BR112018014116B1

BR112018014116B1 - Aparato de vedação e método para vedar um espaço anular

Info

Publication number: BR112018014116B1
Application number: BR112018014116-0A
Authority: BR
Inventors: Gary Allen Kohn; Shane Patrick Furlong; Shengjun Yin
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2022-09-27
Also published as: GB201811441D0; CN108699898B; US11142985B2; NO20181029A1; MY190437A; EP3423671A1; SG11201805696VA; BR112018014116A2; CN108699898A; DE112016005723T5; CO2018007724A2; US20220025731A1; AU2016395858B2; WO2017151094A1; GB2562653B; EP3423671A4; AU2016395858A1; SA518391950B1; CA3010783C; GB2562653A

Abstract

Um aparato de vedação e método relacionado para vedar um espaço anular entre membros dispostos concentricamente. Em um exemplo de modalidade, o método inclui prover um anel de vedação dentro do espaço anular, o anel de vedação definindo superfícies interior e exterior inclinadas de forma oposta, cada uma com um formato geralmente frustocônico e definindo a primeira e a segunda bordas opostas, uma ponta que une as respectivas primeiras bordas das superfícies interior e exterior, e uma primeira superfície convexa que une as respectivas segundas bordas das superfícies interior e exterior opostas à ponta; e formar uma vedação contra uma pressão de fluido no espaço anular, incluindo abaixar a primeira superfície convexa do anel de vedação, de forma que as superfícies interior e exterior do mesmo se expandam radialmente para exercer tensão de contato sobre cada um dos membros dispostos concentricamente.

Description

Campo técnico

[0001] A presente divulgação se refere, em geral, a vedações para uso em operações de óleo e gás, tais como perfuração, completação e produção e, mais especificamente, a um aparato de vedação para aplicações de alta pressão e alta temperatura ("HPHT").

Fundamentos

[0002] Vedações “do tipo chevron” ou “em V” são usadas no aparato de vedação para prover tanto vedações estáticas quanto dinâmicas entre membros dispostos concentricamente em poços de petróleo, gás, geotérmicos, de injeção de água e outros poços. A fim de formar uma vedação eficaz, a tensão de contato entre as vedações do tipo chevron e os membros dispostos concentricamente deve ser maior do que a pressão de fluido aplicada à face molhada das vedações do tipo chevron. No entanto, vedações do tipo chevron foram projetadas para funcionar sob condições de temperatura e pressão substancialmente menos severas do que aquelas encontradas durante operações modernas do campo petrolífero. Por exemplo, as condições do poço na indústria de petróleo e gás durante o desenvolvimento de vedações do tipo chevron raramente excederam 34,47 MPa (5.000 psi) e 121,11 °C (250 °F). No entanto, não é incomum que vedações do tipo chevron sofram pressões de 86,18 MPa (12.500 psi) e temperaturas de 204,44 °C (400 °F).

[0003] Por conseguinte, durante operações de campo petrolífero modernas, podem surgir problemas com o desempenho de vedações do tipo chevron, devido em parte ao fato de que o bulk modulus de um material elastomérico é dependente da temperatura. Especificamente, o volume de uma vedação do tipo chevron elastomérica é propenso a ser esmagado sob carga hidrostática quando submetido a pressões e temperaturas elevadas, resultando em redução de volume significativa e uma seção transversal menor do material para vedar em contato com os membros dispostos concentricamente. Por conseguinte, a tensão de contato entre a vedação do tipo chevron e os membros dispostos concentricamente cai abaixo da pressão do fluido aplicada à face molhada da vedação do tipo chevron, comprometendo, em última análise, a integridade da vedação.

[0004] Portanto, o que é necessário é que um aparato ou método resolva um ou mais dos problemas acima, e/ou um ou mais outros problemas.

Breve descrição das figuras

[0005] Várias modalidades da presente divulgação serão compreendidas mais plenamente a partir da descrição detalhada dada abaixo e a partir das figuras em anexo de várias modalidades da divulgação. Nas figuras, números de referência iguais podem indicar elementos idênticos ou funcionalmente semelhantes.

[0006] A Figura 1 é uma ilustração esquemática de uma plataforma de petróleo e gás em alto mar operacionalmente acoplada a uma ferramenta de poço disposta dentro de um poço de exploração, de acordo com um exemplo de modalidade.

[0007] A Figura 2 é uma seção transversal parcial da ferramenta de poço da Figura 1, a ferramenta de poço incluindo um mandril de vedação, um receptáculo e um aparelho de vedação, de acordo com um exemplo de modalidade.

[0008] A Figura 3 é uma vista ampliada do aparato de vedação da Figura 2, o aparelho de vedação incluindo um adaptador, um par de anéis de apoio, um anel de vedação, um anel de compressão e um anel de energização, de acordo com um exemplo de modalidade.

[0009] A Figura 4 é uma seção transversal radial do anel de vedação da Figura 3, de acordo com um exemplo de modalidade.

[0010] A Figura 5A é uma seção transversal radial do aparato de vedação das Figuras 2-4 em uma configuração não energizada, de acordo com um exemplo de modalidade.

[0011] A Figura 5B é uma seção transversal radial do aparato de vedação das Figuras 2-4 e 5A em uma configuração energizada, de acordo com um exemplo de modalidade.

Descrição detalhada

[0012] Modalidades ilustrativas e métodos relacionados da presente divulgação são descritos abaixo conforme podem ser empregados em um aparato de vedação para aplicações de HPHT. Para fins de clareza, nem todas as características de uma implementação real são descritas neste relatório descritivo. Será evidentemente apreciado que, no desenvolvimento de quaisquer dessas modalidades reais, inúmeras decisões específicas à implementação devem ser tomadas para atingir os objetivos específicos dos desenvolvedores, tais como a conformidade com restrições relacionadas ao sistema e relacionadas ao negócio, que variarão de uma implementação para a outra. Além disso, apreciar-se-á que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas, no entanto, seria um empreendimento rotineiro para aqueles ordinariamente versados na técnica que tenham o benefício desta divulgação. Aspectos e vantagens adicionais das várias modalidades e métodos relacionados da divulgação se tornarão aparentes a partir da consideração da seguinte descrição e figuras.

[0013] A seguinte divulgação pode repetir números e/ou letras de referência nos vários exemplos ou Figuras. Essa repetição é para fins de simplicidade e clareza e não dita, por si só, uma relação entre as várias modalidades e/ou configurações discutidas. Além disso, deve-se entender que o uso de termos espacialmente relativos tais como "acima", "abaixo", "superior", "inferior", "para cima", "para baixo", "topo do poço", "fundo do poço", e semelhantes são usados em relação às modalidades ilustrativas como estão representadas nas Figuras, sendo as direções para cima e para baixo em direção à parte superior e à parte inferior da Figura correspondente, respectivamente, e sendo as direções de topo do poço e fundo do poço em direção à superfície e à base do poço, respectivamente. A menos que declarado de outra forma, os termos espacialmente relativos são destinados a englobar diferentes orientações do aparato em uso ou operação, adicionalmente à orientação representada nas Figuras. Por exemplo, se um aparato nas Figuras estiver virado, os elementos descritos como estando "abaixo" ou "embaixo" de outros elementos ou características estariam, então, orientados "acima" dos outros elementos ou características. Assim, o termo de exemplo "abaixo" pode abranger tanto uma orientação acima ou abaixo. O aparato pode ser orientado de outra forma (girado 90 graus ou em outras orientações) e os descritores espacialmente relativos usados neste documento podem ser interpretados da mesma forma.

[0014] Embora uma Figura possa representar um poço de exploração horizontal ou um poço de exploração vertical, a menos que indicado de outra forma, aqueles versados na técnica devem compreender que o aparato de acordo com a presente divulgação é igualmente adequado para uso em poços de exploração com outras orientações, incluindo poços de exploração verticais, poços de exploração horizontais, poços de exploração inclinados, poços de exploração multilaterais ou semelhantes. Adicionalmente, a menos que indicado de outra forma, apesar de uma Figura poder representar uma operação em alto-mar, deve-se compreender que o aparato de acordo com a presente divulgação é igualmente adequado para uso em operações em terra. Finalmente, a menos que indicado de outra forma, embora uma Figura possa representar um poço de exploração revestido (cased-hole), deve-se entender que o aparato de acordo com a presente divulgação é igualmente adequado para uso em operações em poços de exploração abertos (openhole).

