abertura de cima do conjunto de pistão 210 pode ser a mesma ou mesmo menor do que a pressão de fechamento acima do conjunto de pistão 210 de acordo com as modalidades descritas. Enquanto a força da mola de potência 234 (FIGS. 2A-2B) aumenta contra o conjunto do pistão 210 na medida em que a válvula de segurança 112 (FIG. 2A-2B) se move da posição de fechamento para a posição aberta, a área do pistão em que o fluído hidráulico dentro do orifício de pistão 208 é capaz de atuar sobre também aumenta à medida em o pistão 302b move-se para dentro do orifício inferior 314b e, assim, assume a pressão hidráulica força. Com uma área de pistão maior atuando, uma menor pressão hidráulica através da linha de controle 116 (FIG. 1) é necessária para mover o conjunto de pistão 210 para a extremidade do seu curso. Por conseguinte, uma vez que o fluido hidráulico começa a agir sobre o pistão inferior 302b, não é necessário pressão adicional através da linha de controle 116 para continuar o movimento para a posição aberta, uma vez que uma força hidráulica de abertura maior é provida com a mesma pressão como resultado do aumento da área de pressão do pistão inferior 302b em atuação.

[0046] Uma vez que a pressão hidráulica fornecida ao orifício de pistão 208 é reduzida, a força de mola acumulada na mola de potência 234 e qualquer pressão hidráulica abaixo do conjunto de pistão 210 pode servir para deslocar o conjunto de pistão 210 de volta para cima e para dentro do orifício do pistão 208 (por exemplo, para a esquerda nas FIGS. 3, 4A, e 4B). Na medida em que a terceira vedação dinâmica 308c sai do orifício inferior 314b no sentido ascendente e as primeira e segunda vedações dinâmicas 308a e 308b começam a reentrar no orifício superior 314a, a vedação de labirinto inferior 310b pode ajudar na transição de qualquer pressão de fluido aplicada ao orifício de pistão inferior 302b de volta para o pistão superior 302a sem o risco que a terceira vedação dinâmica 308c exploda. A combinação da vedação de labirinto inferior 310b com o pistão superior 302a assegura uma transição gradual a partir da terceira vedação dinâmica 308c de volta para as primeira e segunda vedações dinâmicas 308a e 308b dentro do orifício superior 314a. À medida em que a mola de potência 234 expande, a sua força de mola correspondentemente diminui. No entanto, a área de pistão do pistão superior 302a é menor do que a do pistão inferior 302b, fornecendo assim uma menor força de pressão hidrostática atuante contra a mola de potência 234, e, assim, permite também o fechamento da válvula de segurança 112 (FIGS. 2A-2B),a ser feito a uma pressão que é mais próxima da pressão necessária para a abertura.

[0047] Com referência agora às FIGS. 5A-5C, com referência continuada às figuras anteriores, são ilustrados diagramas esquemáticos de exemplos de modificações para o conjunto de pistão 210, de acordo com uma ou mais modalidades. Especificamente, as FIGS. 5A-5C mostram uma parte do compartimento 202 e do orifício de pistão 208 da válvula de segurança 112 (FIGS. 2A-2B). Nas FIGS. 5A-5C, o orifício do pistão 208 é dividido em orifício superior 314a, orifício intermédio 314c, e orifício inferior 314b, tal como geralmente descrito acima. Como ilustrado, o orifício superior 314a apresenta um primeiro comprimento 502 e o orifício inferior 314b exibe um segundo comprimento de 504. De acordo com a presente descrição, a pressão de operação que se propaga entre a abertura e o fechamento da válvula de segurança 112 (FIGS. 2A-2B) pode ser manipulada ou de outra forma optimizada ao variar o primeiro e o segundo comprimento 502, 504. Ao fazer isso, um operador pode ser capaz de ter uma força hidráulica do pistão inferior 302b aumentada (ou seja,, uma área de pistão maior) em um ponto ou local pré-determinado no curso do conjunto de pistão 210. Alternativamente, variar o primeiro e o segundo comprimentos 502, 504 pode se mostrar algo vantajoso para deixar cair a pressão de fechamento necessária logo após a válvula de segurança 112 começar a fechar.

