BR112017026635B1 - Válvula de esfera de alta pressão, método para operar uma válvula de esfera de alta pressão, e, sistema de operação subterrânea. - Google Patents

Abstract

VÁLVULA DE ESFERA DE ALTA PRESSÃO, MÉTODO PARA OPERAR UMA VÁLVULA DE ESFERA DE ALTA PRESSÃO, E, SISTEMA DE OPERAÇÃO SUBTERRÂNEA. De acordo com algumas modalidades da presente divulgação, é divulgado um sistema de regulação de alta pressão para uma válvula de esfera utilizada em um furo de poço. A válvula de esfera de alta pressão inclui uma parede externa, uma parede interna disposta na parede externa, uma tubulação definida por um diâmetro interno da parede interna, um anel definido por um diâmetro externo da parede interna e um diâmetro interno da parede externa, uma câmara inferior formada no anular e uma válvula de alívio acoplada de forma fluida à câmara inferior. A válvula de alívio é para controlar um diferencial de pressão entre uma pressão na câmara inferior e uma pressão na tubulação.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente divulgação se refere, em geral, a operações de perfuração de poços e de recuperação de hidrocarbonetos e, mais particularmente, à regulação de alta pressão em uma válvula de esfera para uso em um furo de poço.

FUNDAMENTOS

[002] Durante as operações de recuperação em um poço, diferentes técnicas de estimulação podem ser realizadas no fundo do poço, incluindo circulação de nitrogênio, acidificação, fraturamento ou uma combinação de acidificação e fraturamento. A acidificação e a circulação de nitrogênio são projetadas para limpar resíduos e danos na pele no furo de poço, a fim de melhorar o fluxo de hidrocarbonetos. O fraturamento é projetado para criar fraturas na formação em torno do furo de poço para permitir que os hidrocarbonetos fluam de um reservatório para o furo de poço. Para permitir o uso dessas técnicas de estimulação, canhoneios ou orifícios, podem ser criados em um revestimento de fundo de poço no furo de poço. Os canhoneios permitem que fluidos ácidos e outros fluam do furo de poço até a formação circundante. Os canhoneios também podem permitir que os hidrocarbonetos fluam para o furo de poço das fraturas na formação criada durante as técnicas de fraturamento.

[003] As operações de recuperação também podem incluir o uso de uma ou mais válvulas de esfera para fornecer controle de fluidos para e da formação. A válvula de esfera isola as porções da formação do fundo de poço da válvula de esfera para evitar que os fluidos fluam para a formação a partir do topo de poço e evite que os fluidos fluam do topo de poço da formação durante as operações de estimulação realizadas no topo de poço da formação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[004] Para uma compreensão mais completa da divulgação atual e suas características e vantagens, agora é feita referência à descrição a seguir, em conjunto com os desenhos anexos, nos quais: A FIGURA 1 ilustra uma vista em elevação de uma modalidade de exemplo de um sistema de operações subterrâneas; A FIGURA 2A ilustra uma vista detalhada em corte transversal de uma extremidade de topo de poço de uma válvula de esfera de alta pressão; A FIGURA 2B ilustra uma vista detalhada em corte transversal de uma seção da válvula de esfera de alta pressão da FIGURA 2A incluindo um mecanismo de pistão e esfera que está localizado no fundo de poço a partir dos componentes mostrados na FIGURA 2A; e A FIGURA 3 ilustra um diagrama de fluxo de um método para executar um ciclo de pressão usado para operar uma válvula de esfera de alta pressão; A FIGURA 4 ilustra um gráfico de um ciclo de pressão para uma válvula de esfera de alta pressão que inclui a regulação de um diferencial de pressão usando uma válvula de alívio.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[005] Um sistema de regulação de alta pressão para uma válvula de esfera é divulgado. A válvula de esfera pode operar sob condições de alta pressão e inclui uma tubulação definida por uma parede interna e um anel definido pela parede interna e uma parede externa. O anular inclui uma câmara inferior. Uma válvula de retenção controla o fluxo de fluido entre a tubulação e a câmara inferior. A válvula de retenção permite que o fluido flua na câmara inferior e restrinja o fluxo para fora da câmara inferior. Uma válvula de alívio limita o diferencial de pressão entre a pressão na câmara inferior e a pressão na tubulação. Ao limitar o diferencial de pressão, a faixa de pressão da janela de operação da válvula de esfera é diminuída e a espessura da parede interna e a quantidade de material usado para produzir a válvula de esfera de alta pressão podem ser reduzidas, o que diminui o custo de fabricação da válvula de esfera. Além disso, a flexão da parede interna causada por um diferencial de alta pressão pode ser reduzida. Consequentemente, uma válvula de esfera de alta pressão pode ser formada de acordo com os ensinamentos da presente divulgação e pode ter diferentes concepções, configurações e/ou parâmetros de acordo com uma aplicação específica. Modalidades da presente invenção e suas vantagens são mais bem compreendidas por referência às FIGURAS 1 a 4, em que números similares são usados para indicar peças semelhantes e correspondentes.