[0015] Em referência à Figura 1, uma plataforma de petróleo e gás em alto- mar é esquematicamente ilustrada e geralmente designada pelo número de referência 10. Em um exemplo de modalidade, a plataforma de petróleo e gás em alto-mar 10 inclui uma plataforma semissubmersível 12 que está posicionada sobre uma formação de petróleo e gás submersa 14 localizada abaixo do fundo do mar 16. Um conduíte submarino 18 se estende de um deque 20 da plataforma 12 para uma instalação de cabeça de poço submarina 22. Um ou mais dispositivos de controle de pressão 24, tais como, por exemplo, válvulas de segurança (BOPs) e/ou outro equipamento associado à perfuração ou produção de um poço de exploração podem ser providas na instalação de cabeça de poço submarina 22 ou em outro local no sistema. A plataforma 12 pode incluir um aparato de içamento 26, um guindaste 28, uma catarina 30, um gancho 32 e uma cabeça de injeção 34, cujos componentes operáveis em conjunto para levantar e baixar um veículo de transporte 36.

[0016] Uma variedade de veículos de transporte 36 podem ser levantados e baixados da plataforma 12, tais como, por exemplo, revestimento, tubo de perfuração, tubulação em espiral, tubos de produção, outros tipos de tubos ou colunas de produção, e/ou outros tipos de veículos de transporte, tais como arame, corda de piano e semelhantes. Na modalidade da Figura 1, o veículo de transporte 36 é uma coluna tubular que se estende axialmente substancialmente tubular feita de uma pluralidade de juntas de tubo acopladas umas às outras, extremidade a extremidade. A plataforma 12 pode também incluir uma haste de perfuração, uma mesa rotativa, uma unidade de top drive e/ou outro equipamento associado à rotação e/ou translação do veículo de transporte 36. Um poço de exploração 38 se estende da instalação de cabeça de poço submarina 22 e através de diversos estratos da terra, incluindo a formação 14. Pelo menos uma porção do poço de exploração 38 pode incluir uma coluna de revestimento 40 cimentada no mesmo. Conectado ao veículo de transporte 36 e se estendendo dentro do poço de exploração 38 está uma ferramenta de poço 42 na qual o conjunto de vedação para aplicações de HPHT da presente divulgação é incorporado.

[0017] Em referência à Figura 2, é ilustrado um exemplo de modalidade da ferramenta de poço 42. A ferramenta de poço 42 inclui um mandril de vedação 44, um receptáculo 46 dentro do qual o mandril de vedação 44 se estende e um aparato de vedação 100 que engata de forma vedante tanto o mandril de vedação 44 quanto o receptáculo 46. O mandril de vedação 44 inclui uma ranhura anular 48 formada no exterior do mesmo. Em vários exemplos de modalidades, ao invés de ser formada no exterior do mandril de vedação 44, a ranhura anular 48 é formada no interior do receptáculo 46. De qualquer forma, a ranhura anular 48 define uma superfície que se estende axialmente 50 contígua a um par de ressaltos anulares opostos 52 e 54. O ressalto anular 52 está voltado para uma direção axial 56. Em contraste, o ressalto anular 54 está voltado para uma direção axial 58, a qual é substancialmente oposta à direção axial 56. O receptáculo 46 define um orifício interior 60 dentro do qual o mandril de vedação 44 está adaptado para golpear. Folgas 62 e 64 são definidas entre o mandril de vedação 44 e o orifício interior 60 do receptáculo 46 em lados opostos da ranhura anular 48. Em vários exemplos de modalidades, o mandril de vedação 44 inclui um anel roscado que define o ressalto anular 52, sendo o anel roscado removível do mandril de vedação 44 para permitir a instalação do aparato de vedação 100. Em vários exemplos de modalidades, um ou ambos os ressaltos anulares 52 e 54 são definidos por anéis lanterna fixados ao exterior do mandril de vedação 44 ou, alternativamente, ao orifício interior 60 do receptáculo 46.

[0018] A ferramenta de poço 42 poderia ser qualquer ferramenta de poço utilizada para a perfuração, completação, produção, recondicionamento e/ou tratamento do poço de exploração 38. Adicionalmente, em vários exemplos de modalidades, o mandril de vedação 44 é, inclui ou faz parte de uma ferramenta de poço e o receptáculo 46 é, inclui ou faz parte de outra ferramenta de poço. Além disso, um ou ambos dentre o mandril de vedação 44 e/ou o receptáculo 46 podem ser omitidos em favor de um componente equivalente da ferramenta de poço 42 ou outra ferramenta de poço utilizada para a perfuração, completação, produção, recondicionamento e/ou tratamento do poço 38, conforme o caso.

[0019] O aparato de vedação 100 está disposto dentro da ranhura anular 48, entre os ressaltos anulares 52 e 54. Quando o aparato de vedação 100 não é energizado, uma folga 66 pode ser definida entre o aparato de vedação 100 e o orifício interior 60 do receptáculo 46. As folgas 62, 64 e 66 em conjunto definem um espaço anular dentro do qual o aparato de vedação 100 é adaptado para vedar em direção a uma pressão de fluido. Quando o aparato de vedação 100 é energizado, como será discutido em mais detalhes abaixo, o aparato de vedação 100 é capaz de prover vedação estática ou dinâmica entre o mandril de vedação 44 e o receptáculo 46. Por exemplo, quando o aparato de vedação 100 é energizado enquanto o mandril de vedação 44 está estacionário em relação ao receptáculo 46, tanto a superfície que se estende axialmente 52 do mandril de vedação 44 quanto o orifício interior 60 do receptáculo 46 se engatam de forma vedante pelo aparato de vedação 100 para formar uma vedação estática. Em contraste, quando o aparato de vedação 100 é energizado durante o golpe do mandril de vedação 44, a superfície que se estende axialmente 50 do mandril de vedação 44 é engatada de forma vedante pelo aparato de vedação 100, e o orifício interior 60 do receptáculo 46 é engatado de forma vedante e deslizante pelo aparato de vedação 100 para formar uma vedação dinâmica. Embora o aparato de vedação 100 seja descrito neste documento por formar uma vedação entre o mandril de vedação 44 e o receptáculo 46, o aparato de vedação 100 também pode ser utilizado para formar uma vedação entre outros componentes dispostos concentricamente dentro do poço de exploração 38 ou em outro lugar.

[0020] Em referência à Figura 3, é ilustrado um exemplo de modalidade do aparato de vedação 100. O aparato de vedação 100 inclui um adaptador 102, um par de anéis de apoio 104 e 106, um anel de vedação 108, um anel de compressão 110 e um elemento de energização 112.

[0021] O adaptador 102 se estende em torno do mandril de vedação 44 e está disposto dentro da ranhura anular 48, adjacente e entre o ressalto anular 52 e o anel de apoio 104. O adaptador 102 inclui uma superfície geralmente plana 114 voltada para a direção axial 58. A superfície plana 114 está adaptada para se engatar ao ressalto anular 52 quando o aparato de vedação 100 é energizado. O adaptador 102 também inclui uma superfície côncava substancialmente em formato de V 116 oposta à superfície plana 114 e voltada geralmente para a direção axial 56. Além disso, uma parede interior 118 do adaptador 102 se estende axialmente entre a superfície plana 114 e a superfície côncava 116. De forma semelhante, uma parede exterior 120 do adaptador 102 se estende axialmente entre a superfície plana 114 e a superfície côncava 116, oposta à parede interior 118. Em vários exemplos de modalidades, as paredes interior e exterior 118 e 120 são espaçadas em uma relação substancialmente paralela. Em vários exemplos de modalidades, o adaptador 102 é formado de um material rígido, tal como, por exemplo, plástico, compósito, metal, outro material rígido ou qualquer combinação dos mesmos. No entanto, outros materiais poderiam ser usados para formar o adaptador 102 com base em fatores tais como compatibilidade química, temperatura de aplicação, pressão de vedação e semelhantes.