[0048] Na FIG. 5A, os primeiro e segundo comprimentos de 502, 504 podem ser substancialmente idênticos. Tal modalidade pode ser útil quando o comprimento do conjunto de pistão 210 determina quando a pressão hidráulica no interior do orifício do pistão 208 atua nos pistões superiores ou inferiores 302a e 302b. Como resultado, o primeiro e o segundo comprimentos de 502, 504 de orifícios superiores e inferiores 314a e 314b, respectivamente, podem ser insignificantes ou sem importância.

[0049] Na FIG. 5B, o primeiro comprimento 502 é maior do que o segundo comprimento de 504. Tal modalidade poderá ser útil quando um operador deseja ter uma força de abertura elevada durante a maior parte da abertura da válvula de segurança 112 (FIGS. 2A-2B), mas, em seguida, a força de abertura diminui perto do fim do curso quando o pistão inferior 302b entra no orifício inferior 314b. Tal modalidade pode também revelar-se vantajosa por requisitar uma força de fechamento alta apenas durante o movimento de fechamento inicial da válvula de segurança 112 (FIGS. 2A- 2B), em que a força de fechamento necessária cai rapidamente na medida em que o pistão inferior 302b emerge do orifício inferior 314b e o pistão superior move-se rapidamente a partir do orifício inferior 314b para o orifício superior 314a.

[0050] Na FIG. 5C, o primeiro comprimento 502 é mais curto do que o segundo comprimento de 504. Tal modalidade poderá ser útil quando um operador deseja ter uma força de abertura inicial elevada que rapidamente transiciona para uma força de abertura baixa durante a maior parte do período de abertura, quando o pistão inferior 302b entra no orifício inferior 314b. Tal modalidade pode também revelar-se vantajosa em exigir uma força elevada de encerramento durante a maior parte do período de fechamento, mas a força de fechamento necessária cai quando o pistão inferior 302b emerge do orifício inferior 314b e o pistão superior move-se para o orifício superior 314a.

[0051] Agora, com referência à FIG. 6, com referência continuada às figuras anteriores, é ilustrado um outro diagrama esquemático de uma modificação exemplar que pode ser feita ao conjunto de pistão 210 presentemente divulgado, de acordo com uma ou mais modalidades. Semelhante às FIGS. 5A-5C, a FIG. 6 representa uma parte do compartimento 202 e o orifício do pistão 208 da válvula de segurança 112 (FIGS. 2A-2B). Tal como ilustrado, o orifício de pistão 208 pode ser dividido de tal forma que um pistão adicional (para além dos pistões superior e inferior 302a e 302b descritos) pode ser acomodado dentro do orifício de pistão 208, e, assim, afetar as pressões de abertura e fechamento da válvula de segurança 112 ( FIG. 2A-2B) em diferentes pontos. Mais especificamente, o orifício de pistão 208 pode ser dividido em orifício superior 314a, o orifício intermediário 314c, e orifício inferior 314b, tal como geralmente descrito anteriormente, mas pode também incluir um orifício distal 602 e um o orifício intermédio 604 distal que geralmente interpõe o orifício inferior 314b e o orifício distal 602.

[0052] O orifício distal 602 pode apresentar um diâmetro 606 que é maior do que o diâmetro 316b (FIGS. 3 e 4A-4B) do orifício inferior 314b, e o orifício intermédio distal 604 pode apresentar um diâmetro 608 que é maior do que o diâmetro 606 do orifício distal 602. O orifício distal 602 pode ser configurado para acomodar um pistão adicional (não mostrado) que tem um diâmetro que é substancialmente semelhante ao diâmetro 606 de tal modo que o pistão adicional fornece um vedante de fluido contra as paredes internas do orifício distal 602. Em algumas modalidades, o pistão adicional pode incluir uma ou mais vedações dinâmicas e uma vedação de labirinto semelhantes às vedações dinâmicas 308a-c e às vedações de labirinto 310a-b da FIG. 3. Como resultado, o pistão adicional pode ser configurado para engatar de modo vedante às paredes internas do orifício distal 602 na medida em que conjunto de pistão 210 translada axialmente dentro do orifício de pistão 208.

