BR112016022865B1

BR112016022865B1 - Conjunto e método de vedação para produzir uma vedação contra um componente de equipamento de campo petrolífero

Info

Publication number: BR112016022865B1
Application number: BR112016022865-0A
Authority: BR
Inventors: James W. Chambers; Richard D. Wilson
Original assignee: Weatherford Technology Holdings, Llc
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2022-05-03
Also published as: EA039107B1; MX2016013226A; CA2942840C; EA201692194A1; AU2015253019A1; WO2015168445A2; GB2542036A; AU2015253019B2; BR112016022865A2; WO2015168445A3; US10077604B2; GB201617731D0; GB2542036B; WO2015168445A4; CA2942840A1; US20150315845A1; NO20161541A1

Abstract

ARMAÇÃO DE ELEMENTO DE VEDAÇÃO. Um conjunto de vedação para produzir uma vedação contra um componente de equipamento de campo petrolífero em um furo de poço. O conjunto de vedação tem uma carcaça de suporte e a carcaça de suporte define uma parede interna e uma abertura configuradas para comunicação por fluido com o furo de poço. Tal parede interna define um ressalto de detenção e a carcaça de suporte tem uma estrutura de limite próxima a uma ou às duas extremidades. Um elemento de vedação está contido no interior da carcaça de suporte. Um anel está conectado ao elemento de vedação em uma extremidade ou em ambas. Cada anel é configurado para movimento deslizante ao longo da parede interna da carcaça de suporte e configurado ainda para flutuar entre o ressalto de detenção e a estrutura de limite.

Description

FUNDAMENTOS CAMPO TÉCNICO

[001] Modalidades exemplares descritas no presente documento se referem a técnicas para produzir a vedação contra ferramentas de dentro do poço em um poço.

[002] As operações em campos de petróleo podem ser efetuadas para se extrair fluidos do solo. Quando um local de poço é completado, o equipamento de controle de pressão pode ser colocado na proximidade da superfície do solo incluindo em um ambiente submarino. O equipamento de controle de pressão pode controlar a pressão no poço durante a perfuração, completação e produção do poço. O equipamento de controle de pressão pode incluir preventores de explosão (BOPs), dispositivos de controle rotativos e semelhantes.

[003] O dispositivo de controle rotativo ou RCD é um dispositivo de perfuração com uma vedação rotativa que entra em contato com a coluna de perfuração (tubulação de perfuração, revestimento, comandos etc.) e produz uma vedação contra ela, com a finalidade de controlar a pressão ou o fluxo de fluido para a superfície. O RCD pode ter uma multiplicidade de conjuntos de vedação e, como parte de um conjunto de vedação, pode ter dois ou mais elementos de vedação na forma de borrachas de deslocamento longitudinal para engatar com a coluna de perfuração e controlar a pressão na direção ascendente e/ou descendente das borrachas de deslocamento longitudinal. Para referência a descrições existentes de dispositivos de controle rotativos e/ou para o controle de pressão consultem, por exemplo, as patentes U.S. Nos. 5.662.181; 6.138.774; 6.263.982; 7.159.669; e 7.926.593, cujo conteúdo é pelo presente incorporado ao presente documento a título de referência.

[004] Além disso, os elementos de vedação no RCD ou outros equipamentos de controle de pressão têm a tendência de se gastarem rapidamente. Estes elementos de vedação sofrem tanto cargas de pressão (tais como pressão de furo de poço) como cargas por fricção (tal como a fricção causada pela interação entre uma junta de ferramenta e o elemento de vedação). Pode-se referir a tal(tais) carga(s) aplicadas através da extremidade inferior ou superior do elemento de vedação como uma carga de extremidade. De modo análogo, e a título de exemplo, as juntas que atravessam o elemento de vedação podem produzir a falha do elemento de vedação por tensões, eventualmente causando fadiga e/ou fazendo com partes do material de vedação seja dilacerado do elemento de vedação. Em poços de alta pressão e/ou de alta temperatura, a necessidade é ainda maior para um elemento de vedação e/ou uma porta-vedação mais robusta e de um projeto mais eficiente. À medida que a coluna de perfuração é introduzida e/ou extraída do RCD, este movimento pode ter determinados efeitos que poderiam aumentar o risco de falha uma vez que o elemento de vedação está sujeito a cargas aumentadas. O movimento lateral e axial (para cima ou para baixo) produzirá uma deformação e desgaste nos elementos de vedação conforme será descrito com mais detalhes abaixo. Para referência a descrições existentes de elementos de vedação e/ou de conjuntos de vedação, consulte, por favor, as patentes U.S. Nos. 6.910.531 e 7.926.560 cujo conteúdo é incorporado ao presente documento a título de referência.