[0022] O anel de apoio 104 se estende em torno do mandril de vedação 44 e está disposto dentro da ranhura anular 48, adjacente e entre o adaptador 102 e o anel de apoio 106. O anel de apoio 104 inclui uma ponta substancialmente em formato de arco 122 voltada geralmente para a direção axial 58. A ponta 122 está adaptada para se engatar à superfície côncava 116 do adaptador 102 quando o aparato de vedação 100 está energizado. O anel de apoio 104 também inclui uma superfície côncava substancialmente em formato de arco 124 oposta à ponta 122. A superfície côncava 124 é voltada geralmente para a direção axial 56 e é unida por um par de segmentos geralmente planos 126a e 126b em lados opostos da mesma. Além disso, uma parede interior 128 do anel de apoio 104 se une e se estende axialmente entre a ponta 122 e o segmento plano 126a. De forma semelhante, uma parede exterior 130 do anel de apoio 104 se une e se estende axialmente entre a ponta 122 e o segmento plano 126b, oposto à parede interior 128. Em vários exemplos de modalidades, as paredes interior e exterior 128 e 130 são espaçadas em uma relação substancialmente paralela.

[0023] Em um exemplo de modalidade, o anel de apoio 104 é formado de polieteretercetona (PEEK). No entanto, o anel de apoio 104 pode ser formado de outro material termoplástico ou termofixo, tal como, por exemplo, politetrafluoroetileno (PTFE), também conhecido como Teflon®, entre outros. Além disso, outros materiais poderiam ser usados para formar o anel de apoio 104 com base em fatores tais como compatibilidade química, temperatura de aplicação, pressão de vedação e semelhantes. Adicionalmente, apesar de o anel de apoio 104 ter sido representado como tendo a ponta 122 e a superfície côncava 124 unidos pelos segmentos planos 126a e 126b, o anel de apoio 104 poderia ter formatos ou configurações alternativas, tais como, por exemplo, um formato de chevron ou V, entre outros. De qualquer forma, o anel de apoio 104 está adaptado para se alargar para fora para prover suporte e impedir a extrusão do anel de apoio 106 e do anel de vedação 108 quando o aparato de vedação 100 estiver energizado.

[0024] O anel de apoio 106 se estende em torno do mandril de vedação 44 e está disposto dentro da ranhura anular 48, adjacente e entre o anel de apoio 104 e o anel de vedação 108. O anel de apoio 106 inclui uma ponta substancialmente em formato de arco 132 voltada geralmente para a direção axial 58. A ponta 132 está adaptada para se engatar à superfície côncava 124 e aos segmentos planos 126a e 126b do anel de apoio 104 quando o aparato de vedação 100 está energizado. O anel de apoio 106 também inclui uma superfície côncava substancialmente em formato de arco 134 oposta à ponta 132. A superfície côncava 134 é voltada geralmente para a direção axial 56 e é unida por um par de segmentos geralmente planos 136a e 136b em lados opostos da mesma. Além disso, uma parede interior 138 do anel de apoio 106 se une e se estende axialmente entre a ponta 132 e o segmento plano 136a. De forma semelhante, uma parede exterior 140 do anel de apoio 106 se une e se estende axialmente entre a ponta 132 e o segmento plano 136b, oposto à parede interior 138. Em vários exemplos de modalidades, as paredes interior e exterior 138 e 140 são espaçadas em uma relação substancialmente paralela.

[0025] Em um exemplo de modalidade, o anel de apoio 106 é formado de politetrafluoroetileno (PTFE), também conhecido como Teflon®. No entanto, o anel de apoio 104 pode ser formado de outro material termoplástico ou termofixo, tal como, por exemplo, polieteretercetona (PEEK), entre outros. Além disso, outros materiais poderiam ser usados para formar o anel de apoio 106 com base em fatores tais como compatibilidade química, temperatura de aplicação, pressão de vedação e semelhantes. Adicionalmente, apesar de o anel de apoio 106 ter sido representado como tendo a ponta 132 e a superfície côncava 134 unidas pelos segmentos planos 136a e 136b, o anel de apoio 106 poderia ter formatos ou configurações alternativas, tais como, por exemplo, um formato de chevron ou V, entre outros. De qualquer forma, o anel de apoio 106 está adaptado para se alargar para fora para prover suporte e impedir a extrusão do anel de vedação 108 quando o aparato de vedação 100 estiver energizado.

[0026] O anel de vedação 108 se estende em torno do mandril de vedação 44 e está disposto dentro da ranhura anular 48, adjacente e entre o anel de apoio 106 e o anel de compressão 110. O anel de vedação 108 inclui uma ponta 142 que define, por exemplo, um par de superfícies inclinadas de forma oposta 144a e 144b, e uma superfície convexa substancialmente em formato de arco 144c adjacente às superfícies 144a e 144b. Em vários exemplos de modalidades, as superfícies 144a e 144b têm, cada uma, um formato geralmente frustocônico. A ponta 142 está voltada geralmente para a direção axial 58 e é adaptada para se engatar à superfície côncava 134 e aos segmentos planos 136a e 136b do anel de apoio 106 quando o aparato de vedação 100 estiver energizado. Adicionalmente, o anel de vedação 108 inclui uma superfície convexa substancialmente em formato de arco 146 oposta à ponta 142. A superfície convexa 146 está voltada geralmente para a direção axial 56. Finalmente, o anel de vedação 108 inclui paredes interior e exterior inclinadas de forma oposta 148 e 150. Em vários exemplos de modalidades, as paredes interior e exterior 148 e 150 têm, cada uma, um formato geralmente frustocônico. A parede interior 148 define bordas opostas 148a e 148b. De forma semelhante, a parede exterior 150 define bordas opostas 150a e 150b. A ponta 142 une as paredes interior e exterior 148 e 150, de forma que a superfície 144a da ponta 142 una a parede interior 148 e a superfície 144b da ponta 142 se una à parede exterior 150. Em contraste, a superfície convexa 146 une as paredes interior e exterior 148 e 150 nas respectivas bordas 148b e 150b das mesmas.

[0027] Em vários exemplos de modalidades, o anel de vedação 108 é formado de um material elastomérico, tal como Viton®, Aflas®, Kalraz® ou semelhantes. Adicionalmente, o anel de vedação 108 pode ser formado de outro elastômero, tal como, por exemplo, borracha sintética, borracha de butadieno, borracha nitrílica, fluoroelastômero, perfluoroelastômero ou semelhantes. Além disso, o anel de vedação 108 pode ser formado de outro material termoplástico ou termofixo, tal como, por exemplo, polieteretercetona (PEEK) ou politetrafluoroetileno (PTFE), também conhecido como Teflon®, entre outros. Outros materiais também poderiam ser usados para formar o anel de vedação 108 com base em fatores tais como compatibilidade química, temperatura de aplicação, pressão de vedação e semelhantes. De qualquer forma, o anel de vedação 108 é adaptado para expandir para fora para prover tensão de contato contra a superfície que se estende axialmente 50 do mandril de vedação 44 e o orifício interior 60 do receptáculo 46 quando o aparato de vedação 100 estiver energizado. A estrutura do anel de vedação 108 será discutida em mais detalhes abaixo em referência à Figura 4.

[0028] O anel de compressão 110 se estende em torno do mandril de vedação 44 e está disposto dentro da ranhura anular 48, adjacente e entre o anel de vedação 108 e o elemento de energização 112. O anel de compressão 110 inclui uma superfície geralmente plana 152 voltada para a direção axial 58. A superfície plana 152 é adaptada para se engatar à superfície convexa 146 do anel de vedação 108 quando o aparato de vedação 100 está energizado. O anel de compressão 110 também inclui uma superfície côncava substancialmente em formato de V 154 oposta à superfície plana 152 e voltada geralmente para a direção axial 56. Além disso, uma parede interior 156 do anel de compressão 110 se une e se estende axialmente entre a superfície plana 152 e a superfície côncava 154. De forma semelhante, uma parede exterior 158 do anel de compressão 110 se une e se estende axialmente entre a superfície plana 152 e a superfície côncava 154, oposta à parede interior 156. Em vários exemplos de modalidades, as paredes interior e exterior 156 e 158 são espaçadas em uma relação substancialmente paralela.

[0029] Em vários exemplos de modalidades, o anel de compressão 110 é formado de um material rígido, tal como, por exemplo, plástico, compósito, metal, outro material rígido ou qualquer combinação dos mesmos. No entanto, outros materiais poderiam ser usados para formar o anel de compressão 110 com base em fatores tais como compatibilidade química, temperatura de aplicação, pressão de vedação e semelhantes. Adicionalmente, embora o anel de compressão 110 tenha sido representado tendo a superfície plana 152, a superfície côncava 154, e as paredes interior e exterior 156 e 158, o anel de compressão 110 poderia ter formatos ou configurações alternativos. De qualquer forma, o anel de compressão 110 é adaptado para abaixar a superfície convexa 146 do anel de vedação 108 quando o aparelho de vedação 100 estiver energizado.