[0053] Além disso, uma vez que o pistão adicional apresenta um diâmetro maior do que o segundo diâmetro 316b, também proporciona uma área de pistão maior do que a área do pistão proporcionada pelo pistão inferior 302b. Por conseguinte, o pistão adicional pode ser configurado para proporcionar uma força hidráulica aumentada contra a mola de potência 234 (FIG. 2A-2B), uma vez que este entra no orifício distal 602. Como resultado, a modalidade permite ao operador ter diferentes características de força onde elas são necessárias no curso do conjunto de pistão 210, e, assim, fazendo que a propagação entre as pressões de abertura e encerramento sejam ainda mais próximas. Além disso, será apreciado que mais do que três orifícios podem ser proporcionados no conjunto de pistão 210, requerendo assim um correspondente número de pistões adicionais, sem nos afastarmos do âmbito da divulgação.

[0054] Conforme ilustrado, o orifício distal 602 pode apresentar ainda um terceiro comprimento de 610. Em algumas modalidades, o terceiro comprimento 610 pode ser mais longo do que um ou do que ambos primeiro e segundo comprimentos 502, 504. Por exemplo, em uma ou mais modalidades, o terceiro comprimento 610 pode ser mais longo do que ambos o primeiro e o segundo comprimento 502, 504. Em outras modalidades, no entanto, o terceiro comprimento 610 pode ser mais curto do que um ou ambos primeiro e segundo comprimentos 502, 504, sem se afastar do âmbito da divulgação. Como será apreciado, o terceiro troço 610 pode variar, em conjugação com o primeiro e o segundo comprimentos de 502, 504, a fim de manipular, ou de outra forma otimizar, a propagação de pressão de funcionamento entre a abertura e o fechamento da válvula de segurança 112 (FIGS. 2A-2B). Utilizando o comprimento variável 610 e o diâmetro 606 do orifício distal 602 vai permitir que o operador ajuste com maior precisão as forças de abertura e de fechamento desejadas.

[0055] Tal como usado neste documento, o termo "vedação dinâmica" é usado para indicar uma vedação que provê isolamento de pressão entre membros que têm deslocamento relativo entre os mesmos, por exemplo, uma vedação que veda contra uma superfície de deslocamento, ou uma vedação carregada sobre um membro e vedando contra o outro membro, etc. Uma vedação dinâmica pode compreender um material selecionado dentre os seguintes: materiais elastômeros, materiais não elastômeros, metais, compósitos, borrachas, cerâmicas, derivados dos mesmos, e qualquer combinação dos mesmos. Uma vedação dinâmica pode ser anexada a cada um dos membros de deslocamento relativo, tal como foles ou uma membrana flexível. Uma vedação dinâmica pode ser anexada a qualquer um dos membros de deslocamento relativo, tal como um pistão flutuante.

[0056] As modalidades divulgadas neste documento incluem: A. Uma válvula de segurança que inclui um compartimento, que tem um orifício de pistão aí definido e configurado para receber pressão do fluido hidráulico, o orifício do pistão proporciona um orifício superior que tem um primeiro diâmetro, um orifício inferior que tem um segundo diâmetro, e um orifício intermediário interpondo os orifícios inferiores e superiores e que tem um terceiro diâmetro, em que o terceiro diâmetro é maior que o segundo diâmetro e o segundo diâmetro é maior que o primeiro diâmetro, e um conjunto de pistão móvel disposto no interior do orifício do pistão e que compreende um pistão superior operativamente acoplado e axialmente compensado a partir de um pistão inferior, em que o pistão superior é configurada para engatar de forma vedante o orifício superior e o pistão inferior está configurado para engatar de modo vedante o orifício inferior, em que, quando o pistão superior está disposto no orifício intermédio, a pressão do fluido hidráulico atua sobre o pistão inferior. B. Um método de acionar uma válvula de segurança que inclui transmitir a pressão do fluido hidráulico a um orifício de pistão que proporciona um orifício superior que tem um primeiro diâmetro, um orifício inferior tendo um segundo diâmetro, e um orifício intermediário interpondo os orifícios superiores e inferiores e tendo um terceiro diâmetro, em que o terceiro diâmetro é maior que o segundo diâmetro e o segundo diâmetro é maior que o primeiro diâmetro, deslocar axialmente um conjunto de pistão disposto de modo móvel no interior do orifício do pistão, na medida em que a pressão do fluido hidráulico atua no pistão superior do conjunto de pistão que de maneira vedante engata o orifício superior, e deslocar axialmente o conjunto de pistão ainda mais no interior do orifício de pistão quando o pistão superior entra no orifício intermédio e a pressão do fluido hidráulico atua sobre um pistão inferior do conjunto de pistão que de forma vedante engata o orifício inferior, em que o pistão superior é acoplado ao pistão inferior.