[006] A FIGURA 1 ilustra uma vista em elevação de uma modalidade de exemplo de um sistema de operações subterrâneas. Na modalidade ilustrada, o sistema de operações subterrâneas 100 pode estar associado com as operações subterrâneas baseadas em terra. No entanto, ferramentas de operações subterrâneas incorporando ensinamentos da presente divulgação podem ser satisfatoriamente utilizados com equipamentos de operações subterrâneas localizadas em plataformas offshore, navios de perfuração, balsas semissubmersíveis e de perfuração.

[007] O sistema de operações subterrâneas 100 inclui o furo de poço 102 que é definido em parte pela coluna de revestimento 104 que se estende a partir da superfície de poço 106 para uma localização de fundo de poço selecionada. "Topo de poço" pode ser usado para se referir a uma porção do furo de poço 102 que está mais próxima da superfície do poço 106 e "fundo de poço pode ser usado para se referir a uma porção do furo de poço 102 que está mais longe da superfície do poço 106. Porções do furo de poço 102 que não incluem a coluna de revestimento 104 pode ser descritas como "furo aberto".

[008] Vários tipos de fluidos, como óleo, água ou gás, podem ser bombeados do fundo de poço para a superfície do poço 106 através do furo de poço 102. Além disso, outros tipos de fluidos, como fluidos de estimulação e fluidos de fraturamento, podem ser bombeados da superfície do poço 106 para as áreas de furo de poço 102 perto da formação 108. Conforme ilustrado na FIGURA 1, o furo de poço 102 pode ser substancialmente vertical (por exemplo, substancialmente perpendicular à superfície), substancialmente horizontal (por exemplo, substancialmente paralelo à superfície), ou em um ângulo entre vertical e horizontal.

[009] A válvula de esfera 110 pode ser posicionada no furo de poço 102 para impedir que fluidos fluam para e da formação 108 quando a válvula de esfera 110 está em uma posição fechada. Em alguns exemplos, a válvula de esfera 110 é instalada no furo de poço 102 para isolar a formação 108 durante as operações de completação realizadas nas porções de furo de poço 102 do topo de poço da válvula de esfera 110. As operações de completação incluem quaisquer operações de completação adequadas, incluindo a instalação da coluna de revestimento 104, técnicas de estimulação e teste de pressão do furo de poço 102. A válvula de esfera 110 pode ser acoplada a seções da tubulação de produção 109 que podem comunicar fluidos para e da válvula de esfera 110. Em algumas instalações, a válvula de esfera 110 pode ser instalada no fundo do poço de um empacotador (não mostrado expressamente) que isola o espaço anular no poço de maneira que qualquer fluido que flua da formação 108 para a superfície de poço 106 flua através da válvula de esfera 110.

[0010] Uma vez que o isolamento da formação 108 está completo, por exemplo, quando as operações de completação nas porções do topo de poço 102 são finalizadas, a válvula de esfera 110 é aberta para permitir que fluidos fluam para e da formação 108. A válvula de esfera 110 pode ser aberta aplicando ciclos de pressão à válvula de esfera 110, como explicado com mais detalhes em relação às FIGURAS 2-4. Por exemplo, o fluido de perfuração ou a água podem ser bombeados para baixo para aumentar a pressão na válvula de esfera 110. Uma vez que a pressão na válvula de esfera 110 é aumentada, o fluido de perfuração ou a água podem ser perfurados para diminuir a pressão na válvula de esfera 110. O aumento e a diminuição da pressão na válvula de esfera 110 podem criar um diferencial de pressão que faz com que um mecanismo na válvula de esfera funcione e abra a válvula de esfera. Um ciclo de pressão pode incluir um aumento na pressão na válvula de esfera 110 e a subsequente diminuição da pressão na válvula de esfera 110. A válvula de esfera 110 pode ser concebida para abrir depois de um número predeterminado de ciclos de pressão. Por exemplo, cada ciclo de pressão causa um movimento axial de um pistão na válvula de esfera 110. A distância que o pistão move axialmente durante um único ciclo de pressão é referida como o comprimento do curso. Quando um pistão se moveu à distância total do percurso de viagem do pistão, um trinco na válvula de esfera pode tornar- se não suportado e permitir que as molas empurrem a válvula de esfera 110 aberta. O número predeterminado de ciclos de pressão utilizados para abrir a válvula de esfera 110 pode ser calculado dividindo a distância de movimento total do pistão pelo comprimento do curso do pistão.