[005] Os elementos de vedação pode também ser ou de ativação passiva ou ativa. Em um tipo de projeto de elemento de vedação passivo, a extremidade superior do elemento de vedação pode ser montada no conjunto de mancal no RCD. Em uso, a carga máxima aplicada no elemento de vedação ocorre quando uma junta de ferramenta é extraída do furo. Se uma pressão e/ou uma fricção suficiente for aplicada sobre o elemento de vedação, o elemento de vedação se revirará pelo avesso durante este movimento. Um elemento de vedação adequadamente projetado resistirá a esta virada pelo avesso, mas pode ser danificado na proximidade do seu anel de armação metálico. Assim, há a necessidade de um RCD melhorado para reduzir o desgaste nos elementos de vedação dentro do RCD.

SUMÁRIO

[006] Um conjunto de vedação é descrito para produzir uma vedação contra um componente de equipamento de campo petrolífero em um furo de poço. O conjunto de vedação tem uma carcaça de suporte e a carcaça de suporte define uma parede interna e uma abertura configurada para comunicação por fluido com o furo de poço. Tal parede interna define um ressalto de detenção e a carcaça de suporte tem uma estrutura de limite na proximidade de uma das extremidades ou em ambas. Um elemento de vedação está contido dentro da carcaça de suporte. Um anel está conectado ao elemento de vedação em uma das extremidades ou em ambas. Cada anel é configurado para ter um movimento deslizante ao longo da parede interna da carcaça de suporte e configurada ainda para flutuar entre o ressalto de detenção e a estrutura de limite.

[007] Conforme usados no presente documento, o termo “RCD” ou “RCDs” e a expressão “aparelho de controle de pressão” ou “dispositivo(s) de controle de pressão” se referirão a aparelho(s)/dispositivo(s) de controle de pressão que incluem, mas sem limitação, preventor(es) de explosão (BOPs) e dispositivo(s) de controle rotativo(s) (RCDs).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] As modalidades exemplares poderão ser mais bem compreendidas e numerosos objetivos, características e vantagens se tornarão aparentes aos versados na técnica por referência aos desenhos apensos. Estes desenhos são usados para ilustrar somente as modalidades exemplares e não devem ser considerados como limitando o seu âmbito, pois a presente invenção pode admitir outras modalidades exemplares igualmente efetivas. As figuras não estão necessariamente em escala e determinados elementos e determinadas vistas das figuras podem ser mostradas em uma escala exagerada ou em esquema visando a clareza e a precisão. A Figura 1 ilustra uma vista em seção transversal de um RCD mostrando uma modalidade exemplar de uma armação de elemento de vedação. A Figura 2 ilustra uma vista em seção transversal de um RCD mostrando uma modalidade exemplar alternativa de uma armação do elemento de vedação. A Figura 3 ilustra uma vista em seção transversal de um RCD mostrando uma modalidade exemplar alternativa de uma armação de elemento de vedação com um sistema de redução de pressão e um acumulador de nitrogênio.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADE(S) EXEMPLAR(ES)

[009] A descrição que segue inclui aparelhos, métodos, técnicas e sequências de instruções exemplares que incorporam técnicas do objeto da presente invenção. No entanto, deve ficar subentendido que as modalidades exemplares descritas podem ser colocadas em prática sem estes detalhes específicos.

[010] A Figura 1 ilustra uma vista em seção transversal de um dispositivo de controle rotativo (RCD) ou dispositivo de controle de pressão 10 mostrando uma modalidade exemplar de uma armação de elemento de vedação ou conjunto de vedação 20. O RCD 10 (não mostrado completamente, mas incorporado a título de referência) tem um ou mais elementos de vedação 40 para produzir a vedação de um item do equipamento de campo petrolífero 50 em um sítio de peço (não mostrado, mas incorporado a título de referência) na proximidade de um furo de poço (não mostrado mas incorporado a título de referência) (ou em um ambiente marinho acima e/ou abaixo da água; ou para a perfuração direcional sob um obstáculo) formado no solo e revestido com um revestimento. O um ou mais RCDs 10 podem controlar a pressão no interior do furo de poço. Tipicamente, uma porção interna do RCD 10 é projetada para produzir uma vedação ao redor de um componente de equipamento de campo petrolífero 50 e para girar com o equipamento de campo petrolífero 50 usando um elemento de vedação interno 40 e mancais rotativos. Os elementos de vedação 40 são mostrados e descritos no presente documento como estando localizados em um RCD 10. O um ou mais elementos de vedação 40 podem consistir em um ou mais borrachas de deslocamento longitudinal anulares, ou elementos de vedação 40, localizados no interior do RCD 10. Os elementos de vedação 40 podem ser configurados para engatar radialmente com o equipamento de campo petrolífero 50 e produzir uma vedação contra ele durante as operações petrolíferas. Adicionalmente, a porção interna do RCD 10 permite que o equipamento de campo petrolífero 50 se desloque axialmente e de modo deslizante através do RCD 10. O equipamento de campo petrolífero 50 pode ser qualquer equipamento rotativo adequado a ser vedado pelo elemento de vedação 40.