[0057] Cada uma das modalidades A e B podem ter um ou mais dos seguintes elementos adicionais em qualquer combinação: Elemento 1: em que o pistão superior compreende um corpo que tem uma cabeça de pistão, pelo menos uma vedação dinâmica disposta em torno do corpo e configurada para vedar contra uma parede interna do orifício superior, e uma primeira vedação de labirinto interpondo-se a cabeça do pistão e o pelo menos uma vedação dinâmica. Elemento 2: em que o pistão inferior compreende um corpo, uma vedação dinâmica disposta em torno do corpo e configurada para vedar contra uma parede interna do orifício inferior, e uma vedação de labirinto disposta em torno do corpo. Elemento 3: compreendendo adicionalmente uma haste de pistão que se estende longitudinalmente a partir do conjunto de pistão através de, pelo menos, uma porção do orifício de pistão, um tubo de fluxo operativamente acoplado à haste de pistão e arranjado de forma móvel dentro de uma passagem de fluxo definida na válvula de segurança em resposta ao movimento do conjunto de pistão, e um dispositivo de fechamento de válvula móvel entre uma posição aberta e uma posição fechada e adaptado para restringir o fluxo de fluido através da passagem de fluxo quando na posição fechada, em que o tubo de fluxo está adaptado para deslocar o dispositivo de fechamento de válvula entre as posições aberta e fechada. Elemento 4: compreendendo adicionalmente uma mola de potência arranjada dentro de uma câmara inferior definida dentro do compartimento e configurada para acionar o conjunto de pistão para cima dentro do orifício de pistão. Elemento 5: compreendendo ainda um elemento espaçador colocado entre os pistões superior e inferior e operativamente acoplando os pistões superior e inferior. Elemento 6: em que o orifício superior apresenta um primeiro comprimento e o orifício inferior apresenta um segundo comprimento maior do que o primeiro comprimento. Elemento 7: em que o orifício superior apresenta um primeiro comprimento e o orifício inferior apresenta um segundo comprimento menor do que o primeiro comprimento. O elemento 8: que compreende adicionalmente um orifício distal e um orifício distal intermediário fornecido no orifício do pistão, em que o orifício distal intermediário interpõe o orifício inferior e o orifício distal e o orifício distal tem um quarto diâmetro maior do que o segundo diâmetro, e um pistão adicional operativamente acoplado ao pistão inferior e que faz parte do conjunto de pistão, o pistão adicional sendo configurada para engatar de modo vedado uma parede interna do orifício distal, em que, quando o pistão inferior está disposto no orifício distal intermediário, a pressão do fluido hidráulico atua sobre o pistão adicional.

