BR112019005974B1 - Dispositivo de controle de boca de poço - Google Patents

Abstract

Um dispositivo de controle de boca de poço, compreendendo um invólucro (1) definindo um furo passante (2) para recebimento de uma estrutura tubular, uma primeira gaveta (4), tendo um primeiro furo (6), e uma segunda gaveta (3), tendo um segundo furo (5), hastes de pistão (12a, 12b) conectadas de forma operável à primeira e segunda gavetas (4, 5), a primeira e segunda gavetas (3, 4) sendo suportadas pelo invólucro (1) e móveis transversalmente ao furo passante (2) entre uma posição aberta e uma posição fechada, caracterizado por, na posição aberta, o primeiro e segundo furos (5, 6) serem alinhados ao furo passante (2) e em que as gavetas (3, 4), na posição fechada, dividem completamente uma porção superior (2?) do furo passante (2) a partir de uma porção inferior (2) do furo passante (2) (Figura 1).

Description

Campo da inovação

[001] A presente invenção refere-se a dispositivos de controle de boca de poço e, mais particularmente, a válvulas de segurança e sistemas relacionados para fechamento de um poço de petróleo, também na presença de ferramentas ou condutores, tais como coluna de perfuração, na boca de poço.

Histórico da inovação e análise do estado da técnica

[002] Na indústria de petróleo e gás, poços de produção ou exploração incluem um ou mais dispositivo(s) de corte ou controle de boca de poço, tais como válvulas de segurança ou dispositivo de controle de condutor submarino para vedação da boca de poço em caso de emergência, para proteção das pessoas e do meio ambiente. Dispositivos convencionais de controle de poço incluem êmbolos de corte montados de forma perpendicular a um furo passante vertical. Os êmbolos podem ser ativados para cortar uma estrutura tubular, como uma coluna de perfuração ou outros itens (p.ex. cabo de aço, coluna de tubos flexíveis, etc.) posicionados no poço e vedar o poço. Os êmbolos de corte se deslocam por um plano horizontal e são geralmente acionados por atuadores de pistão hidráulicos em linha.

[003] Documentos que podem ser úteis para entender o histórico da técnica incluem US 2016/0108694, US 8.353.338, US 4.969.390, US 2632425, US 3050943, US 3242826, US 3918478, US 3941141, US 4188860, US 4290577, US 4305565, US 4519571, US 4601232, US 4840346, US 4969627, US 5025708 e US 5056418.

[004] Estes dispositivos de controle de boca de poço devem ser capazes de suportar condições extremas, tais como pressões e temperaturas elevadas, fluidos com propriedades corrosivas, partículas, contaminação e detritos fluindo para dentro ou para fora do poço, etc. durante a utilização. Ao mesmo tempo, a confiabilidade operacional destes dispositivos também é de fundamental importância, pois são equipamentos cruciais de segurança. Estes e outros aspectos definem requisitos e demandas rigorosas para a concepção destes dispositivos. Para que o poço seja fechado e vedado em caso de emergência, o dispositivo de controle de boca de poço deve ser capaz de cortar qualquer coisa que esteja presente na boca de poço, por exemplo, uma estrutura tubular de perfuração, revestimentos ou ferramentas para intervenção no poço. Além disso, é necessária vedação eficiente contra possíveis índices de pressão muito elevados na cabeça do poço. Considerando a possível necessidade de procedimentos complexos de manuseio e instalação para instalar ou recuperar estes dispositivos, particularmente em caso de utilização com poços offshore, também é desejável que o dispositivo seja tão compacto e leve quanto possível.

[005] Consequentemente, há uma necessidade na indústria por dispositivos melhorados de controle de boca de poço e seus sistemas e métodos associados. A presente invenção busca fornecer um dispositivo de controle de boca de poço que proporciona vantagens sobre soluções e técnicas conhecidas em relação ao acima exposto ou outros aspectos.

Resumo

[006] Em uma aplicação, é fornecido um dispositivo de controle de boca de poço, conforme detalhado na reivindicação 1 em anexo.

[007] Em uma aplicação, é fornecido um dispositivo de corte, conforme detalhado na reivindicação 2 em anexo.

[008] Em outras aplicações, são fornecidos dispositivos, conforme detalhado nas reivindicações de 3 a 25.

[009] Em uma aplicação, é fornecido um conjunto de gavetas, conforme detalhado na reivindicação 26 em anexo. Em outras aplicações, é fornecido um conjunto de gavetas, conforme detalhado nas reivindicações de 27 a 52.

[010] Em outras aplicações, são fornecidos diversos dispositivos, conforme detalhado na reivindicação 53 em anexo.

[011] Em uma aplicação, é fornecido um conjunto de cabeça de poço, conforme detalhado na reivindicação 54 em anexo.

[012] Em uma aplicação, é fornecido um método de operação de um dispositivo, conforme detalhado nas reivindicações 55 e 56 em anexo.

Descrição das figuras

[013] Aplicações ilustrativas da presente invenção serão descritas em maiores detalhes a seguir, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

[014] As Figuras 1-6 mostram visualizações distintas de um dispositivo, de acordo com uma aplicação.