[0030] O elemento de energização 112 se estende em torno do mandril de vedação 44 e está disposto dentro da ranhura anular 48, adjacente e entre o anel de compressão 110 e o ressalto anular 54. O elemento de energização 112 inclui uma ponta substancialmente em formato de V 160 voltada geralmente para a direção axial 58. A ponta 160 é adaptada para se engatar à superfície côncava 154 do anel de compressão 110 quando o aparato de vedação 100 está energizado. O elemento de energização 112 também inclui uma superfície geralmente plana 162 oposta à ponta 160 e voltada para a direção axial 56. Além disso, uma parede interior 164 do elemento de energização 112 se une e se estende axialmente entre a ponta 160 e a superfície plana 162. De forma semelhante, uma parede exterior 166 do elemento de energização 112 se une e se estende axialmente entre a ponta 160 e a superfície plana 162, oposta à parede interior 164. Em vários exemplos de modalidades, as paredes interior e exterior 164 e 166 são espaçadas em uma relação substancialmente paralela.

[0031] Em vários exemplos de modalidades, o elemento de energização 112 é formado de um elastômero, tal como, por exemplo, borracha sintética, borracha de butadieno, borracha nitrílica, fluoroelastômero, perfluoroelastômero, um material termoplástico ou termofixo ou semelhantes. Em vários exemplos de modalidades, o elemento de energização 112 é formado de material rígido, tal como, por exemplo, plástico, compósito, metal, outro material rígido ou qualquer combinação dos mesmos. No entanto, outros materiais poderiam ser usados para formar o elemento de energização 112 com base em fatores tais como compatibilidade química, temperatura de aplicação, pressão de vedação e semelhantes. Adicionalmente, apesar de o elemento de energização 112 ter sido retratado com a ponta 160, a superfície plana 162 e as paredes interior e exterior 164 e 166, o elemento de energização 112 poderia ter formatos ou configurações alternativos, tais como, por exemplo, quad rings, vedações em bloco quadradas, beta seals, e semelhantes. De qualquer forma, o elemento de energização 112 é adaptado para energizar o aparato de vedação 100 quando é aplicada pressão de fluido suficiente ao mesmo. Adicionalmente, o elemento de energização 112 provê suporte ao aparato de vedação 100 quando o aparato de vedação 100 não está energizado.

[0032] Em referência agora à Figura 4, é ilustrado um exemplo de modalidade do anel de vedação 108, incluindo a ponta 142, a superfície convexa 146 e as paredes interior e exterior 148 e 150. Mais particularmente, a Figura 4 representa uma seção transversal radial do anel de vedação 108, retratada ao longo de um raio que intercepta o eixo central longitudinal do anel de vedação 108.

[0033] As superfícies 144a e 144b da ponta 142 se unem à superfície convexa 144c da ponta 142. Em um exemplo de modalidade, a superfície convexa 144c define um raio 168 de 1,778 mm (0,07 polegadas). As superfícies 144a e 144b também se unem às bordas 148a e 150a das paredes interior e exterior 148 e 150, respectivamente. Em um exemplo de modalidade, as superfícies 144a e 144b definem, cada uma, um ângulo de inclinação 170 de 37,5 graus medido a partir do eixo central longitudinal do anel de vedação 108. Além disso, as bordas 148b e 150b das superfícies interior e exterior 148 e 150, respectivamente, se unem à superfície convexa 144c. Em um exemplo de modalidade, a superfície convexa 144c define um raio 172 de 3,048 mm (0,120 polegadas). Além disso, as paredes interior e exterior 148 e 150 definem, cada uma, uma altura da parede 174 de 4,571 mm (0,180 polegadas). Em um exemplo de modalidade, o anel de vedação 108 define uma largura 176 de 4,7 mm (0,185 polegadas) medida entre as bordas 148a e 150a das paredes interior e exterior 148 e 150, respectivamente. De forma semelhante, o anel de vedação 108 define uma largura 178 de 5,234 mm (0,212 polegadas) medida entre as bordas 148b e 150b das paredes interior e exterior 148 e 150, respectivamente. Por conseguinte, as paredes interior e exterior 148 e 150 definem, cada uma, um ângulo de inclinação 180 de 4,3 graus medido a partir do eixo central longitudinal do anel de vedação 108. Finalmente, em um exemplo de modalidade, o anel de vedação 108 define uma altura total 182 de 8,102 mm (0,319 polegadas) entre o ponto central da superfície convexa 146 e o ponto central da superfície convexa 144c.

[0034] Embora um exemplo de modalidade do anel de vedação 108 seja descrito acima incluindo as dimensões dos raios 168 e 172, os ângulos 170 e 180, as alturas 174 e 182, e as larguras 176 e 178, deve-se compreender que as dimensões do anel de vedação 108 podem ser mudadas para se adequarem a uma variedade de diferentes aplicações. Em vários exemplos de modalidades, a razão do raio 168 para o raio 172 está entre 0,5 e 0,7. Em algumas modalidades, a razão do raio 168 para o raio 172 está entre 0,55 e 0,65. Em ainda outras modalidades, a razão do raio 168 para o raio 172 é de cerca de 0,58. Adicionalmente, em vários exemplos de modalidades, a razão do ângulo 170 para o ângulo 180 está entre 8 e 10. Em algumas modalidades, a razão do ângulo 170 para o ângulo 180 está entre 8,5 e 9,5. Em ainda outras modalidades, a razão do ângulo 170 para o ângulo 180 é de cerca de 8,74. Mais ainda, em vários exemplos de modalidades, a razão da altura 174 para a altura 182 está entre 0,45 e 0,65. Em algumas modalidades, a razão da altura 174 para a altura 182 está entre 0,5 e 0,6. Em ainda outras modalidades, a razão da altura 174 para a altura 182 é de cerca de 0,56. Finalmente, em vários exemplos de modalidades, a razão da largura 176 para a largura 178 está entre 0,75 e 0,95. Em algumas modalidades, a razão da largura 176 para a largura 178 está entre 0,8 e 0,9. Em ainda outras modalidades, a razão da largura 176 para a largura 178 é de cerca de 0,87. Além disso, em vários exemplos de modalidades, a razão da largura 178 para a altura total 182 está entre 0,55 e 0,75. Em algumas modalidades, a razão da largura 178 para a altura total 182 está entre 0,6 e 0,7. Em ainda outras modalidades, a razão da largura 178 para a altura total 182 é de cerca de 0,66.

[0035] Durante a operação, cujo exemplo de modalidade está ilustrado nas Figuras 5A e 5B, o aparato de vedação 100 forma uma vedação contra uma pressão de fluido no espaço anular definido pelas folgas 62, 64 e 66. Especificamente, o aparato de vedação 100 atua como uma vedação unidirecional que impede, ou pelo menos obstrui, a migração de um fluido pressurizado da folga 64 para a folga 62, na direção axial 58. Especificamente, quando a pressão na folga 64 for superior à pressão na folga 62, a força do fluido pressurizado atua sobre a superfície plana 162 do elemento de energização 112 para impelir o elemento de energização 112 na direção axial 58. Por conseguinte, o aparato de vedação 100 é comprimido contra o ressalto anular 52 do mandril de vedação 44 de forma que os vários componentes do aparato de vedação 100 se engatem uns aos outros, como mostrado na Figura 5A. Especificamente, a ponta 160 do elemento de energização 112 se engata à superfície côncava 154 do anel de compressão 110; a superfície plana 152 do anel de compressão 110 se engata à superfície convexa 146 do anel de vedação 108; a ponta 142 do anel de vedação 108 se engata à superfície côncava 134 do anel de apoio 106; a ponta 132 do anel de apoio 106 se engata à superfície côncava 124 do anel de apoio 104; a ponta 122 do anel de apoio 104 se engata à superfície côncava 116 do adaptador 102; e a superfície plana 114 do adaptador 102 se engata ao ressalto anular 52 do mandril de vedação 44.

[0036] O anel de vedação 108 é maleável, de forma que o fluido pressurizado energiza o anel de vedação 108, como mostrado na Figura 5B. A pressão na qual o anel de vedação 108 se torna energizado depende de fatores tais como a composição do material do anel de vedação 108, a compatibilidade química entre o anel de vedação 108 e o fluido de aplicação, a temperatura do fluido de aplicação e semelhantes. O anel de vedação 108 é energizado pela interação da superfície plana 152 do anel de compressão 110 com a superfície convexa 146 do anel de vedação 108 e, adicionalmente, pela interação da ponta 142 do anel de vedação 108 com a superfície côncava 134 do anel de apoio 106. Em vários exemplos de modalidades, o anel de vedação 108 é energizado por contato direto com o fluido pressurizado.