[0011] Após a conclusão de um ciclo de pressão, uma certa quantidade de pressão residual permanece em um anel da válvula de esfera 110, como descrito em mais detalhes em relação às FIGURAS 2-4, criando um diferencial de pressão entre a pressão do interior da válvula de esfera 110 e a pressão no anular da válvula de esfera 110. A quantidade de pressão residual restante no anular da válvula de esfera 110 é baseada na quantidade de pressão aplicada à válvula de esfera 110 durante o ciclo de pressão. A válvula de esfera 110 pode ser concebida para isolar a formação 108 em condições de alta pressão. Por exemplo, a válvula de esfera 110 pode ser projetada para suportar pressões superiores a 10.000 libras por polegada quadrada e a pressão aplicada à válvula de esfera 110 durante um ciclo de pressão também pode ser maior que aproximadamente 10.000 libras por polegada quadrada. Portanto, para reduzir a quantidade de diferencial de pressão entre a pressão do interior da válvula de esfera e a pressão no anular da válvula de esfera após a aplicação de um ciclo de alta pressão, a válvula de esfera 110 pode incluir uma válvula de alívio (não mostrada expressamente) para reduzir a pressão residual no anular da válvula de esfera 110. A redução no diferencial de pressão permite que partes da válvula de esfera 110 sejam projetadas usando materiais mais finos e reduz a quantidade de deformação da válvula de esfera 110 que pode ocorrer durante condições de alta pressão. Portanto, uma válvula de esfera de alta pressão projetada de acordo com a divulgação atual reduz o custo e aumenta a confiabilidade e o desempenho da válvula de esfera de alta pressão.

[0012] A FIGURA 2A ilustra uma vista em corte transversal de uma extremidade de topo de poço de uma válvula de esfera de alta pressão; A FIGURA 2B ilustra uma vista em corte transversal da válvula de esfera de alta pressão da FIGURA 2A incluindo um mecanismo de pistão e esfera que está localizado no fundo de poço a partir dos componentes mostrados na FIGURA 2A. A válvula de esfera de alta pressão 210 está ligada ao equipamento de completação de topo de poço na extremidade 212. O equipamento de completação de topo de poço pode ser a tubulação de produção, equipamento de teste de furo de poço ou qualquer outro equipamento adequado usado em uma operação de completação de topo de poço. A extremidade 212 pode ser acoplada ao equipamento de completação de topo de poço pelas roscas 214 ou qualquer outro mecanismo de acoplamento adequado, tal como um ajuste de pressão, um ajuste de interferência, soldagem, anéis de crimpagem ou uma combinação dos mesmos.

[0013] A válvula de esfera de alta pressão 210 inclui a parede externa 216 e a parede interna 218. O anel 220 é definido pelo diâmetro externo da parede interna 218 e pelo diâmetro interno da parede externa 216. A tubulação 222 é definida pelo diâmetro interno da parede interna 218. O anel 220 pode ser dividido em segmentos múltiplos, incluindo a câmara superior 224 e a câmara inferior 226. A câmara inferior 226 pode ser preenchida com um fluido compressível, como o óleo de silício, outro líquido ou gás. A câmara superior 224 pode ser acoplada de modo fluidizado à tubulação 222 pelas entradas 228 de tal modo que fluidos da tubulação 222 fluam para a câmara superior 224 através das entradas 228.

[0014] Conforme descrito em relação à FIGURA 3, durante um ciclo de pressão, um fluido, tal como fluido de perfuração ou água, é bombeado para o fundo de poço até a válvula de esfera de alta pressão 210. O fluido enche a tubulação 222 e entra na câmara superior 224 através das entradas 228. O fluido é bombeado para a tubulação 222 até a pressão na tubulação 222 atingir um nível predeterminado. Por exemplo, a pressão na tubulação 222 da válvula de esfera de alta pressão 210 pode atingir um nível de 10.000 libras por polegada quadrada, 15.000 libras por polegada quadrada ou maior. O nível predeterminado pode ser a classificação diferencial máxima da válvula de esfera 210. À medida que a pressão na tubulação 222 aumenta, a pressão na câmara superior 224 também aumenta. A válvula de retenção 230 pode permitir que o fluido da câmara superior 224 flua para a câmara inferior 226. O fluxo de fluido na câmara inferior 226 aumenta a pressão na câmara inferior 226. A válvula de retenção 230 pode ser uma válvula que permite que o fluido flua em apenas uma direção. Por exemplo, a válvula de retenção 230 permite que o fluido flua da câmara superior 224 para a câmara inferior 226, mas não da câmara inferior 226 para a câmara superior 224. Por conseguinte, uma vez que a tubulação 222, a câmara superior 224 e a câmara inferior 226 são acopladas de forma fluida, as pressões na tubulação 222, a câmara superior 224 e a câmara inferior 226 aumentam para a mesma pressão à mesma velocidade durante um ciclo de pressão, como descrito em mais detalhes em relação à FIGURA 4.