[011] O conjunto de vedação 20 inclui uma carcaça de suporte 30 e um elemento de vedação 40. A carcaça de suporte 30 pode estar localizada acima, abaixo ou no interior do conjunto de sustentação (não mostrado, mas incorporado a título de referência) do RCD 10. A carcaça de suporte 30 é oca em seu interior para permitir a retenção e a sustentação do elemento de vedação 40 e de um componente de equipamento de campo petrolífero 50. Além disso, a carcaça de suporte 30 pode ter uma tampa, colar ou estrutura de limite 33a de extremidade superior e uma tampa, colar ou estrutura de limite de extremidade inferior 33b. A parede interna 31 da carcaça de suporte 30 pode também definir um ou mais ressaltos de detenção 32 (formados pela variação no diâmetro interno da parede interna 31 no(s) ressalto(s) de detenção 32, por exemplo). A parede interna 31 e o diâmetro externo 46 do elemento de vedação 40 podem também definir uma câmara 36. A carcaça de suporte 30 também tem uma ou mais aberturas 34, que permitem que a pressão do poço atue sobre o diâmetro externo 46 do elemento de vedação 40 através da câmara 36. O(s) ressalto(s) de detenção 32 pode(m) ser substituído(s) por outras estruturas de detenção, tais como uma crista, cavilha através da carcaça de suporte 30 ou semelhantes.

[012] Além disso, o conjunto de vedação 20 pode ser um conjunto de vedação do tipo passivo. Em um conjunto de vedação do tipo passivo 20, o fluido ou a pressão de um sistema de controle externo não é necessário para operar o conjunto de vedação 20, pelo contrário, o conjunto de vedação 20 utiliza a pressão do furo de poço ou a pressão estática para criar uma vedação ao redor do componente de equipamento de campo petrolífero 50.

[013] O elemento de vedação 40 é fixado ou ligado a um anel superior 42a e a um anel inferior 42b. Embora o elemento de vedação 40 possa ser formado de um material flexível sólido, tal como um elastômero ou borracha, os anéis 42 podem ser formados de materiais rígidos ou mais rígidos do que o material flexível usado para o elemento de vedação 40, tal como um metal. O anel superior 42a e o anel inferior 42b podem ter vedações estanques a fluido 43 adjacentes à carcaça de suporte 30. Além disso, o elemento de vedação 40 pode ter um diâmetro interno 44 que produz uma vedação contra o componente de equipamento de campo petrolífero 50, e um diâmetro externo 46. O elemento de vedação 40, o anel superior 42a, o anel inferior 42b e a carcaça de suporte 30 também definem uma câmara 38 através da qual um componente de equipamento de campo petrolífero 50 pode se deslocar. Na modalidade exemplar ilustrada na Figura 1, o anel inferior 42b do elemento de vedação 40 se encontra em uma posição fixa em relação à carcaça de suporte 30. O anel inferior 42b é fixado à carcaça de suporte 30 através de fixação ou armação na tampa de extremidade inferior 33b usando meios convencionais tais como parafusos ou cavilhas 48. O anel superior 42a pode flutuar para cima e para baixo pelo poço de uma distância limitada pela carcaça de suporte 30 conforme definido através da tampa de extremidade superior 33a e pelo ressalto de detenção 32.

[014] O equipamento de campo petrolífero 50, conforme ilustrado na Figura 1 inclui uma tubulação de perfuração 52 e uma junta de ferramenta 54. O equipamento de campo petrolífero 50 pode incluir uma coluna de tubulação de perfuração constituída de tubulações de perfuração individuais 52 e de juntas 54 que formam uma superfície externo de diâmetro variável para o equipamento de campo petrolífero 50. Conforme mostrado na Figura 1, uma superfície externa de diâmetro menor pode ser a superfície externa da tubulação de perfuração 52, e uma superfície externa de diâmetro maior pode ser tipicamente formada em uma junta da ferramenta 54 entre as tubulações de perfuração 52 na coluna ou componente de equipamento de campo petrolífero 50. Tanto o diâmetro externo da superfície da tubulação de perfuração 52 como a junta de ferramenta podem ser maiores do que o diâmetro interno 44 do elemento de vedação 40, para permitir a junta por interferência entre o componente de equipamento de campo petrolífero 50 e o conjunto de vedação passivo 20. Como resultado, quando se realiza a deslocamento longitudinal da junta de ferramenta 54 para dentro ou para fora do furo de poço, o elemento de vedação 40 pode ser submetido a uma tensão fricção e/ou pressão significativas que podem danificar o elemento de vedação 40.