[0058] Elemento 9: em que transmitir a pressão de fluido hidráulico para o orifício de pistão compreende transmitir fluido hidráulico para o orifício de pistão através de uma linha de controle. Elemento 10: em que o pistão superior compreende uma primeira vedação dinâmica e uma primeira vedação de labirinto, o método compreende, ainda, engatar de modo vedante uma parede interna do orifício superior, com a primeira vedação dinâmica, e deslocar axialmente o conjunto de pistão com a primeira vedação de labirinto na medida em que a primeira vedação dinâmica sai do orifício superior para dentro do orifício intermédio. Elemento 11: em que o pistão inferior compreende uma segunda vedação dinâmica e uma segunda vedação de labirinto, o método compreendendo, ainda, transmitir a pressão do fluido hidráulico através do pistão superior na medida em que a primeira vedação dinâmica sai do orifício superior para dentro do orifício intermédio, e de modo vedado engatar uma parede interna do orifício inferior com a segunda vedação dinâmica, pelo que a pressão do fluido hidráulico atua sobre o pistão inferior e move o conjunto de pistão. Elemento 12: compreendendo ainda a transição gradual da pressão do fluido hidráulico a partir do pistão superior para o pistão inferior com a vedação de labirinto superior. Elemento 13: em que o conjunto de pistão compreende adicionalmente uma haste de pistão que se estende longitudinalmente através de pelo menos uma porção do orifício de pistão e é acoplada operativamente a um tubo de fluxo de forma arranjado de forma móvel dentro de uma passagem de fluxo definida na válvula de segurança, o método compreendendo adicionalmente deslocar axialmente o tubo de fluxo conforme o conjunto de pistão se move dentro do orifício de pistão, e mover um dispositivo de fechamento de válvula com o tubo de fluxo de uma posição fechada, que restringe o fluxo de fluido através da passagem de fluxo, para uma posição aberta. Elemento 14: que compreende adicionalmente comprimir uma mola de potência conforme o conjunto de pistão é deslocado axialmente pela pressão do fluido hidráulico. Elemento 15: compreendendo ainda a redução da pressão do fluido hidráulico no interior do orifício do pistão, direcionar o conjunto de pistão no sentido ascendente no interior do orifício do pistão com a mola de potência dispostos no interior do orifício do pistão, engatando o conjunto do pistão em uma parada superior disposta no orifício do pistão, e gerando uma vedação mecânica entre a parada superior e o conjunto do pistão. Elemento 16: compreendendo ainda avançar o conjunto de pistão no interior do orifício de pistão até um ponto de parada disposto no orifício do pistão, e a geração de uma vedação mecânica entre o conjunto de pistão e a parada inferior. Elemento 17: em que o orifício superior apresenta um primeiro comprimento e o orifício inferior apresenta um segundo comprimento que é maior do que o primeiro comprimento. Elemento 18: em que o orifício de pistão proporciona ainda um orifício distal e um orifício distal intermediário, em que o orifício distal intermediário interpõe o orifício inferior e o orifício distal, e o orifício distal tem um quarto diâmetro maior do que o segundo diâmetro, o método compreende adicionalmente deslocar axialmente o conjunto de pistão ainda mais no interior do orifício do pistão conforme o pistão inferior entra no orifício distal intermediário e a pressão do fluido hidráulico atua sobre um pistão adicional do conjunto de pistão que engata de modo vedante no orifício distal e está operativamente acoplado ao pistão inferior.

[0059] Portanto, os sistemas e métodos divulgados são bem adaptados para atingir as finalidades e vantagens mencionadas, assim como aquelas que são inerentes às mesmas. As modalidades particulares divulgadas acima são somente ilustrativas, na medida em que os ensinamentos da presente divulgação podem ser modificados e praticados de maneiras diferentes, mas equivalentes, aparentes àqueles versados na técnica tendo o benefício dos ensinos deste documento. Além disso, nenhuma limitação é pretendida aos detalhes de construção ou projeto mostrados neste documento, além das descritas nas reivindicações abaixo. É, portanto, evidente que as modalidades ilustrativas particulares divulgadas acima podem ser alteradas, combinadas, ou modificadas e todas as tais variações são consideradas dentro do âmbito da presente divulgação. Os sistemas e métodos ilustrativos divulgados neste documento podem ser adequadamente praticados na ausência de qualquer elemento que não seja especificamente divulgado neste documento e/ou qualquer outro elemento opcional divulgado neste documento. Embora composições e métodos sejam descritos em termos de “compreendendo”, “contendo” ou “incluindo” vários componentes ou etapas, as composições e os métodos também podem “consistir essencialmente em” ou “consistir em” os vários componentes e etapas. Todos os números e intervalos divulgados acima podem variar em alguma quantidade. Sempre que um intervalo numérico com um limite inferior e um limite superior for divulgado, qualquer número e qualquer intervalo incluído que fique dentro do intervalo é especificamente divulgado. Em particular, todos os intervalos de valores (da forma, “de cerca de a cerca de b”, ou, equivalentemente, “de aproximadamente a a b” ou, equivalentemente, “de aproximadamente a-b”) divulgadas neste documento serão compreendidos como estabelecendo todo número e intervalos abrangidos dentro do intervalo mais amplo de valores. Além disso, os termos nas reivindicações têm seu significado claro e comum, a menos que definido de outra forma explicitamente e claramente pelo titular da patente. Além disso, os artigos indefinidos "um/uma” ou “uns/umas”, como usados nas reivindicações, são definidos neste documento de modo que se refiram a um ou mais dos elementos que introduzem. Se houver qualquer conflito nos usos de uma palavra ou termo neste relatório descritivo e em uma ou mais patentes ou outros documentos que possam estar incorporados neste documento por referência, devem-se adotar as definições que forem consistentes com este relatório descritivo.