[0037] A energização do anel de vedação 108 causa tanto a compressão axial quanto a expansão radial do anel de vedação 108. A compressão axial do anel de vedação 108 faz com que a ponta 142 do anel de vedação 108 se conforme à superfície côncava 134 do anel de apoio 106. Além disso, a superfície convexa 146 do anel de vedação 108 é abaixada pela superfície plana 152 do anel de compressão 110, fazendo com que as paredes interior e exterior 148 e 150 do anel de vedação 108 se expandam para fora e engatem tanto o mandril de vedação 44 quanto o receptáculo 46. A tensão de contato resultante exercida sobre o mandril de vedação 44 e o receptáculo 46 pelo anel de vedação 108 excede a pressão exercida sobre o anel de vedação 108 pelo fluido pressurizado. O formato da seção transversal do anel de vedação 108 faz com que a tensão de contato exercida sobre o mandril de vedação 44 e o receptáculo 46 seja concentrada e maximizada próximo às bordas 148b e 150b das paredes interior e exterior 148 e 150, respectivamente. A concentração da tensão de contato próximo às bordas 148b e 150b faz com que o anel de vedação 108 se engate de forma vedante tanto à superfície que se estende axialmente 50 do mandril de vedação 44 quanto ao orifício interior 60 do receptáculo 46. Além disso, quando a tensão de contato se concentra próximo às bordas 148b e 150b do anel de vedação 108, os anéis de apoio 104 e 106 ficam melhor equipados para impedir, ou pelo menos obstruir, a extrusão do anel de vedação 108, como será discutido em mais detalhes abaixo.

[0038] Quando o anel de apoio 106 alcança uma faixa de temperatura limite, o anel de apoio 106 se torna maleável de forma que o fluido pressurizado energize o anel de apoio 106, como mostrado na Figura 5B. A pressão na qual o anel de apoio 106 se torna energizado depende de fatores tais como a composição do material do anel de apoio 106, a compatibilidade química entre o anel de apoio 106 e o fluido de aplicação, a temperatura do fluido de aplicação, e semelhantes. O anel de apoio 106 é energizado pela interação da ponta 142 do anel de vedação 108 com a superfície côncava 134 do anel de apoio 106 e, adicionalmente, pela interação da ponta 132 do anel de apoio 106 com a superfície côncava 124 do anel de apoio 104.

[0039] A energização do anel de apoio 106 causa a compressão axial e expansão radial do anel de apoio 106. A compressão axial do anel de apoio 106 faz com que a ponta 132 do anel de apoio 106 se conforme à superfície côncava 124 do anel de apoio 104. Além disso, as paredes interior e exterior 138 e 140 do anel de apoio 106 se alargam para fora para se engatar tanto à superfície que se estende axialmente 50 do mandril de vedação 44 quanto ao orifício interior 60 do receptáculo 46. Em vários exemplos de modalidades, o alargamento para fora do anel de apoio 106 impede, ou pelo menos obstrui, a extrusão do anel de vedação 108.

[0040] Quando o anel de apoio 104 alcança uma faixa de temperatura limite, o anel de apoio 104 se torna maleável de forma que o fluido pressurizado energize o anel de apoio 104, como mostrado na Figura 5B. A pressão na qual o anel de apoio 104 se torna energizado depende de fatores tais como a composição do material do anel de apoio 104, a compatibilidade química entre o anel de apoio 104 e o fluido de aplicação, a temperatura do fluido de aplicação, e semelhantes. O anel de apoio 104 é energizado pela interação da ponta 132 do anel de apoio 106 com a superfície côncava 124 do anel de apoio 104 e, adicionalmente, pela interação da ponta 122 do anel de apoio 104 com a superfície côncava 116 do adaptador 102.

[0041] A energização do anel de apoio 104 causa a compressão axial e expansão radial do anel de apoio 104. A compressão axial do anel de apoio 104 faz com que a ponta 122 do anel de apoio 104 se conforme à superfície côncava 116 do adaptador 102. Além disso, as paredes interior e exterior 128 e 130 do anel de apoio 104 se alargam para fora para se engatar tanto à superfície que se estende axialmente 50 do mandril de vedação 44 quanto ao orifício interior 60 do receptáculo 46. Em vários exemplos de modalidades, o alargamento para fora do anel de apoio 104 impede, ou pelo menos obstrui, a extrusão do anel de apoio 106 e, consequentemente, do anel de vedação 108.

[0042] Em várias formas de realização exemplificativas, o anel de vedação 108 e os anéis de apoio 104 e 106 ficam energizados a diferentes pressões e/ou temperaturas do fluido de aplicação. Especificamente, o anel de apoio 106 poderia ser feito de um material que impeça a extrusão do anel de vedação 108 dentro de uma primeira faixa de temperatura e/ou de pressão. Além disso, o anel de apoio 104 poderia ser feito de um material que impeça a extrusão do anel de apoio 106 e, consequentemente, do anel de vedação 108, dentro de uma segunda faixa de temperatura e/ou de pressão que é geralmente maior do que a primeira faixa de temperatura e/ou de pressão. Por exemplo, em uma ou mais modalidades, o anel de vedação 108 é feito de Viton® 90 durômetro, o anel de apoio 106 é feito de politetrafluoroetileno (PTFE) com 25% preenchido com vidro, também conhecido como Teflon®, e o anel de apoio 104 é feito de polieteretercetona (PEEK). O politetrafluoroetileno (PTFE) com 25% preenchido com vidro do anel de apoio 106 é capaz de controlar a extrusão do anel de vedação 108 a temperaturas menores do que 148,90 °C (300 °F). No entanto, conforme a temperatura do fluido de aplicação se aproxima de 148,90 °C (300 °F), o anel de apoio 106 fica propenso à extrusão. Por conseguinte, a polieteretercetona (PEEK) do anel de apoio 104 controla a extrusão do anel de apoio 106 e do anel de vedação 108 a temperaturas próximas ou maiores do que 148,90 °C (300 °F).

[0043] Em vários exemplos de modalidades, o anel de apoio 104 é omitido, de forma que o aparato de vedação 100 inclua o adaptador 102, o anel de apoio 106, o anel de vedação 108, o anel de compressão 110 e o elemento de energização 112. Em vários exemplos de modalidades, o anel de apoio 106 é omitido, de forma que o aparato de vedação 100 inclua o adaptador 102, o anel de apoio 104, o anel de vedação 108, o anel de compressão 110 e o elemento de energização 112. Em vários exemplos de modalidades, um ou ambos dentre o anel de compressão 110 e o elemento de energização 112 são omitidos, de forma que o aparato de vedação 100 inclua o adaptador 102, um ou ambos os anéis de apoio 104 e 106 e o anel de vedação 108. Adicionalmente, embora o anel de vedação 108 tenha sido descrito como parte do aparato de vedação 100, em vários exemplos de modalidades o anel de vedação 108 é, inclui, ou é parte de outro aparato de vedação.

[0044] Em vários exemplos de modalidades, o aparato de vedação 100 é invertido, de forma que, ao invés de impedir, ou pelo menos obstruir, a migração do fluido pressurizado da folga 64 para a folga 62 na direção axial 58, o aparato de vedação 100 impede, ou pelo menos obstrui, a migração do fluido pressurizado da folga 62 para a folga 64 na direção axial 56. Em vários exemplos de modalidades, um ou mais aparatos de vedação adicionais 100 podem ser providos dentro da ranhura anular 48 para prover uma ou mais vedações redundantes adaptadas para impedir, ou pelo menos obstruir, a migração de fluido pressurizado da folga 64 para a folga 62 na direção axial 58. Em vários exemplos de modalidades, um ou mais aparatos de vedação adicionais 100 podem ser providos dentro da ranhura anular 48 para prover uma ou mais vedações redundantes adaptadas para impedir, ou pelo menos obstruir, a migração do fluido pressurizado da folga 62 para a folga 64 na direção axial 56.