[015] A modalidade exemplar na Figura 1 reduz ou remove a força ou carga na extremidade de pressão exercida sobre o conjunto de vedação passivo 20. A pressão no furo de poço atua sobre o diâmetro externo 46 do elemento de vedação 40 através das aberturas 34 da carcaça de suporte 30 para criar uma vedação contra o componente de equipamento de campo petrolífero 50. Mas a carga na extremidade de pressão é removida ou reduzida a partir da extremidade inferior do elemento de vedação 40, uma vez que a extremidade inferior não vê a pressão no furo de poço devido ao fato do anel inferior 42b permanecer fixado à tampa de extremidade inferior 33b (e o anel superior 42a flutua). Adicionalmente, quando se extrai o equipamento de campo petrolífero 50 incluindo a junta de ferramenta 54, o elemento de vedação 40 pode sair do caminho, deformando-se para compensar a tensão adicional de dois modos (em combinação ou separadamente). Em primeiro lugar, o elemento de vedação 40 pode se deslocar furo acima quando a pressão/fricção proveniente da junta de ferramenta 54 é exercida contra o elemento de vedação 40 à medida que a junta de ferramenta 54 estiver sendo extraída. O elemento de vedação 40 e mais especificamente o anel superior 42a se desloca ou flutua para compensar a tensão exercida entre o ressalto de detenção 32a e a tampa de extremidade superior 33a. O anel inferior 42b permanece fixado à tampa de extremidade inferior 33b. Em segundo lugar, o elemento de vedação 40 pode também se deformar em uma câmara 36 para compensar a tensão e/ou a pressão exercida a partir da junta de ferramenta 54. Deste modo, a carga na extremidade de pressão é aliviada do elemento de vedação 40 e a extremidade superior do elemento de vedação 40 é livre para se deslocar dentro dos de limites definidos pelo ressalto de detenção 32a e pela tampa de extremidade superior 33a, impedindo assim que o elemento de vedação 40 seja danificado e/ou que se vire pelo avesso. O ressalto de detenção 32a também inibe uma compressão indesejável do elemento de vedação 40.

[016] A Figura 2 ilustra uma vista em seção transversal de um RCD 10 mostrando uma modalidade exemplar alternativa de uma armação de elemento de vedação ou conjunto de vedação 20. Para fins de conveniência, os componentes na Figura 2 que são análogos aos componentes na Figura 1 serão identificados com os mesmos indicadores numéricos. Além disso, o conjunto de vedação 20 na Figura 2 é também um conjunto de vedação do tipo passivo. A modalidade exemplar ilustrada na Figura 2 reduz a carga na extremidade criada pela pressão no furo de poço e a carga na extremidade criada pela deslocamento longitudinal do componente de equipamento de campo petrolífero 50 entrando e saindo do RCD 10 (essencialmente conservando ou mantendo o elemento de vedação 40 em um estado maior de tensão em comparação com o elemento de vedação 40 ou em vez de permitir que o elemento de vedação 40 se dobre por compressão dentro de um espaço de trajetória relativamente limitado). Conforme ilustrado, o elemento de vedação 40 foi forçado radialmente para dentro para formar uma vedação contra o componente de equipamento de campo petrolífero 50. Na modalidade exemplar ilustrada na Figura 2, a carcaça de suporte 30 tem uma tampa, colar ou estrutura de limite de extremidade superior 33a e uma tampa, colar ou estrutura de limite de extremidade inferior 33b análogas às da Figura 1. A carcaça de suporte 30 também define uma ou mais aberturas 34 em que a pressão no poço pode atuar sobre o diâmetro externo 46 do elemento de vedação 40. No entanto, na modalidade exemplar ilustrada na Figura 2 a carcaça de suporte 30 define dois ressaltos de detenção 32 (formados, por exemplo, fazendo-se variar o diâmetro interno da parede interna 31 no(s) ressalto(s) 32), um ressalto de detenção superior 32a e um ressalto de detenção inferior 32b através da parede interna 31(ao passo que a Figura 1 ilustra uma modalidade exemplar tendo somente um ressalto de detenção 32). O(s) ressalto(s) de detenção 32 pode ser substituído por outras estruturas de detenção tais como uma crista, cavilha através da carcaça de suporte 30 ou semelhante.