Claims

1. Válvula de segurança (112), caracterizada pelo fato de que compreende: um compartimento (202), que tem um orifício de pistão (208) aí definido e configurado para receber pressão do fluido hidráulico, o orifício do pistão proporcionando um orifício superior (314a) que tem um primeiro diâmetro, um orifício inferior (314b) que tem um segundo diâmetro, e um orifício intermediário (314c) interpondo os orifícios superiores e inferiores e tendo um terceiro diâmetro, em que o terceiro diâmetro é maior que o segundo diâmetro e o segundo diâmetro é maior que o primeiro diâmetro; e um conjunto de pistão (210) disposto de modo móvel no interior do orifício do pistão (208) e que compreende um pistão superior (302a) operativamente acoplado a e axialmente desviado a partir de um pistão inferior (302b), em que o pistão superior é configurado para engatar de forma vedante o orifício superior e o pistão inferior está configurado para engatar de forma vedante o orifício inferior, em que, quando o pistão superior está disposto no orifício intermédio, a pressão do fluido hidráulico atua sobre o pistão inferior.

2. Válvula de segurança de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o pistão superior (302a) compreende: um corpo (306a) que tem uma cabeça de pistão (212); pelo menos uma vedação dinâmica (308a) disposta em torno do corpo e configurada para vedar contra uma parede interna do orifício superior; e uma primeira vedação de labirinto (310a) interpondo-se a cabeça do pistão (212) e a pelo menos uma vedação dinâmica (308a).

3. Válvula de segurança de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o pistão inferior (302b) compreende: um corpo (306b); uma vedação dinâmica (308b) disposta em torno do corpo e configurada para vedar contra uma parede interna do orifício inferior; e uma vedação de labirinto (310b) disposta em torno do corpo.

4. Válvula de segurança de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma haste de pistão (216) que se estende longitudinalmente do conjunto de pistão através de pelo menos uma porção do orifício de pistão; um tubo de fluxo (220) acoplado operativamente à haste de pistão (216) e arranjado de forma móvel dentro de uma passagem de fluxo definida na válvula de segurança em resposta ao movimento do conjunto de pistão; e um dispositivo de fechamento de válvula (226) móvel entre uma posição aberta e uma posição fechada e adaptado para restringir o fluxo de fluido através da passagem de fluxo (228) quando na posição fechada, em que o tubo de fluxo está adaptado para deslocar o dispositivo de fechamento de válvula entre posições aberta e fechada.

5. Válvula de segurança de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma mola de energia (234) arranjada dentro de uma câmara inferior (232) definida dentro do alojamento e configurada para acionar o conjunto de pistão (210) para cima dentro do orifício de pistão.

6. Válvula de segurança de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um membro espaçador (304)colocado entre os pistões superior e inferior e que operativamente acopla os pistões superior (302a) e inferior (302b).

7. Válvula de segurança de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o orifício superior (314a) apresenta um primeiro comprimento e o orifício inferior (314b) apresenta um segundo comprimento maior do que o primeiro comprimento.

8. Válvula de segurança de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o orifício superior (314a) apresenta um primeiro comprimento e o orifício inferior (314b) apresenta um segundo comprimento menor do que o primeiro comprimento.

9. Válvula de segurança de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: um orifício distal (602) e um orifício distal intermediário (604) fornecidos no orifício do pistão, em que o orifício distal intermediário (604) interpõe o orifício inferior (314b) e o orifício distal (602), e o orifício distal (602) tem um quarto diâmetro maior do que o segundo diâmetro; e um pistão adicional operativamente acoplado ao pistão inferior e que faz parte do conjunto de pistão, o pistão adicional sendo configurado para engatar de modo vedante uma parede interna do orifício distal, em que, quando o pistão inferior está disposto no orifício distal intermediário, a pressão do fluido hidráulico atua sobre o pistão adicional.