[0045] Em vários exemplos de modalidades, um par do aparato de vedação 100 é provido, um oposto ao outro, dentro da ranhura anular 48, de forma que um dentre o aparato de vedação 100 impeça, ou pelo menos obstrua, a migração do fluido pressurizado da folga 64 para a folga 62 na direção axial 58, e o outro dentre o aparato de vedação 100 impeça, ou pelo menos obstrua, a migração do fluido pressurizado da folga 62 para a folga 64 na direção axial 56. De forma semelhante, em vários exemplos de modalidades, dois ou mais dentre o aparato de vedação 100 são providos dentro da ranhura anular 48, de forma que pelo menos um dentre o aparato de vedação 100 impeça, ou pelo menos obstrua, a migração do fluido pressurizado da folga 64 para a folga 62 na direção axial 58, e pelo menos um outro dentre o aparato de vedação 100 impeça, ou pelo menos obstrua, a migração do fluido pressurizado da folga 62 para a folga 64 na direção axial 56, sendo que qualquer aparato de vedação adicional 100 provê uma ou mais vedações redundantes, como descrito acima.

[0046] Em vários exemplos de modalidades, a superfície convexa 146 do anel de vedação 108 não é limitada a um formato de arco simples, mas também pode definir um formato mais complexo com base em equações matemáticas usadas para ajustar a tensão de contato exercida sobre o mandril de vedação 44 e o receptáculo 46 pelo anel de vedação 108. Além disso, o formato da superfície convexa 146 pode ser determinado usando uma tabulação de resultados empíricos para otimizar a tensão de contato exercida sobre o mandril de vedação 44 e o receptáculo 46 pelo anel de vedação 108. Em vários exemplos de modalidades, embora o anel de vedação 108 não esteja imune aos efeitos dos valores de bulk modulus decrescentes dependentes da temperatura, o anel de vedação 108 é mais capaz de reter seu formato sob condições de temperatura e pressão elevadas do que uma vedação do tipo chevron. Em vários exemplos de modalidades, sob condições de pressão e temperatura elevadas, a tensão de contato exercida sobre o mandril de vedação 44 e o receptáculo 46 pelo anel de vedação 108 é maior do que a tensão de contato que seria exercida sobre esses componentes por uma vedação do tipo chevron.

[0047] A presente divulgação introduz um aparato de vedação adaptado para ser posicionado em um espaço anular entre membros dispostos concentricamente, o aparato de vedação incluindo um anel de vedação que define superfícies interior e exterior inclinadas de forma oposta, cada uma, com um formato geralmente frustocônico e definindo primeira e segunda bordas opostas, uma ponta que une as respectivas primeiras bordas das superfícies interior e exterior, e uma primeira superfície convexa que une as respectivas segundas bordas das superfícies interior e exterior opostas à ponta; em que, quando o aparato de vedação está posicionado no espaço anular e em uma configuração energizada, a primeira superfície convexa do anel de vedação é adaptada para ser abaixada, de forma que as superfícies interior e exterior da mesma se expandam radialmente para exercer tensão de contato sobre cada um dos membros dispostos concentricamente. Em um exemplo de modalidade, quando a primeira superfície convexa do anel de vedação é abaixada, a tensão de contato exercida sobre cada um dos membros dispostos concentricamente pelo anel de vedação excede uma pressão de fluido dentro do espaço anular, fazendo com que o anel de vedação forme uma vedação contra a pressão do fluido no espaço anular. Em um exemplo de modalidade, o aparato de vedação inclui adicionalmente um anel de compressão adaptado para ser disposto adjacente ao anel de vedação dentro do espaço anular, o anel de compressão definindo uma superfície plana adaptada para se engatar à primeira superfície convexa do anel de vedação, em que, quando o aparato de vedação estiver posicionado no espaço anular e na configuração energizada, a pressão do fluido dentro do espaço anular impelirá a superfície plana do anel de compressão a abaixar a primeira superfície convexa do anel de vedação. Em um exemplo de modalidade, o aparato de vedação inclui adicionalmente um primeiro anel de apoio adaptado para ser disposto adjacente ao anel de vedação dentro do espaço anular, o primeiro anel de apoio definindo uma primeira superfície côncava que é adaptada para ser engatada pela ponta do anel de vedação, em que, quando o aparato de vedação estiver posicionado no espaço anular e na configuração energizada, a pressão do fluido dentro do espaço anular impelirá a ponta do anel de vedação a se conformar à primeira superfície côncava do primeiro anel de apoio, fazendo com que o primeiro anel de apoio se alargue para fora e se engate aos membros dispostos concentricamente. Em um exemplo de modalidade, o aparato de vedação inclui adicionalmente um segundo anel de apoio adaptado para ser disposto adjacente ao primeiro anel de apoio dentro do espaço anular, o segundo anel de apoio definindo uma segunda superfície côncava que é adaptada para ser engatada pelo primeiro anel de apoio, em que, quando o aparato de vedação estiver posicionado no espaço anular e na configuração energizada, a pressão do fluido dentro do espaço anular impelirá o primeiro anel de apoio a se conformar à segunda superfície côncava do segundo anel de apoio, fazendo com que o segundo anel de apoio se alargue para fora e se engate aos membros dispostos concentricamente. Em um exemplo de modalidade, quando o primeiro anel de apoio se alarga para fora para se engatar aos membros dispostos concentricamente, a extrusão do anel de vedação se restringe dentro de uma primeira faixa de temperatura; e quando o segundo anel de apoio se alarga para fora para se engatar aos membros dispostos concentricamente, a extrusão do primeiro anel de apoio e, consequentemente, o anel de vedação, se restringe dentro de uma segunda faixa de temperatura, sendo a segunda faixa de temperatura geralmente maior do que a primeira faixa de temperatura. Em um exemplo de modalidade, o anel de vedação tem uma primeira largura medida entre as respectivas primeiras bordas das superfícies interior e exterior, e uma segunda largura medida entre as respectivas segundas bordas das superfícies interior e exterior, sendo a primeira largura menor do que a segunda largura. Em um exemplo de modalidade, as superfícies interior e exterior do anel de vedação definem o primeiro e o segundo ângulos de inclinação, respectivamente, medidos a partir de um eixo central longitudinal do anel de vedação, sendo o primeiro e o segundo ângulos de inclinação substancialmente iguais entre si. Em um exemplo de modalidade, a ponta do anel de vedação define a primeira e a segunda superfícies inclinadas de forma oposta, cada uma com um formato geralmente frustocônico e definindo a terceira e a quarta bordas opostas, e uma segunda superfície convexa que une as respectivas terceiras bordas da primeira e da segunda superfícies; e o anel de vedação tem uma terceira largura medida entre as respectivas terceiras bordas da primeira e da segunda superfícies, sendo a terceira largura menor do que a primeira e a segunda larguras. Em um exemplo de modalidade, a primeira e a segunda superfícies do anel de vedação definem o terceiro e o quarto ângulos de inclinação, respectivamente, medidos a partir do eixo central longitudinal do anel de vedação, sendo o terceiro e o quarto ângulos de inclinação substancialmente iguais entre si e maiores do que o primeiro e o segundo ângulos de inclinação.