[017] Além disso, o elemento de vedação 40 na Figura 2 é também fixado ou ligado a um anel superior 42a e a um anel inferior 42b. O elemento de vedação 40 também define um diâmetro interno 44, um diâmetro externo 46. NO entanto na modalidade exemplar alternativa ilustrada na Figura 2, o anel inferior 42b não é fixado nem preso na tampa de extremidade inferior 33b, ao passo que na modalidade exemplar da Figura 1, o anel inferior 42b se encontra em uma posição fixada em relação à carcaça de suporte 30. Assim, tanto o anel superior 42a como o anel inferior 42b do elemento de vedação 40 têm a capacidade de flutuar de uma distância limitada. O anel superior 42a pode flutuar de uma distância X limitada pelo ressalto de detenção superior 32a e pela tampa de extremidade superior 33a. O anel inferior 42b pode flutuar de uma distância Y limitada pelo ressalto de detenção inferior 32b e pela tampa de extremidade inferior 33b. A distância Y é superior à distância X.

[018] A Figura 2 ilustra uma modalidade exemplar que permite que o elemento de vedação 40 flutue tanto poço acima como poço abaixo quando o componente de equipamento de campo petrolífero 50 estiver sendo submetida a deslocamento longitudinal para dentro ou para fora do elemento de vedação 40 com base na capacidade de flutuação dos anéis de montagem superior e inferior 42. Quando se estiver introduzindo a junta de ferramenta 54, como a distância Y é superior à distância X, topa-se com o ressalto de detenção 32a antes do anel inferior 42b topar com a tampa de extremidade inferior 33b (podendo, portanto, o anel inferior 42b flutuar durante a introdução e as forças direcionais entre a pressão no furo de poço e a junta de ferramenta 54 são subtraídas); assim, a carga na extremidade é reduzida sobre o anel inferior durante a introdução. Quando se estiver extraindo a junta de ferramenta 54, topa-se com o ressalto de detenção 32b quando o elemento de vedação 40 flutua para cima, removendo-se a carga na extremidade. Continuando com o exposto assim, o elemento de vedação 40 pode se deslocar ou flutuar poço abaixo quando a pressão da junta de ferramenta 54 for exercida contra o elemento de vedação 40 à medida que a junta de ferramenta 54 estiver sendo introduzida. Tal como na Figura 1, o elemento de vedação 40 pode também se deformar na câmara 36 para compensar a tensão originando-se da introdução e extração da junta de ferramenta 54 do poço. Assim, a modalidade exemplar ilustrada na Figura 2 pode reduzir o esforço aplicado sobre o elemento de vedação 40 para os casos de se introduzir e extrair uma junta de ferramenta 54 do poço, reduzindo assim a carga na extremidade criada pela pressão no poço.

[019] A Figura 3 ilustra uma vista em seção transversal de um RCD ou dispositivo de controle de pressão 10 mostrando uma modalidade exemplar alternativa de uma armação de elemento de vedação ou conjunto de vedação 20. Para fins de conveniência, os componentes na Figura 3 que são análogos aos componentes da Figura 1 serão identificados com os mesmos indicadores numéricos. Além disso, o conjunto de vedação 20 na Figura 3 é também um conjunto de vedação do tipo passivo (isto é, ativado sem a necessidade de um sistema de controle externo), assim como os conjuntos de vedação 20 nas Figuras 1-2. Conforme ilustrado, o elemento de vedação 40 foi forçado radialmente para dentro para produzir a vedação contra o equipamento de campo petrolífero 50. Na modalidade exemplar ilustrada na Figura 3, a carcaça de suporte 30 tem uma tampa, colar ou estrutura de limite de extremidade superior 33a e uma tampa de extremidade, colar ou estrutura de limite inferior 33b análogas às da Figura 1. A carcaça de suporte 30 tem também uma ou mais aberturas 34 em que a pressão no poço P2 pode atuar indiretamente sobre o diâmetro externo 46 do elemento de vedação 40.