[0015] Uma vez que a pressão na tubulação 222 atinge o nível predeterminado, a pressão na tubulação 222 pode ser rapidamente diminuída por bombeamento do fluido da tubulação 222. A pressão na tubulação 222 pode retornar a uma pressão à pressão atmosférica ou próxima. Inicialmente, a pressão na câmara superior 224 pode diminuir aproximadamente à mesma velocidade que a pressão diminui na tubulação 222 à medida que o fluido flui da câmara superior 224 para as entradas 228. No entanto, uma vez que a pressão na câmara inferior 226 atinge uma percentagem predeterminada da pressão máxima do ciclo de pressão, por exemplo cerca de 60-90 por cento, e a válvula de retenção 230 atua para prender a pressão restante na câmara inferior 226 e permitir que a pressão lentamente diminuir. A pressão presa cria um diferencial de pressão entre a pressão na câmara inferior 226 e a pressão na tubulação 222. O diferencial de pressão pode fazer com que o pistão 240, mostrado na FIGURA 2B, se mova.

[0016] Devido à alta pressão alcançada no pico do ciclo de pressão e à diminuição rápida da pressão na tubulação 222, pode haver um grande diferencial de pressão entre a pressão na tubulação 222 e a pressão na câmara inferior 226. Um grande diferencial de pressão entre a tubulação 222 e a câmara inferior 226 pode fazer com que a parede interna 218 flexione para o centro da tubulação 222 de tal modo que o volume da câmara inferior 226 aumenta. Um aumento no volume da câmara inferior 226 provoca uma diminuição da pressão na câmara inferior 226. Durante uma série de ciclos de pressão, a flexão da parede interior 218 pode impedir os movimentos dos componentes da válvula de esfera 210 devido ao volume e pressão da câmara inferior 226 que se desviam da concepção original da câmara inferior 226. Por exemplo, a flexão da parede interior 218 pode deslocar os componentes mecânicos do mecanismo de válvula de esfera de tal modo que o alinhamento entre os componentes muda e impede o movimento dos componentes.

[0017] Portanto, para reduzir a flexão da parede interna 218, a válvula de esfera de alta pressão 210 pode, adicionalmente, incluir a válvula de alívio 234 que limita a pressão diferencial entre a tubulação 222 e a câmara inferior 226. A válvula de alívio 234 pode ser qualquer tipo de válvula de alívio adequada para uso em componentes hidráulicos nas condições presentes no ambiente do furo de poço. Por exemplo, a válvula de alívio 234 pode ser uma válvula operada por mola, que se abre quando a força criada pela pressão diferencial comprime a mola para abrir um bico na válvula de alívio 234. A válvula de alívio 234 pode ser concebida para abrir a uma diferença de pressão predeterminada entre a pressão da tubulação 222 e a pressão da câmara inferior 226. Por exemplo, quando o diferencial de pressão excede a pressão predeterminada, a pressão pode forçar a válvula de alívio 234 aberta. O diferencial de pressão predeterminado pode ser ajustado para um valor acima do diferencial de pressão necessário para operar o mecanismo de esfera 242 da válvula de esfera de alta pressão 210, referida como a pressão de ciclagem mínima. Embora uma válvula de alívio 234 seja mostrada na FIG. 3A, a válvula de esfera de alta pressão 210 pode incluir múltiplas válvulas de alívio 234. O uso de múltiplas válvulas de alívio 234 pode permitir que o diferencial de pressão seja controlado de maneira mais rápida, permitindo que o fluido saia da câmara inferior 226 a uma velocidade mais rápida.