[0048] A presente divulgação também introduz um método de vedação de um espaço anular entre membros dispostos concentricamente, o método incluindo prover um anel de vedação dentro do espaço anular, o anel de vedação definindo superfícies interior e exterior inclinadas de forma oposta, cada uma com um formato geralmente frustocônico e definindo a primeira e a segunda bordas opostas, uma ponta que une as respectivas primeiras bordas das superfícies interior e exterior, e uma primeira superfície convexa que une as respectivas segundas bordas das superfícies interior e exterior opostas à ponta; e formar uma vedação contra uma pressão de fluido no espaço anular, incluindo abaixar a primeira superfície convexa do anel de vedação, de forma que as superfícies interior e exterior do mesmo se expandam radialmente para exercer tensão de contato sobre cada um dos membros dispostos concentricamente. Em um exemplo de modalidade, quando a primeira superfície convexa do anel de vedação é abaixada, a tensão de contato exercida sobre cada um dos membros dispostos concentricamente pelo anel de vedação excede a pressão de fluido dentro do espaço anular, fazendo com que o anel de vedação forme a vedação contra a pressão do fluido no espaço anular. Em um exemplo de modalidade, o método inclui adicionalmente prover um anel de compressão adjacente ao anel de vedação dentro do espaço anular, o anel de compressão definindo uma superfície plana que se engata à primeira superfície convexa do anel de vedação; e abaixar a primeira superfície convexa do anel de vedação inclui impelir a superfície plana do anel de compressão em direção à primeira superfície convexa do anel de vedação. Em um exemplo de modalidade, o método inclui adicionalmente prover um primeiro anel de apoio adjacente ao anel de vedação dentro do espaço anular, o primeiro anel de apoio definindo uma primeira superfície côncava que é engatada pela ponta do anel de vedação; e abaixar a primeira superfície convexa do anel de vedação faz com que a ponta do anel de vedação se conforme à primeira superfície côncava do primeiro anel de apoio, forçando o primeiro anel de apoio a se alargar para fora para se engatar aos membros dispostos concentricamente. Em um exemplo de modalidade, o método inclui adicionalmente prover um segundo anel de apoio adjacente ao primeiro anel de apoio dentro do espaço anular, o segundo anel de apoio definindo uma segunda superfície côncava que é engatada pelo primeiro anel de apoio; e abaixar a primeira superfície convexa do anel de vedação faz com que o primeiro anel de apoio se conforme à segunda superfície côncava do segundo anel de apoio, forçando o segundo anel de apoio a se alargar para fora para se engatar aos membros dispostos concentricamente. Em um exemplo de modalidade, quando o primeiro anel de apoio se alarga para fora para se engatar aos membros dispostos concentricamente, a extrusão do anel de vedação se restringe dentro de uma primeira faixa de temperatura; e quando o segundo anel de apoio se alarga para fora para se engatar aos membros dispostos concentricamente, a extrusão do primeiro anel de apoio e, consequentemente, o anel de vedação, se restringe dentro de uma segunda faixa de temperatura, sendo a segunda faixa de temperatura geralmente maior do que a primeira faixa de temperatura. Em um exemplo de modalidade, o anel de vedação tem uma primeira largura medida entre as respectivas primeiras bordas das superfícies interior e exterior, e uma segunda largura medida entre as respectivas segundas bordas das superfícies interior e exterior, sendo a primeira largura menor do que a segunda largura. Em um exemplo de modalidade, as superfícies interior e exterior do anel de vedação definem o primeiro e o segundo ângulos de inclinação, respectivamente, medidos a partir de um eixo central longitudinal do anel de vedação, sendo o primeiro e o segundo ângulos de inclinação substancialmente iguais entre si. Em um exemplo de modalidade, a ponta do anel de vedação define a primeira e a segunda superfícies inclinadas de forma oposta, cada uma com um formato geralmente frustocônico e definindo a terceira e a quarta bordas opostas, e uma segunda superfície convexa que une as respectivas terceiras bordas da primeira e da segunda superfícies; e o anel de vedação tem uma terceira largura medida entre as respectivas terceiras bordas da primeira e da segunda superfícies, sendo a terceira largura menor do que a primeira e a segunda larguras. Em um exemplo de modalidade, a primeira e a segunda superfícies do anel de vedação definem o terceiro e o quarto ângulos de inclinação, respectivamente, medidos a partir do eixo central longitudinal do anel de vedação, sendo o terceiro e o quarto ângulos de inclinação substancialmente iguais entre si e maiores do que o primeiro e o segundo ângulos de inclinação.

[0049] Compreende-se que variações podem ser feitas no exposto acima sem se afastar do escopo da presente divulgação.

[0050] Em vários exemplos de modalidade, os elementos e ensinamentos dos vários exemplos de modalidades ilustrativos podem ser combinados, no todo ou em parte, em alguns ou todos os exemplos de modalidades ilustrativos. Além disso, um ou mais dos elementos e ensinamentos dos vários exemplos de modalidades ilustrativos podem ser omitidos, pelo menos em parte, e/ou combinados, pelo menos em parte, com um ou mais dos outros elementos e ensinamentos dos vários exemplos de modalidades ilustrativos.

[0051] Quaisquer referências espaciais, tais como, por exemplo, "superior", "inferior", "acima", "abaixo", "entre", "de fundo", "vertical", "horizontal", "angular", "para cima", "para baixo", "lado a lado", "esquerda para a direita", "direita para esquerda", "de cima para baixo", "de baixo para cima", "topo", "fundo", "de baixo para cima", "de cima para baixo", etc., são somente para fins ilustrativos e não limitam a orientação ou a localização específica da estrutura descrita acima.

[0052] Em vários exemplos de modalidades, embora diferentes etapas, processos e procedimentos sejam descritos por aparecer como atos distintos, uma ou mais das etapas, um ou mais dos processos e/ou um ou mais dos procedimentos também podem ser realizados em diferentes ordens, simultaneamente e/ou sequencialmente. Em vários exemplos de modalidades, as etapas, processos e/ou procedimentos podem ser mesclados em uma ou mais etapas, processos e/ou procedimentos.

[0053] Em vários exemplos de modalidades, uma ou mais das etapas operacionais em cada modalidade pode ser omitida. Além disso, em alguns casos, algumas características da presente divulgação podem ser empregadas sem o uso correspondente das outras características. Além disso, uma ou mais das modalidades e/ou variações descritas acima podem ser combinadas no todo ou em parte com qualquer uma ou mais das outras modalidades e/ou variações descritas acima.

[0054] Embora vários exemplos de modalidades tenham sido descritos em detalhes acima, as modalidades descritas são apenas a título de exemplo e não são limitantes, e aqueles versados na técnica apreciarão facilmente que muitas outras modificações, mudanças e/ou substituições são possíveis nos exemplos de modalidades sem se afastar do escopo dos novos ensinamentos e vantagens da presente divulgação. Consequentemente, todas essas modificações e/ou substituições se destinam a estar incluídas dentro do escopo desta divulgação, conforme definido nas seguintes reivindicações. Nas reivindicações, quaisquer cláusulas de meio-mais- função se destinam a cobrir as estruturas descritas neste documento como executantes da função mencionada, e não somente equivalentes estruturais, mas também estruturas equivalentes. Além disso, é intenção expressa do depositante não invocar a 35 U. S. C. § 112, parágrafo 6 para quaisquer limitações de quaisquer das reivindicações neste documento, exceto para aquelas em que a reivindicação use expressamente a palavra "meio" juntamente com uma função associada.

Claims

1. Aparato de vedação, adaptado para ser posicionado em um espaço anular (48) entre membros dispostos concentricamente (44, 46), o aparato de vedação (100) caracterizado pelo fato de compreender: - um anel de vedação (108) que define superfícies interior e exterior inclinadas de forma oposta (148, 150), cada uma com um formato geralmente frustocônico e definindo a primeira e a segunda bordas opostas (148a, 148b, 150a, 150b), uma ponta (142) que une as respectivas primeiras bordas (148a, 150a) das superfícies interior e exterior (148, 150), e uma primeira superfície convexa (146) que une as respectivas segundas bordas (148b, 150b) das superfícies interior e exterior (148, 150) opostas à ponta (142); sendo que, o aparato de vedação (100) é configurado de modo que, quando o aparato de vedação (100) está posicionado no espaço anular (48) e em uma configuração energizada, a primeira superfície convexa (146) do anel de vedação (108) é adaptada para ser abaixada de forma que as superfícies interior e exterior (148, 150) da mesma se expandam radialmente para exercer tensão de contato sobre cada um dos membros dispostos concentricamente (44, 46).

2. Aparato de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o aparato de vedação (100) ser configurado de modo que, quando a primeira superfície convexa (146) do anel de vedação (108) é abaixada, a tensão de contato exercida sobre cada um dos membros dispostos concentricamente (44, 46) pelo anel de vedação (108) exceder uma pressão de fluido dentro do espaço anular (48), fazendo com que o anel de vedação (108) forme uma vedação contra a pressão do fluido no espaço anular (48).