[020] Na Figura 3, a carcaça de suporte 30 define ainda um sistema de redução de pressão 60 e um acumulador de nitrogênio 70 adjacente à câmara 38 que aloja o elemento de vedação 40 e o componente de equipamento de campo petrolífero 50. O sistema de redução de pressão 60 se encontra em comunicação com o poço e fornece fluido ao RCD 10. O sistema de redução de pressão 60 tipicamente inclui um conjunto de êmbolo 69, uma câmara superior 66 e uma câmara inferior 67. O conjunto de êmbolo 69 inclui um êmbolo menor 61 e um êmbolo maior 63. O êmbolo menor 61 tem uma área superficial relativamente menor A61 em comparação com o êmbolo maior 63 que tem uma área superficial relativamente maior A63. A pressão na câmara superior 66 e na câmara 36 é rotulada como P1 e a pressão na câmara inferior 67 assim como no poço é rotulada como P2. Os êmbolos 61 e 63 são construídos e dispostos de modo tal, que mantenham um diferencial de pressão entre P1 e P2. Isto é, os êmbolos 61 e 63 são projetados para manter uma relação específica entre as áreas superficiais, A61/A63, de modo tal que a pressão P1 das câmaras 36, 66 seja uma fração (especificamente a fração ou relação A61/A63) da pressão no poço, P2 (expressa como P1 = P2* (A61/A63). Isto pode resultar em uma redução relativamente significativa na pressão P1 conforme aplicada ao elemento de vedação 40. A pressão reduzida P1 também alivia a tensão ou a carga de fricção conforme aplicada devido à interação entre o componente de equipamento de campo petrolífero 50 e o elemento de vedação 40 no seu diâmetro interno 44. A título de exemplo somente, o diferencial de pressão entre P1 e P2 pode ser de 1000 psi (6894,7 kPa). Adicionalmente, uma multiplicidade de elementos de vedação 65 pode estar disposta ao redor dos êmbolos 61 e 63 para formar uma vedação estanque a fluido entre as câmaras 66 e 67.

[021] O sistema de redução de pressão 60 pode opcionalmente incluir e estar em comunicação por fluido com um compensador tal como um acumulador 70 (a título de exemplo, cheio com nitrogênio ou pode ser mesmo ser compensado com o emprego de uma mola). A inclusão de um acumulador de nitrogênio 70 pode depender de alterações de temperatura, da profundidade abaixo do nível do mar e/ou das exigências de efeitos do acumulador para a passagem de juntas de ferramenta 54. O acumulador de nitrogênio 70 pode opcionalmente ser usado como um local para armazenagem de fluido ou para a compensação de flutuações de pressão ou temperatura no RCD 10. O acumulador de nitrogênio 70 pode inclui uma câmara de nitrogênio 72 e um êmbolo para nitrogênio 74. Adicionalmente, um ou mais elementos de vedação 65 podem ser dispostos ao redor do êmbolo de nitrogênio 74 para formar uma vedação estanque a fluido entre as câmaras 66 e 72. Se P1 nas câmaras 36, 66 flutuar, ou quando se estiver enchendo a câmara 66 com óleo e/ou quando a junta de ferramenta 54 se deforma ou faz expandir o elemento de vedação 40, o êmbolo para nitrogênio 74 pode se ajustar dentro ou fora da câmara de nitrogênio 72 para permitir uma margem de erro para manter uma vedação ao redor do componente de equipamento de campo petrolífero 50. A câmara de nitrogênio 72 pode ser cheia com um volume de pressão controlada de gás nitrogênio conforme será do conhecimento dos versados na técnica. Se for utilizada a modalidade exemplar do acumulador de nitrogênio 70 opcional, a título de exemplo somente e somente com uma outra opção, mas não limitada a ela, um transdutor de pressão (não mostrado) mede a pressão no poço P2 e subsequentemente injeta nitrogênio de uma unidade de superfície (não mostrada) na câmara 72 à mesma pressão como a pressão P2. A pressão na câmara de nitrogênio 72 pode ser ajustada à medida que a pressão no poço P2 se altera, mantendo assim o diferencial de pressão desejado, de 1000 psi (6894,76 kPa), por exemplo, entre a pressão P1 e a pressão no poço P2.

[022] O sistema de redução de pressão 60 fornece uma pressão reduzida do poço para ativar o elemento de vedação 40 para produzir uma vedação ao redor do componente de equipamento de campo petrolífero 50. Inicialmente, enche-se com um fluido, tal como óleo, a câmara superior 66 e veda- se em seguida. O fluido no poço proveniente do poço está em comunicação por fluido com a câmara inferior 67. Portanto, à medida que a pressão no poço aumenta, a pressão P2 na câmara inferior 67 aumenta. A pressão na câmara inferior 67 faz com que os êmbolos 61 e 63 se desloquem axialmente para cima forçando fluindo na câmara superior 66 entrar na abertura 34 e pressurizar a câmara 36. À medida que a câmara 36 se enche com o óleo, a pressão na câmara 36 e na câmara superior 66 aumenta fazendo com que o elemento de vedação 40 se desloque radialmente para dentro para produzir uma vedação ao redor do componente de equipamento de campo petrolífero 50. Deste modo, o elemento de vedação 40 é indiretamente ativado pela pressão no poço, permitindo que o RCD 10 produza a vedação ao redor de um componente de equipamento de campo petrolífero 50. NO entanto, como o sistema de redução de pressão 60 atua para reduzir a pressão P2 até uma pressão reduzida P1 nas câmaras 36 e 66, o elemento de vedação 40 é submetido a uma carga de pressão reduzida para fechar contra o equipamento de campo petrolífero 50. A pressão reduzida P1 também resulta em uma carga de fricção mais baixa ou reduzida no diâmetro interno 44 do elemento de vedação 40. Assim, por exemplo, enquanto um elemento de vedação 40 possa ser operado a pressão de poço P2 de 2500 psi (17236,9 kPa), o elemento de vedação poderá bastar somente uma pressão de fechamento P1 de 1500 psi (10342,14 kPa) para efetuar uma vedação suficiente contra o componente de equipamento de campo petrolífero 50, e reduzir fricção/tensão no elemento de vedação 40.