[0018] A válvula de esfera de alta pressão pode incluir adicionalmente o elemento de vedação 236 que evita que o fluido vaze entre a câmara superior 224 e a câmara inferior 226 na válvula de retenção 230, a válvula de alívio 234 ou uma combinação dos mesmos. O elemento de vedação 236 pode ser qualquer elemento de vedação adequado, como um anel de vedação, um anel de X, um anel de D ou uma vedação de lábio. O tipo particular de elemento de vedação 236 pode ser selecionado para ter uma faixa de funcionamento correspondente ao diferencial de pressão máxima entre a câmara inferior 226 e a tubulação 222. A diminuição do diferencial de pressão proporcionada pela válvula de alívio 234 pode diminuir a faixa de operação do elemento de vedação 236 e permitir que um elemento de vedação 236 menos caro seja usado na válvula de esfera de alta pressão 210 e reduzir a probabilidade de falha do elemento de vedação 236.

[0019] A válvula de esfera de alta pressão 210 pode, adicionalmente, incluir o pistão 240 acoplado ao mecanismo de esfera 242, como mostrado na FIGURA 2B. O pistão 240 pode ser acoplado de modo fluidizado à câmara inferior 226 de modo que, durante o ciclo de pressão, o diferencial de pressão entre a câmara inferior 226 e a tubulação 222 pode aplicar uma força na extremidade 246 do pistão 240 para fazer com que o pistão 240 se mova para o fundo de poço.

[0020] Durante cada ciclo de pressão, à medida que a pressão na câmara inferior 226 diminui, a força que atua sobre o pistão 240 pode diminuir e o movimento do pistão 240 pode parar. Durante o próximo ciclo de pressão, a pressão na câmara inferior 226 pode novamente aplicar uma força para a extremidade 246 do pistão 240 e mover o pistão 240 para o fundo de poço em outra quantidade incremental. Cada movimento incremental do pistão 240 pode atuar sobre componentes mecânicos do mecanismo de esfera 242 que fazem com que o mecanismo de esfera 242 gire de uma posição fechada para uma posição aberta. Uma vez que o pistão 240 moveu o seu comprimento total, o pistão 240 não suporta mais um trinco (não mostrado expressamente) no mecanismo de esfera 242. Quando suportado, o trinco comprime uma mola (não mostrada expressamente). Quando o pistão 240 se move de modo que o trinco não seja suportado, a mola se move para baixo para exercer uma força no mecanismo de esfera 242 para fazer com que o mecanismo de esfera 242 gire de uma posição fechada para uma posição aberta. Este processo pode continuar através de cada ciclo de pressão até que o pistão 240 tenha o mecanismo de esfera 242 totalmente ativado para abrir a válvula de esfera, permitindo assim o fluxo através da válvula de esfera de alta pressão 210.

[0021] A FIGURA 3 ilustra um diagrama de fluxo de um método para executar um ciclo de pressão usado para operar uma válvula de esfera de alta pressão. As etapas do método 300 podem ser realizadas por um operador (por exemplo, uma pessoa ou equipamento de automação localizado no local do poço) que está configurado para operar ferramentas de fundo de poço durante uma operação subterrânea, um componente da válvula de esfera de alta pressão, ou ambos. Os componentes da válvula de esfera de alta pressão discutidos em relação à FIGURA 3 são descritos com mais detalhes em relação às FIGURAS 2A-B.

[0022] O método 300 pode começar na etapa 302, em que o operador pode aplicar uma pressão de tubulação a uma tubulação de uma válvula de esfera de alta pressão, tal como a tubulação 222 mostrada nas FIGURAS 2A- 2B enquanto a válvula de esfera está numa posição fechada. A pressão da tubulação pode ser aplicada através do bombeamento de um fluido, como fluido de perfuração ou água, no fundo do poço até a válvula de esfera de alta pressão. Como a válvula de esfera está fechada, o fluido está preso na válvula de esfera e aumenta a pressão na tubulação.

[0023] Na etapa 304, o fluxo de fluido do poço para a válvula de esfera de alta pressão pode aumentar a pressão da câmara numa câmara inferior da válvula de esfera de alta pressão, tal como a câmara inferior 226 mostrada nas FIGURAS 2A-2B. A câmara inferior pode ser formada num espaço anular entre a tubulação e a parede externa da válvula de esfera, como descrito em mais detalhes em relação às FIGURAS 2A-B. A pressão na câmara inferior aumenta devido ao fluido que flui da tubulação, para dentro do espaço anular e na câmara inferior. Uma válvula de retenção, tal como a válvula de retenção 230 mostrada na FIGURA 2A, pode ser utilizada para permitir que o fluido flua na câmara inferior, mas evita o fluxo de fluido da câmara inferior.

