BR112018006626B1

BR112018006626B1 - Válvula equalizadora para uso subterrâneo

Info

Publication number: BR112018006626B1
Application number: BR112018006626-5A
Authority: BR
Inventors: Samuel C. Kucera
Original assignee: Baker Hughes, A Ge Company, Llc
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2016-10-24
Publication date: 2022-08-02
Also published as: GB2560662A; AU2016344480B2; BR112018006626A2; GB2560662B; NO20180671A1; US20170114610A1; AU2016344480A1; US9896907B2; GB201808454D0; WO2017074836A1

Abstract

VÁLVULA EQUALIZADORA COM VEDAÇÕES OPOSTAS DESVIADAS EM DIREÇÃO A FECHADA A PARTIR DE PRESSÃO CRESCENTE EM QUALQUER DE LADOS OPOSTOS. Uma válvula equalizadora é configurada para permanecer fechada quando a pressão de um lado ou do outro sobe. Uma vedação dinâmica e uma vedação metal a metal estão localizadas dentro do alojamento. A pressão de cima é dirigida furo acima da vedação metal a metal e para furo abaixo da vedação dinâmica maior para uma força de fechamento líquida. A pressão do fundo de poço é dirigida entre as vedações metal a metal e dinâmicas para uma força líquida furo acima para manter a vedação de metal fechada. A operação normal é de uma linha de controle movendo um pistão de haste para mover um elemento de válvula para abrir a vedação metal a metal para fluxo através do corpo de válvula.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] O campo da invenção é de válvulas equalizadoras para ferramentas subterrâneas, tal como válvulas de barreira e, mais particularmente, válvulas equalizadoras insensíveis à pressão crescente em qualquer lado da válvula equalizadora para permanecer na posição fechada.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] As válvulas são onipresentes na indústria de perfuração e completação de poços. Como o objetivo das válvulas é habilitar seletivamente comunicação de fluido através das válvulas, a formação de diferenciais de pressão através das válvulas é costumeira. Grandes pressões diferenciais através de uma válvula podem não apenas afetar a operação da válvula, mas podem resultar em danos à válvula devidos ao súbito influxo de fluido quando a válvula está aberta. Por exemplo, válvulas de esfera são frequentemente usadas na técnica como as chamadas válvulas de barreira para pelo menos temporariamente interromper a produção num poço de hidrocarboneto, o que leva a diferenciais de pressão muito grandes. Estes grandes diferenciais de pressão podem resultar no elemento de esfera rotativo da válvula sendo prensado firmemente contra seu alojamento, o que causa grandes forças de atrito entre a esfera e o alojamento e elevada dificuldade em abrir a válvula. As forças de fricção e o influxo de fluido na válvula quando aberta podem causar danos à válvula, de modo que ela não abra, feche e/ou vede adequadamente. Sistemas para equalizar a pressão antes de abrir válvulas de barreira e semelhantes foram desenvolvidos, mas a indústria está sempre receptiva a avanços e alternativas na tecnologia de equalização de pressão.

[0003] Em vista do potencial para grandes variações de pressão em cada lado de uma válvula equalizadora quando na posição fechada, projetos foram desenvolvidos para manter as válvulas em uma posição fechada se a pressão em cada lado de uma válvula equalizadora fechada aumentar. Um projeto desses é descrito na US 9062519. Este desenho incorpora três vedações, duas das quais são vedações dinâmicas 16 e 18 que definem uma câmara 46 que é pressurizada com uma linha de controle 45. A pressão aplicada na linha de controle 45 supera a força da mola de retorno 50 para mover um pistão 12 para separar componentes metálicos 30 e 40 na extremidade inferior 42 do conjunto. Sem pressão aplicada à linha 45 a pressão crescente em extremidades opostas da válvula equalizadora 14 em regiões designadas como P1 e P2 simplesmente forçarão a válvula já fechada 14 a ficar na posição fechada. Isto acontece quando a pressão de P1 comunica à superfície 36 que é maior do que a superfície oposta 38 para uma força de fechamento líquida no pistão 12. A pressão mais alta de P2 age diretamente na superfície 42 para empurrar o pistão em uma direção que mantém as superfícies 30 e 40 juntas para a posição fechada da válvula 14.