[023] Na modalidade exemplar da Figura 3, tal como na Figura 1, a carga na extremidade de pressão é removida ou reduzida da extremidade inferior do elemento de vedação 40, uma vez que a extremidade inferior não percebe a pressão de poço devido ao fato de que o anel inferior 42b permanece fixado à tampa de extremidade inferior 33b (e o anel superior 42a flutua). Adicionalmente, quando se extrai o equipamento de campo petrolífero 50 e a junta de ferramenta 54 na modalidade exemplar ilustrada na Figura 3, o elemento de vedação 40 se deslocará do seu caminho, deformando-se para compensar a tensão adicional de dois modos (em combinação ou separadamente). Em primeiro lugar, o elemento de vedação 40 pode se deslocar poço acima, quando a pressão/fricção originada da junta de ferramenta 54 é exercida contra o elemento de vedação 40 à medida que a junta de ferramenta 54 está sendo extraída. O elemento de vedação 40 se desloca para compensar a tensão exercida à medida que o anel superior 42a flutua entre o ressalto de detenção 32 e a tampa de extremidade superior 33a e o anel inferior 42b permanece fixado à tampa de extremidade inferior 33b. em segundo lugar, o elemento de vedação 40 pode também se deformar em uma câmara 36 para compensar a tensão e/ou a pressão exercida da junta de ferramenta 54. Quando o elemento de vedação 40 se deforma na câmara 36, o acumulador de nitrogênio 70 pode se ajustar para permitir uma margem de erro produzida pela junta de ferramenta 54 entrando em contato do diâmetro interno 44 do elemento de vedação 40. Deste modo, a carga na extremidade de pressão é aliviada do elemento de vedação 40 e a extremidade superior do elemento de vedação 40 está livre para se deslocar dentro dos limites definidos pelo ressalto de detenção 32a e pela tampa de extremidade superior 33a, impedindo assim que dano ao elemento de vedação 40 e/ou que seja virado pelo avesso. O ressalto 32a também inibe uma compressão indesejável do elemento de vedação 40. Além disso, a modalidade exemplar ilustrada na Figura 3 permite que o elemento de vedação passivo 40 seja submetido somente à quantidade de pressão necessária para produzir a vedação contra o equipamento de campo petrolífero 50, reduzindo ainda mais, assim, o dano sofrido pelo elemento de vedação passivo 40 (incluindo o devido à fricção à medida que a junta da ferramenta 54 atravessa o elemento de vedação 40), mantendo ao mesmo tempo a ativação da pressão de poço P2. Como o diâmetro externo 46 do elemento de vedação é muito maior do que o diâmetro interno 44, pode ser aplicada uma redução significativa de pressão, reduzindo assim a pressão P1 que o elemento de vedação 40 percebe em relação à pressão do poço. A modalidade exemplar proporciona ainda a vantagem de se minimizar o contato do fluido do poço somente a áreas limitadas do conjunto de vedação 20, tal como no diâmetro interno do elemento de vedação 44.

[024] As modalidades exemplares da Figura 2 e da Figura 3 podem ser combinadas (não mostradas) para permitir que o elemento de vedação 40 flutue nas duas extremidades, combinado com o sistema de redução de pressão e uma câmara de nitrogênio/compensação.

[025] Embora as modalidades exemplares sejam descritas com referência a diversas implementações e exploração, deve ficar subentendido que estas modalidades exemplares são ilustrativas e que o âmbito do assunto inventivo não é limitado a elas. Muitas variações, modificações, adições e melhoramentos são possíveis. As implementações e técnicas usadas no presente documento, por exemplo, podem ser aplicadas a quaisquer desborradores, vedações, ou packers no local do poço, tais como o BOP, e semelhantes.