[0024] Na etapa 306, o operador pode diminuir a pressão da tubulação bombeando o orifício de fluido da válvula de esfera de alta pressão. À medida que a pressão da tubulação diminui, um diferencial de pressão pode ser criado entre a pressão da câmara e a pressão da tubulação devido à válvula de retenção evitar a liberação de fluido e a pressão da câmara inferior.

[0025] As etapas 308 a 312 podem ser realizadas em qualquer ponto durante o ciclo de pressão quando existe um diferencial de pressão entre a pressão da câmara e a pressão da tubulação. Na etapa 308, a válvula de alívio, tal como a válvula de alívio 234 mostrada na FIGURA 2A, pode determinar se o diferencial de pressão entre a pressão da câmara e a pressão da tubulação está acima de um limiar. O limiar pode ser um valor predeterminado que é maior que a pressão de ciclagem mínima da válvula de esfera de alta pressão. Se o diferencial de pressão estiver acima do limite, o método 300 pode prosseguir para a etapa 310. Se o diferencial de pressão estiver abaixo do limiar, o método 300 pode prosseguir para a etapa 312.

[0026] Na etapa 310, a válvula de alívio pode abrir para reduzir a pressão na câmara inferior. Na etapa 312, a válvula de alívio pode fechar. A válvula de alívio fecha quando o diferencial de pressão cai abaixo do limiar de modo que o diferencial de pressão permaneça acima da pressão de ciclagem mínima da válvula de esfera. Ao abrir e fechar a válvula de alívio, a válvula de alívio pode limitar o diferencial de pressão entre a pressão da câmara e a pressão da tubulação enquanto mantém o diferencial de pressão acima da pressão de ciclagem mínima, de modo que o mecanismo da válvula de esfera ainda esteja ativado. Ao limitar o diferencial de pressão, a válvula de alívio limita o alcance das pressões na janela de operação usada para operar a válvula de esfera. Portanto, a espessura e a flexão das paredes da tubulação podem ser reduzidas, reduzindo assim o custo e aumentando o desempenho e a confiabilidade da válvula de esfera.

[0027] Na etapa 314, o diferencial de pressão pode operar um pistão, como o pistão 240 mostrado na FIGURA 2B. O pistão pode ser acoplado de forma fluida à câmara inferior de modo que a pressão na câmara inferior exerça uma força sobre o pistão e faz com que o pistão se mova. À medida que o pistão se move, a pressão na câmara inferior é reduzida.

[0028] Na etapa 316, o movimento do pistão pode ativar a válvula de esfera, tal como a válvula de esfera 242 mostrada na FIGURA 2B. A ativação da válvula de esfera pode mover a válvula de esfera de uma posição fechada para uma posição aberta.

[0029] Na etapa 318, o operador pode determinar se a válvula de esfera está aberta. A operação do pistão na etapa 314 e a ativação do mecanismo de válvula de esfera na esfera 316 podem ser incrementais, de modo que vários ciclos de pressão podem ser concluídos antes do movimento do pistão por uma quantidade suficiente para abrir a válvula de esfera. Portanto, se a válvula de esfera não estiver aberta, o método 300 pode retornar à etapa 302 para executar o próximo ciclo de pressão que pode ativar o mecanismo da válvula de esfera pelo próximo incremento. Se a válvula de esfera estiver aberta, o método 300 pode estar completo.

[0030] As etapas do método 300 podem ser completadas em qualquer ordem e algumas etapas podem ser omitidas ou executadas simultaneamente com outras etapas. Por exemplo, a válvula de alívio pode ser aberta e fechada ao mesmo tempo em que a pressão da tubulação está diminuindo e enquanto o pistão funciona para ativar o mecanismo da válvula de esfera.

[0031] A FIGURA 4 ilustra um gráfico de um ciclo de pressão para uma válvula de esfera de alta pressão que inclui a regulação de um diferencial de pressão usando uma válvula de alívio. A linha 402 do gráfico 400 é a pressão na tubulação, tal como a tubulação 222 mostrada nas FIGURAS 2A- B, e a linha 404 é a pressão na câmara inferior, tal como a câmara inferior 226 mostrada nas FIGURAS 2A-B. O ciclo de pressão começa quando a pressão da tubulação é aplicada na válvula de esfera de alta pressão e aumenta a pressão na tubulação. A pressão na câmara inferior também aumenta a aproximadamente à mesma taxa que o aumento da pressão na tubulação. Uma vez que a pressão atinge um nível predeterminado, como a classificação máxima do diferencial de pressão da válvula de esfera de alta pressão, a pressão se estabiliza momentaneamente. Na FIGURA 4, a classificação diferencial de pressão máxima da válvula de esfera de alta pressão é de aproximadamente 10.000 libras por polegada quadrada.