3. Aparato de vedação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: - um anel de compressão (110) adaptado para ser disposto adjacente ao anel de vedação (108) dentro do espaço anular (48), o anel de compressão (110) definindo uma superfície plana (152) adaptada para se engatar à primeira superfície convexa (146) do anel de vedação (108), sendo que, o aparato de vedação (100) é configurado de modo que, quando o aparato de vedação (100) está posicionado no espaço anular (48) e na configuração energizada, a pressão do fluido dentro do espaço anular (48) impele a superfície plana (152) do anel de compressão (110) a abaixar a primeira superfície convexa (146) do anel de vedação (108); - um primeiro anel de apoio (106) adaptado para ser disposto adjacente ao anel de vedação (108) dentro do espaço anular (48), o primeiro anel de apoio (106) definindo uma primeira superfície côncava que é adaptada para ser engatada pela ponta (142) do anel de vedação (108), sendo que, quando o aparato de vedação (100) está posicionado no espaço anular (48) e na configuração energizada, a pressão do fluido dentro do espaço anular (48) impele a ponta (142) do anel de vedação (108) para se conformar à primeira superfície côncava (134) do primeiro anel de apoio (106), fazendo com que o primeiro anel de apoio (106) se alargue para fora e se engate aos membros dispostos concentricamente (44, 46); e - um segundo anel de apoio (104) adaptado para ser disposto adjacente ao primeiro anel de apoio (106) dentro do espaço anular (48), o segundo anel de apoio (104) definindo uma segunda superfície côncava (124) que é adaptada para ser engatada pelo primeiro anel de apoio (106), sendo que o aparato de vedação (100) é configurado de modo que, quando o aparato de vedação (100) está posicionado no espaço anular (48) e na configuração energizada, a pressão do fluido dentro do espaço anular (48) impele o primeiro anel de apoio (106) para se conformar à segunda superfície côncava (124) do segundo anel de apoio (104), fazendo com que o segundo anel de apoio (104) se alargue para fora e se engate aos membros dispostos concentricamente (44, 46).

4. Aparato de vedação, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o aparato de vedação (100) ser configurado de modo que, quando o primeiro anel de apoio (106) se alarga para fora para se engatar aos membros dispostos concentricamente (44, 46), a extrusão do anel de vedação (108) se restringir dentro de uma primeira faixa de temperatura; e sendo que o aparato de vedação (100) é configurado de modo que, quando o segundo anel de apoio (104) se alarga para fora para se engatar aos membros dispostos concentricamente (44, 46), a extrusão do primeiro anel de apoio (106), e consequentemente do anel de vedação (108), fica restrita dentro de uma segunda faixa de temperatura, sendo a segunda faixa de temperatura geralmente maior do que a primeira faixa de temperatura.

5. Aparato de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o anel de vedação (108) ter uma primeira largura (176) medida entre as respectivas primeiras bordas (148a, 150a) das superfícies interior e exterior (148, 150), e uma segunda largura (178) medida entre as respectivas segundas bordas (148b, 150b) das superfícies interior e exterior (148, 150), sendo a primeira largura (176) menor do que a segunda largura (178); sendo que as superfícies interior e exterior (148, 150) do anel de vedação (108) definem o primeiro e o segundo ângulos de inclinação, respectivamente, medidos a partir de um eixo central longitudinal do anel de vedação (108), sendo o primeiro e o segundo ângulos de inclinação iguais entre si; sendo que a ponta (142) do anel de vedação (108) define uma primeira e uma segunda superfícies (144a, 144b) inclinadas de forma oposta, cada uma com um formato geralmente frustocônico e definindo a terceira borda oposta, e uma segunda superfície convexa (144c) que une as respectivas terceiras bordas da primeira e da segunda superfícies (144a, 144b); sendo que o anel de vedação (108) tem uma terceira largura medida entre as respectivas terceiras bordas da primeira e da segunda superfícies (144a, 144b), sendo a terceira largura menor do que a primeira e a segunda larguras (176, 178); e sendo que a primeira e a segunda superfícies (144a, 144b) do anel de vedação (108) definem o terceiro e o quarto ângulos de inclinação, respectivamente, medidos a partir do eixo central longitudinal do anel de vedação (108), sendo o terceiro e o quarto ângulos de inclinação iguais entre si e maiores do que o primeiro e o segundo ângulos de inclinação.

6. Método para vedar um espaço anular, entre membros dispostos concentricamente (44, 46), o método caracterizado pelo fato de compreender: - prover um anel de vedação (108) dentro do espaço anular (48), o anel de vedação (108) definindo superfícies interior e exterior (148, 150) inclinadas de forma oposta (148, 150), cada uma com um formato geralmente frustocônico e definindo a primeira e a segunda bordas opostas (148a, 148b, 150a, 150b), uma ponta (142) que une as respectivas primeiras bordas das superfícies interior e exterior (148, 150), e uma primeira superfície convexa (146) que une as respectivas segundas bordas (148b, 150b) das superfícies interior e exterior (148, 150) opostas à ponta (142); e - formar uma vedação contra uma pressão de fluido no espaço anular (48), compreendendo abaixar a primeira superfície convexa (146) do anel de vedação (108) de forma que as superfícies interior e exterior (148, 150) do mesmo se expandam radialmente para exercer tensão de contato sobre cada um dos membros dispostos concentricamente (44, 46).

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de quando a primeira superfície convexa (146) do anel de vedação (108) é abaixada, a tensão de contato exercida sobre cada um dos membros dispostos concentricamente (44, 46) pelo anel de vedação (108) exceder a pressão de fluido dentro do espaço anular (48), fazendo com que o anel de vedação (108) forme a vedação contra a pressão do fluido no espaço anular (48).

8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o método compreender adicionalmente: - prover um anel de compressão (110) adjacente ao anel de vedação (108) dentro do espaço anular (48), o anel de compressão (110) definindo uma superfície plana (152) que se engata à primeira superfície convexa (146) do anel de vedação (108), sendo que abaixar a primeira superfície convexa (146) do anel de vedação (108) compreende impelir a superfície plana (152) do anel de compressão (110) contra a primeira superfície convexa (146) do anel de vedação (108); - prover um primeiro anel de apoio (106) adjacente ao anel de vedação (108) dentro do espaço anular (48), o primeiro anel de apoio (106) definindo uma primeira superfície côncava (134) que é engatada pela ponta (142) do anel de vedação (108); sendo que abaixar a primeira superfície convexa (146) do anel de vedação (108) faz com que a ponta (142) do anel de vedação (108) se conforme à primeira superfície côncava (134) do primeiro anel de apoio (106), forçando o primeiro anel de apoio (106) a se alargar para fora para se engatar aos membros dispostos concentricamente (44, 46); e - prover um segundo anel de apoio (104) adjacente ao primeiro anel de apoio (106) dentro do espaço anular (48), o segundo anel de apoio (104) definindo uma segunda superfície côncava (124) que é engatada pelo primeiro anel de apoio (106), sendo que abaixar a primeira superfície convexa (146) do anel de vedação (108) faz com que o primeiro anel de apoio (106) se conforme à segunda superfície côncava (124) do segundo anel de apoio (104), forçando o segundo anel de apoio (104) a se alargar para fora para se engatar aos elementos dispostos concentricamente (44, 46).

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de quando o primeiro anel de apoio (106) se alarga para fora para se engatar aos membros dispostos concentricamente (44, 46), a extrusão do anel de vedação (108) se restringir dentro de uma primeira faixa de temperatura; e sendo que, quando o segundo anel de apoio (104) se alarga para fora para se engatar aos membros dispostos concentricamente (44, 46), a extrusão do primeiro anel de apoio (106), e consequentemente do anel de vedação (108), ficar restrita dentro de uma segunda faixa de temperatura, a segunda faixa de temperatura sendo geralmente maior do que a primeira faixa de temperatura.

10. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o anel de vedação (108) ter uma primeira largura (176) medida entre as respectivas primeiras bordas (148a, 150a) das superfícies interior e exterior (148, 150), e uma segunda largura (178) medida entre as respectivas segundas bordas (148b, 150b) das superfícies interior e exterior (148, 150), sendo a primeira largura (176) menor do que a segunda largura (178); sendo que as superfícies interior e exterior (148, 150) do anel de vedação (108) definem o primeiro e o segundo ângulos de inclinação, respectivamente, medidos a partir de um eixo central longitudinal do anel de vedação (108), sendo o primeiro e o segundo ângulos de inclinação iguais entre si; sendo que a ponta (142) do anel de vedação (108) define uma primeira e uma segunda superfícies inclinadas de forma oposta (144a, 144b), cada uma com um formato geralmente frustocônico e definindo a terceira e a quarta bordas opostas, e uma segunda superfície convexa (144c) que une as respectivas terceiras bordas da primeira e da segunda superfícies (144a, 144b); sendo que o anel de vedação (108) tem uma terceira largura medida entre as respectivas terceiras bordas da primeira e da segunda superfícies (144a, 144b), sendo a terceira largura menor do que a primeira e a segunda larguras (176, 178); e sendo que a primeira e a segunda superfícies (144a, 144b) do anel de vedação (108) definem o terceiro e o quarto ângulos de inclinação, respectivamente, medidos a partir do eixo central longitudinal do anel de vedação (108), sendo o terceiro e o quarto ângulos de inclinação iguais entre si e maiores do que o primeiro e o segundo ângulos de inclinação.