[0004] Embora este projeto atinja a finalidade de manter a válvula equalizadora fechada quando ela experimenta uma elevação na pressão final em P1 ou P2, ele deixa a vedação metal a metal das superfícies 30 e 40 exposta a efeitos de velocidade e erosão associada quando a válvula equalizadora é atuada para abrir com pressão na linha 45. Devido ao projeto de pistão anular que utiliza a superfície 48 no pistão 12, é necessário haver duas vedações opostas para definir a câmara de pressão 46. Como resultado, há três vedações necessárias para atingir o resultado de manter a válvula em uma configuração onde a pressão aumenta em extremidades opostas e não abre a válvula.

[0005] A presente invenção trata dessas questões usando duas vedações e uma configuração de fluxo que permite colocação de uma vedação metal a metal internamente ao alojamento com um caminho tortuoso para alcançar a vedação metal a metal para protegê-la da erosão quando a válvula equalizadora é atuada para abrir com um pistão de haste que apoia diretamente no elemento de válvula móvel. Molas podem ser fornecidas para superar o atrito de vedação no atuador de pistão de haste. O sistema de atuação é insensível à profundidade. Um plenum cobre a vedação inferior e a configuração de componente é tal que a pressão debaixo é conduzida para entre a vedação dinâmica e a vedação metal a metal enquanto a pressão de cima é conduzida para um lado posterior de uma vedação dinâmica e um lado furo acima da vedação metal a metal com um resultado líquido de uma força de fechamento. Estes e outros aspectos da presente invenção serão mais prontamente evidentes para os versados na técnica a partir de uma revisão da descrição da modalidade preferida e dos desenhos associados, embora reconhecendo que o escopo total da invenção será determinado pelas reivindicações anexas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0006] Uma válvula equalizadora é configurada para permanecer fechada quando a pressão de um lado ou do outro sobe. Uma vedação dinâmica e uma vedação metal a metal estão localizadas dentro do alojamento. A pressão de cima é dirigida furo acima da vedação metal a metal e para furo abaixo da vedação dinâmica maior para uma força de fechamento líquida. A pressão do fundo de poço é dirigida entre as vedações metal a metal e dinâmicas para uma força líquida furo acima para manter a vedação de metal fechada. A operação normal é de uma linha de controle movendo um pistão de haste para mover um elemento de válvula para abrir a vedação metal a metal para fluxo através do corpo de válvula.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0007] A FIG. 1 é uma vista em seção da válvula equalizadora na posição fechada;

[0008] A FIG. 2 é a vista da FIG. 1 na posição aberta;

[0009] A FIG. 3 é uma vista ampliada de uma porção da FIG. 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