[0032] A pressão na tubulação pode então ser rapidamente diminuída para a pressão atmosférica. Inicialmente, a pressão na câmara inferior diminui à mesma velocidade que a diminuição da pressão na tubulação. No entanto, uma vez que a pressão na câmara inferior atinge uma percentagem predeterminada da pressão máxima do ciclo de pressão, por exemplo, cerca de 60-90 por cento, uma válvula de retenção atua para prender a pressão restante na câmara inferior. A pressão presa cria um diferencial de pressão entre a pressão na câmara inferior e a pressão na tubulação. O diferencial de pressão pode fazer com que um pistão se mova, conforme descrito em relação às FIGURAS 2A-3.

[0033] Quando a diferença entre a pressão na câmara inferior e a pressão na tubulação excede o ajuste do diferencial de pressão predeterminado de uma válvula de alívio incluída na válvula de esfera de alta pressão, a válvula de alívio pode abrir para controlar o diferencial de pressão e permitir que a pressão na câmara inferior diminua. Na FIGURA 4, a válvula de alívio abre no ponto 406. A válvula de alívio pode permanecer aberta até o diferencial de pressão entre a pressão na câmara inferior e a pressão na tubulação caia abaixo do ajuste do diferencial de pressão predeterminado da válvula de alívio. Neste ponto, mostrado como o ponto 408 na FIGURA 4, a válvula de alívio pode fechar e a pressão na câmara inferior pode permanecer constante.

[0034] Desta forma, a válvula de alívio atua para limitar o diferencial de pressão máxima (por exemplo, a pressão máxima retida na câmara inferior) para reduzir a flexão de uma parede interna da válvula de esfera de alta pressão. A flexão reduzida da parede interna pode permitir que a parede interna seja mais fina e, assim, reduzir o custo associado à fabricação da válvula de esfera de alta pressão.

[0035] As modalidades divulgadas neste documento incluem: A. Uma válvula de esfera de alta pressão que inclui uma parede externa; uma parede interna disposta na parede externa; uma tubulação definida por um diâmetro interno da parede interna; um anel definido por um diâmetro externo da parede interna e um diâmetro interno da parede externa; uma câmara inferior formada no anular; e uma válvula de alívio acoplada de forma fluida à câmara inferior, a válvula de alívio para controlar uma diferença de pressão entre uma pressão na câmara inferior e uma pressão na tubulação. B. Um método para operar uma válvula de esfera de alta pressão incluindo aplicar uma pressão de tubulação a uma tubulação de uma válvula de esfera de alta pressão, bombeando um fundo de poço de fluido para a tubulação; aumentar a pressão da câmara numa câmara inferior da válvula de esfera de alta pressão através do fluxo de fluido da tubulação para a câmara inferior; diminuir a pressão da tubulação bombeando o orifício de fluido da tubulação; e abrir uma válvula de alívio acoplada de forma fluida à câmara inferior se um diferencial de pressão entre a pressão da câmara e a pressão da tubulação exceder um limiar predeterminado. C. Um sistema de operação subterrâneo que inclui uma tubulação de produção disposta em um furo de poço; e uma válvula de esfera de alta pressão acoplada à tubulação de produção. A válvula de esfera de alta pressão que inclui uma parede externa; uma parede interna disposta na parede externa; uma tubulação definida por um diâmetro interno da parede interna; um anel definido por um diâmetro externo da parede interna e um diâmetro interno da parede externa; uma câmara inferior formada no anular; e uma válvula de alívio acoplada de forma fluida à câmara inferior, a válvula de alívio para controlar uma diferença de pressão entre uma pressão na câmara inferior e uma pressão na tubulação.

[0036] Cada uma das modalidades A, B e C pode ter um ou mais dos seguintes elementos em qualquer combinação: Elemento 1:compreendendo ainda um elemento de vedação que impede um fluxo de fluido entre a câmara superior e a câmara inferior na válvula de alívio. Elemento 2: compreendendo ainda um fluido disposto na câmara inferior. Elemento 3: em que o fluido é um fluido compressível. Elemento 4: em que o fluido é um óleo de silicone. Elemento 5: compreendendo ainda uma entrada acoplando de forma fluida a tubulação, o anel e a câmara inferior. Elemento 6: compreendendo ainda uma válvula de retenção acoplando de forma fluida a tubulação e a câmara inferior de modo que a válvula de retenção permita que um fluido flua para a câmara inferior e evite que o fluido flua para fora da câmara inferior. Elemento 7: compreendendo ainda fechar a válvula de alívio quando o diferencial de pressão cai abaixo do limiar predeterminado. Elemento 8: compreendendo ainda operar um pistão acoplado de forma fluida à câmara inferior; e ativar um mecanismo para abrir a válvula de esfera de alta pressão.