10. Método para atuar uma válvula de segurança, caracterizado pelo fato de que compreende: transmitir a pressão do fluido hidráulico a um orifício de pistão (208) que proporciona um orifício superior (314a) que tem um primeiro diâmetro, um orifício inferior (314b) tendo um segundo diâmetro, e um orifício intermediário (314c) interpondo os orifícios superior e inferior e que tem um terceiro diâmetro, em que o terceiro diâmetro é maior do que o segundo diâmetro e o segundo diâmetro é maior que o primeiro diâmetro; deslocar axialmente um conjunto de pistão (210) disposto de modo móvel no interior do orifício do pistão (208), conforme a pressão do fluido hidráulico atua sobre um pistão superior (302a) do conjunto de pistão (210) que engata de forma vedante com o orifício superior; e deslocar axialmente o conjunto de pistão ainda mais no interior do orifício do pistão (208) conforme o pistão superior (302a) entra no orifício intermediário (314c) e a pressão do fluido hidráulico atua sobre um pistão inferior (302b) do conjunto de pistão que de modo vedante engata o orifício inferior (314b), em que o pistão superior está acoplado ao pistão inferior.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de transmitir a pressão de fluido hidráulico para o orifício de pistão (208) compreende transmitir fluido hidráulico para o orifício de pistão através de uma linha de controle (116).

12. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o pistão superior (314a) compreende uma primeira vedação dinâmica e uma primeira vedação de labirinto, o método compreendendo ainda: acoplar de forma vedante uma parede interna do orifício superior (208), com a primeira vedação dinâmica; e deslocar axialmente o conjunto de pistão (210) com o primeiro vedante de labirinto conforme a primeira vedação dinâmica sai do orifício superior para dentro do orifício intermediário.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o pistão inferior compreende uma segunda vedação dinâmica (308b) e uma segunda vedação de labirinto (310b), o método compreendendo ainda: transmitir a pressão do fluido hidráulico através do pistão superior conforme a primeira vedação dinâmica sai do orifício superior para dentro do orifício intermediário; e de modo vedante envolver uma parede interna do orifício inferior com a segunda vedação dinâmica, pela qual a pressão do fluido hidráulico atua sobre o pistão inferior e move o conjunto de pistão.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a transição gradual da pressão do fluido hidráulico a partir do pistão superior para o pistão inferior com a vedação de labirinto superior.

15. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o conjunto de pistão (210) compreende adicionalmente uma haste de pistão (216) que se estende longitudinalmente através de pelo menos uma porção do orifício de pistão e é operativamente acoplada a um tubo de fluxo (220) arranjado de forma móvel dentro de uma passagem de fluxo definida na válvula de segurança, o método compreendendo adicionalmente: deslocar axialmente o tubo de fluxo (220) conforme o conjunto de pistão se move dentro do orifício de pistão (208); e mover um dispositivo de fechamento de válvula (226) com o tubo de fluxo de uma posição fechada que restringe o fluxo de fluido através da passagem de fluxo (228) para uma posição aberta.

16. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a compressão de uma mola de potência (234) conforme o conjunto de pistão (210) é deslocado axialmente pela pressão do fluido hidráulico.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: reduzir a pressão do fluido hidráulico no interior do orifício do pistão (208); deslocar o conjunto de pistão (210) no sentido ascendente no interior do orifício do pistão com a mola de potência (234) disposta no interior do orifício do pistão; engatando o conjunto do pistão em uma parada acima disposta no orifício do pistão; e gerando um selo mecânico entre a parada acima e o conjunto do pistão.

18. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: fazer avançar o conjunto de pistão (210) no interior do orifício do pistão (208), até engatar com uma parada para baixo disposta no orifício do pistão; e gerando uma vedação mecânica entre o conjunto do pistão e a parada para baixo.

19. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o orifício superior (314a) apresenta um primeiro comprimento e o orifício inferior (314b) apresenta um segundo comprimento que é maior do que ou menor do que o primeiro comprimento.

20. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o orifício de pistão (208) proporciona ainda um orifício distal (602) e um orifício distal intermediário (604), em que o orifício distal intermediário (604) interpõe o orifício inferior (314b) e o orifício distal (602), e o orifício distal tem um quarto diâmetro maior do que o segundo diâmetro, o método compreende adicionalmente: deslocar axialmente o conjunto de pistão (210) ainda mais no interior do orifício do pistão quando o pistão inferior (302b) entra no orifício distal intermediário (604) e a pressão do fluido hidráulico atua sobre um pistão adicional do conjunto de pistão que engata de modo vedado no orifício distal (602) e está operativamente acoplado ao pistão inferior.