[0010] Com referência à FIG. 1 um corpo 11 tem uma conexão furo acima 13 e uma conexão furo abaixo 15 conectadas a lados opostos da válvula 17 que é montada em uma coluna de tubular 19. Tipicamente a válvula 17 é uma válvula de barreira em um poço subterrâneo, mas pode ser uma série de outras ferramentas diferentes. A conexão 21 leva a uma linha de controle que não é mostrada que se estende de um local de superfície. A pressão aplicada na passagem 23 move o pistão de haste 25 contra a tampa de extremidade 27 presa no topo do tubo 29. O tubo 29 termina na extremidade inferior 31 e dentro do plenum 33. Como mais bem visto na FIG. 3, o plenum 33 tem orifícios 35 que levam à câmara 37. Uma projeção circunferencial 39 tem uma superfície externa 41 que tem um diâmetro D2. A vedação dinâmica 43 é retida pelo anel 45 ' contra o ressalto 47 no tubo 29. A vedação dinâmica 43 é uma vedação dinâmica com um diâmetro externo D3. A vedação dinâmica 43 veda contra a parede 49 no plenum 33. O tubo 29 tem orifícios 51 que comunicam com o espaço anular 53 que se estende ainda para o espaço anular alongado 55 que aloja molas 57 e 59 cada uma das quais é montada para fornecer uma força furo acima na tampa 27 para empurrar contra o pistão de haste 25 para superar a fricção de vedação nas vedações do pistão de haste 61 para retornar o pistão 25 da posição da FIG. 2 para a posição da FIG. 1 quando a pressão é removida da linha de controle 23. O espaço 53 tem uma dimensão externa D1 definida pela superfície 63. As superfícies 65 no tubo 29 e 67 no sub 69 formam uma vedação metal a metal quando forçadamente encostadas na FIG. 1, o que mostra a posição de passagem de entrada sem fluxo através do tubo 29 porque a extremidade inferior 31 é vedada pelo plenum 33 e a vedação dinâmica 43 e superfícies 65 e 67 sendo forçadas juntas para a vedação metal a metal. As superfícies 67 e 69 representam esquematicamente qualquer tipo de vedação, embora seja preferível metal a metal, mas, como utilizado neste pedido, o termo "vedação metal a metal" se destina a capturar suas alternativas conhecidas, incluindo vedações não metálicas de face ou vedações de elastômero, por exemplo. Assim, a pressão do furo acima chamada PA atinge através do tubo 29 uma extremidade sem saída na vedação dinâmica 43 que tem um diâmetro D3 maior que o diâmetro D1 na superfície 63 que é acessado através dos orifícios 51. Como resultado, a pressão crescente PA simplesmente aumenta a força furo acima líquida no tubo 29 para reter as superfícies 65 e 67 mais firmemente juntas. Um aumento na pressão PB a partir do fundo de poço se comunica através de orifícios 35 com a vedação dinâmica 43 para criar uma força orientada para o fundo de poço contra a vedação dinâmica 43 bem como uma força orientada furo acima contra a superfície 71. Uma vez que D2 representado pela superfície 41 é maior que D3 representado pelo diâmetro 49 uma força furo acima líquida é aumentada quando a pressão PB é aumentada, mantendo as superfícies 65 e 67 juntas com força elevada. Em resumo, D2 sendo maior que D3 faz aumentos na pressão PB manterem as superfícies 65 e 67 firmemente juntas. O mesmo resultado é obtido quando a pressão PA é aumentada, por que D3 é maior que D1 e PA acessa ambas as dimensões através dos orifícios 51 e extremidade inferior 31 do tubo 29.

[0011] Para equalizar a válvula 17 antes de tentar abri-la, a pressão de controle é aumentada na linha 23 que desloca o pistão 25 contra as molas 57 e 59 para separar as superfícies 65 e 67 de modo que o fluxo possa passar pelos orifícios 51, entre superfícies separadas 57 e 59 e através de orifícios 35 e em torno do exterior do plenum 33 e para fora conexão de extremidade inferior 15.

[0012] Os versados na técnica apreciarão que a localização da vedação metal a metal dentro do alojamento e tendo um caminho tortuoso levando-a de direções opostas minimiza o efeito erosivo dos fluidos de poço quando a válvula equalizadora é aberta. Adicionalmente, os componentes são configurados para manter a válvula fechada em pressão crescente em cada extremidade da válvula equalizadora. Isto é atingido apenas com a vedação metal a metal espaçada e uma vedação dinâmica. Um pistão de haste permite a remoção de uma terceira vedação no corpo conforme configurado no documento US 9062519. As molas 57 e 59 são dimensionados para superar o atrito de vedação em um conjunto de vedação de pistão de haste relativamente pequeno, bem como a fricção de vedação na vedação dinâmica 43.

[0013] A descrição acima é ilustrativa da modalidade preferencial e muitas modificações podem ser feitas pelos indivíduos versados na técnica sem se desviar da invenção cujo escopo deve ser determinado a partir do escopo literal e equivalente das reivindicações abaixo.

Claims

1. Válvula para uso subterrâneo, compreendendo: um alojamento (11) compreendendo um elemento de válvula (27, 29) entre uma extremidade furo acima e uma extremidade furo abaixo; duas vedações espaçadas (43, 65, 67) dentro do referido alojamento (11) para vedar entre o referido elemento de válvula (27,29) e o referido alojamento (11), as referidas vedações definindo uma primeira zona (PB) localizada entre as referidas vedações no referido alojamento (11) e uma segunda zona (PA) abrangendo as referidas vedações e a referida primeira zona (PB) no referido alojamento (11); caracterizada por: a pressão aplicada às referidas primeira e segunda zonas a partir de uma respectiva das referidas extremidades furo acima (13) ou furo abaixo (15) manter o referido elemento de válvula estacionário numa posição fechada para o referido elemento de válvula; o referido elemento de válvula (27, 29) ser seletivamente móvel para comunicação de pressão entre as referidas extremidades furo acima (13) e furo abaixo (15).

2. Válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: o referido elemento de válvula (27, 29) ser movido por um pistão de haste (61).

3. Válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: uma das referidas vedações espaçadas (43, 65, 67) compreender uma vedação metal a metal.

4. Válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: uma das referidas vedações espaçadas (43, 65, 67) compreender uma vedação dinâmica .

5. Válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: a referida extremidade de fundo de poço (15) comunicar com a referida primeira zona (PB).

6. Válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: a referida extremidade furo acima (13) comunicar com a referida segunda zona (PA).

7. Válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: o referido elemento de válvula (27, 29) compreender uma passagem através do mesmo para comunicação com a referida segunda zona (PA) através de uma extremidade inferior de passagem e orifícios (51) através de uma parede que define a referida passagem.

8. Válvula para uso subterrâneo, caracterizada pelo fato de que compreende: um alojamento (11) que compreende um elemento de válvula (27, 29) entre uma extremidade furo acima (13) e uma extremidade furo abaixo (15); duas vedações (43, 65, 67) espaçadas dentro do referido alojamento (11) para vedar entre o referido elemento de válvula (27, 29) e o referido alojamento, as referidas vedações definindo uma primeira zona localizada entre as referidas vedações no referido alojamento e uma segunda zona abrangendo as referidas vedações e a referida primeira zona no referido alojamento; em que a pressão aplicada às referidas primeira e segunda zonas de um respectivo topo de poço ou referida extremidade de fundo de poço mantém o referido membro de válvula estacionário em uma posição fechada para o referido membro de válvula; o referido elemento de válvula (27, 29) seletivamente móvel para comunicação de pressão entre as referidas extremidades furo acima (13) e furo abaixo (15); o referido elemento de válvula (27, 29) compreendendo uma passagem através do mesmo para comunicação com a referida segunda zona através de uma extremidade inferior de passagem e orifícios através de uma parede que define a referida passagem; a referida extremidade inferior de passagem fechada por um plenum (33) vedado ao referido elemento de válvula (27,29) com uma das referidas vedações espaçadas (43) que compreende ainda uma vedação dinâmica, o referido plenum se estendendo além da referida vedação dinâmica e compreendendo ainda um orifício (35) comunicando com a referida primeira zona (PB).

9. Válvula, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por: a outra (65, 67) das referidas vedações espaçadas (43, 65, 67) compreender uma vedação metal a metal.

10. Válvula, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por: a referida vedação dinâmica ter um diâmetro de pistão maior na referida segunda zona (PA) do que um diâmetro oposto na referida segunda zona (PA) adjacente à referida vedação metal a metal, de modo que uma força líquida da pressão na referida segunda zona (PA) empurre superfícies de metal opostas juntas na referida vedação metal a metal.

11. Válvula, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por: a referida primeira zona (PB) compreender uma projeção (39) na mesma com um diâmetro maior do que a referida vedação dinâmica, de modo que uma força líquida da pressão na referida primeira zona (PB) empurre as superfícies de metal opostas juntas na referida vedação metal a metal.

12. Válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ainda compreender: uma força de desvio de pelo menos uma mola (57,59) localizada na referida segunda zona.

13. Válvula, de acordo com a reivindicação 12, caracteriza-da por: a referida pelo menos uma mola (57,59) ser disposta em torno do referido elemento de válvula (27, 29).

14. Válvula, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada por: a referida pelo menos uma mola (57,59) desviar o referido elemento de válvula (27,29) e o referido pistão em tandem em direção à referida extremidade furo acima (13).

15. Válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: a abertura da referida válvula equalizar a pressão em lados opostos de uma válvula de isolamento fechada (17) para facilitar a abertura da válvula de isolamento.