[0037] Embora a presente divulgação e suas vantagens tenham sido descritas detalhadamente, deve-se entender que várias mudanças, substituições e alterações podem ser feitas neste documento sem se distanciar do espírito e escopo da divulgação, como definido pelas seguintes reivindicações. Por exemplo, enquanto a divulgação é descrita em relação às válvulas esféricas, aspectos da presente divulgação podem ser adaptados para uso em outras ferramentas de fundo de poço ativadas com base na pressão cíclica, como tampões que desaparecem.

Claims (10)

1. Válvula de esfera de alta pressão (210), caracterizada pelo fato de que compreende: uma parede externa (216); uma parede interna (218) disposta na parede externa (216); uma tubulação (222) definida por um diâmetro interno da parede interna (218); um anel (220) definido por um diâmetro externo da parede interna (218) e um diâmetro interno da parede externa (216); uma câmara inferior (226) formada no anular (220); e uma válvula de alívio (234) acoplada de forma fluida à câmara inferior (226), a válvula de alívio (234) configurada para fechar quando uma diferença entre uma pressão na câmara inferior (226) e uma pressão na tubulação (222) está abaixo de uma pressão cíclica mínima de uma válvula de esfera de alta pressão e abrir quando a diferença entre a pressão na câmara inferior (226) e a pressão na tubulação (222) exceder uma pressão que faz a tubulação (222) flexionar.

2. Válvula de esfera de alta pressão (210) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um elemento de vedação (236) que impede um fluxo de fluido entre a câmara superior (224) e a câmara inferior (226) na válvula de alívio (234).

3. Válvula de esfera de alta pressão (210) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um fluido disposto na câmara inferior (226).

4. Válvula de esfera de alta pressão (210) de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o fluido é um fluido compressível.

5. Válvula de esfera de alta pressão (210) de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o fluido é um óleo de silicone.

6. Válvula de esfera de alta pressão (210) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma entrada (228) que acopla de forma fluida a tubulação (222), o anel (220) e a câmara inferior (226).

7. Válvula de esfera de alta pressão (210) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda: uma válvula de retenção (230) acoplando de forma fluida a tubulação (222) e a câmara inferior (226) de modo que a válvula de retenção (230) permita que um fluido flua para a câmara inferior (226) e evite que o fluido flua para fora da câmara inferior (226).

8. Método para operar uma válvula de esfera de alta pressão (210), caracterizado pelo fato de que compreende: aplicar uma pressão de tubulação a uma tubulação (222) de uma válvula de esfera de alta pressão (210), bombeando um poço de fluido para a tubulação (222); aumentar a pressão da câmara em uma câmara inferior (226) da válvula de esfera de alta pressão (210) através do fluxo de fluido da tubulação (222) para a câmara inferior (226); diminuir a pressão da tubulação bombeando o orifício de fluido da tubulação (222) para criar um diferencial de pressão entre a pressão da câmara e a pressão de tubulação excede uma pressão cíclica mínima da válvula de esfera de alta pressão (210); e abrir uma válvula de alívio (234) acoplada de forma fluida à câmara inferior (226) se a pressão da câmara exceder a pressão da tubulação por um limiar predeterminado, o limiar predeterminado correspondendo a uma pressão que faz a tubulação (222) flexionar.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda fechar a válvula de alívio (234) quando o diferencial de pressão cai abaixo do limiar predeterminado.

10. Sistema de operação subterrânea, caracterizado pelo fato de que compreende: uma tubulação de produção disposta em um furo de poço; e uma válvula de esfera de alta pressão (210) acoplada à tubulação de produção, a válvula de esfera de alta pressão (210) incluindo: uma parede externa (216); uma parede interna (218) disposta na parede externa (216); uma tubulação (222) definida por um diâmetro interno da parede interna (218); um anel (220) definido por um diâmetro externo da parede interna (218) e um diâmetro interno da parede externa (216); uma câmara inferior (226) formada no anular (220); e uma válvula de alívio (234) acoplada de forma fluida à câmara inferior (226), a válvula de alívio (234) configurada para fechar quando uma diferença entre uma pressão na câmara inferior (226) e uma pressão na tubulação (222) está abaixo de uma pressão cíclica mínima da válvula de esfera de alta pressão e abrir quando a diferença entre a pressão na câmara inferior (226) e a pressão na tubulação (222) exceder uma pressão que faz a tubulação (222) flexionar.

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