[026] Casos no plural podem ser providos para componentes, operações ou estruturas descritas no presente documento como sendo de um caso singular. Em geral as estruturas e a funcionalidade apresentadas em forma de componentes separados nas configurações exemplares podem ser implementadas como sendo uma estrutura ou componente combinado. De modo análogo, estruturas e funcionalidade apresentadas como constituindo um único componente podem ser implementadas como componentes separados. Estas e outras variações, modificações, adições e melhoramentos poderão incidir no âmbito do objeto da presente invenção.

Claims

1. Conjunto de vedação (20) para produzir uma vedação contra um componente de equipamento de campo petrolífero (50) em um furo de poço, que compreende: uma carcaça de suporte (30), tendo uma parede interna (31); um elemento de vedação (40) contido no interior da carcaça de suporte (30), tendo o elemento de vedação (40) um diâmetro interno (44) e um diâmetro externo (46); e um primeiro anel (42a) conectado ao elemento de vedação (40) em uma primeira extremidade, em que o primeiro anel (42a) é configurado para ter movimento deslizante ao longo da parede interna (31) da carcaça de suporte (30); e um segundo anel (42b) conectado ao elemento de vedação (40) em uma segunda extremidade oposta a primeira extremidade; CARACTERIZADO pelo fato de que a carcaça de suporte (30) apresenta pelo menos uma abertura (34) configurada para comunicação por fluido com o furo de poço, em que o diâmetro externo (46) do elemento de vedação (40), o primeiro anel (42a), o segundo anel (42b) e a parede interna (31) da carcaça de suporte (30) definem uma câmara (36) em comunicação por fluido com a abertura (34).

2. Conjunto de vedação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a câmara (36) se encontra em comunicação por fluido com o furo de poço por meio de uma abertura (34).

3. Conjunto de vedação, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a abertura (34) e a câmara (36) comunicam pressão de furo de poço ao diâmetro externo (46) do elemento de vedação (40).

4. Conjunto de vedação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma vedação estanque a fluidos (43) é posicionada entre o primeiro anel (42a) e a parede interna (31) da carcaça de suporte (30).

5. Conjunto de vedação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o movimento deslizante do primeiro anel (42a) é restrito em pelo menos uma direção.

6. Conjunto de vedação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma vedação estanque a fluidos (43) é posicionada entre o segundo anel (42b) e a parede interna (31) da carcaça de suporte (30).

7. Conjunto de vedação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo anel (42b) é fixo em relação à carcaça de suporte (30).

8. Conjunto de vedação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo anel (42b) é configurado para movimento deslizante ao longo da parede interna (31) da carcaça de suporte (30).

9. Conjunto de vedação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o movimento deslizante do segundo anel (42b) é restrito em pelo menos uma direção.

10. Método para a vedação contra um componente de equipamento de campo petrolífero (50) em um furo de poço, em que o componente do equipamento de campo petrolífero (50) tem um diâmetro externo de tamanho variável, compreendendo: deslocar longitudinalmente do componente de equipamento de campo petrolífero (50) dentro do furo de poço; engatar um diâmetro interno (44) de um elemento de vedação (40) com o diâmetro externo da peça de equipamento de campo petrolífero (50), estando o elemento de vedação (40) contido em uma carcaça de suporte (30); em que o primeiro anel (42a) está conectado ao elemento de vedação (40) em uma primeira extremidade, em que o segundo anel (42b) está conectado ao elemento de vedação (40) em uma segunda extremidade oposta a primeira extremidade; movimentar de modo deslizável o primeiro anel (42a) em resposta ao deslocamento longitudinal, em que o primeiro anel (42a) se movimenta de modo deslizável na carcaça de suporte (30); pressurizar um diâmetro externo (46) do elemento de vedação (40) com pressão de furo de poço por meio de pelo menos uma abertura (34) na carcaça de suporte (30); e CARACTERIZADO pelo fato de que apresenta: uma deformação um elemento de vedação (40) em uma câmara (36) em conexão por fluido ao poço em resposta à etapa de deslocamento longitudinal, em que a câmara (36) é definida plo diâmetro externo (46) do elemento de vedação (40), pelo primeiro anel (42a), pelo segundo anel (42b) e por uma parede interna (31) da carcaça de suporte (30).

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda restringir o movimento do primeiro anel (42a) em pelo menos uma direção.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda manter o segundo anel (42b) em uma posição fixa em relação à carcaça de suporte (30).

13. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda mover de modo deslizável o segundo anel (42b) dentro da carcaça de suporte (30) em resposta ao deslocamento longitudinal da peça de equipamento de campo petrolífero (50).

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda restringir o movimento do segundo anel (42b) em pelo menos uma direção.