[015] As figuras 7-10 mostram vários aspectos de gavetas e um conjunto de gavetas.

[016] A Figura 11a mostra detalhes de uma unidade de atuador.

[017] A Figura 11b mostra um aparelho de travamento.

[018] As Figuras 12-14 mostram diversos aspectos de uma aplicação.

[019] A Figura 15 mostra detalhes adicionais do dispositivo mostrado nas Figuras 1-6.

Descrição detalhada da inovação

[020] As Figuras 1-6 e 15 mostram um dispositivo 100 de acordo com uma aplicação, adequado para uso como, por exemplo, um dispositivo de controle de boca de poço, um dispositivo de corte ou válvula de segurança em um sistema de boca de poço submarino ou de superfície. O dispositivo compreende um invólucro 1 com um furo passante 2. Uma primeira gaveta 3 e uma segunda gaveta 4 são dispostas no interior do invólucro e adaptadas para deslocamento transversal e em direções diferentes (neste exemplo, opostas) em relação ao furo passante 2. As gavetas 3 e 4 possuem furos respectivos 5 e 6 (vide Fig. 2). Na posição aberta (Fig. 4), os furos 5 e 6 se sobrepõem e são alinhados substancialmente de forma coaxial com o furo passante 2 para permitir a passagem através do furo passante, por exemplo, de uma estrutura tubular carregando ferramentas de perfuração (por exemplo, uma coluna de perfuração) ou um cabo de aço carregando equipamentos para intervenção de poço. Na posição fechada (Fig. 6), as gavetas 3 e 4 se deslocam de modo que os furos 5 e 6 não se sobrepõem; e as gavetas 3 e 4 dividem o furo passante em uma porção superior e uma porção inferior completamente separada, fechando, desta forma, o furo de passagem.

[021] A Fig. 1 mostra o dispositivo 100 em uma configuração operacional e a Fig. 2 mostra uma visualização parcialmente desmontada do dispositivo 100. Um primeiro castelo 103 e um segundo castelo 104 são fixados ao invólucro 1. Os castelos 103 e 104 podem ser lançados a partir do invólucro 1 e afastados do invólucro 1 ao longo dos trilhos 105-108. Isto permite a realização de manutenção e reparos, por exemplo, troca das gavetas 3 e 4. Os castelos 103 e 104 também compreendem atuadores hidráulicos, como será descrito a seguir em maiores detalhes.

[022] Aparelhos de travamento de haste 201 e 202 são fornecidos e configurados para travar as gavetas 3 e 4 na posição travada, que serão descritos em maiores detalhes abaixo.

[023] A primeira gaveta 4 e a segunda gaveta 3 definem uma face de cisalhamento entre elas, de modo que, mediante deslocamento a partir da posição aberta à posição fechada, uma estrutura tubular (ou outro equipamento) localizado no furo passante 2 será cisalhado pelas bordas dos furos 5 e 6. As bordas de cisalhamento dos furos 5 e 6 podem incluir uma superfície endurecida em comparação com o restante do corpo da gaveta, por exemplo, através de elementos de encaixe endurecidos com borda cortante (mostrados como itens 75 e 76 na Fig. 12). Por exemplo, um material MP35 ou equivalente pode ser adequado para este fim.

[024] Na posição fechada (Fig. 6), os furos 5 e 6 são deixados em posição onde cada furo 5 ou 6 permanece em comunicação com o furo passante 2. Isto é alcançado ao colocar a posição de extremidade (“fechada”) das gavetas 3 e 4 em uma posição onde a seção das gavetas 3 e 4 que compreende os furos não se desloque totalmente para fora do furo passante 2 e, desta forma, não entre completamente no invólucro 1. Alternativamente, o dispositivo de controle da boca de poço deve ser disposto de modo que apenas um dos furos 5 e 6 ou parte de um dos furos 5, 6 permaneça em alinhamento com o furo passante 2, por exemplo, o furo 6 na gaveta superior 4, enquanto o furo 5 na gaveta inferior 3 é totalmente deslocado para dentro do invólucro 1.

[025] A Figura 3 mostra uma visualização superior do dispositivo mostrado na Figura 1.

[026] A Figura 4 mostra uma visualização de corte lateral (secção A-A, conforme indicado na Fig. 3) no dispositivo 100 em uma posição aberta.

[027] As Figuras 5 e 6 mostram uma visualização superior e parcialmente seccionada do dispositivo 100. A Figura 5 mostra as gavetas 3 e 4 próximas à posição totalmente fechada, e a Figura 6 mostra as gavetas 3 e 4 na posição totalmente fechada.

[028] Agora em referência à Fig. 4, uma primeira haste de pistão 12a é conectada de forma operável à primeira gaveta 4 e uma segunda haste de pistão 12b é conectada de forma operável à segunda gaveta 3. A primeira e a segunda gaveta 3 e 4 são apoiadas pelo invólucro 1 e deslocável transversalmente ao furo passante 2 entre uma posição aberta e uma posição fechada. Na posição aberta, os furos 5 e 6 estão alinhados com o furo passante 2 e/ou compreendem o furo passante 2. Na posição fechada, as gavetas 3 e 4 dividem uma porção superior 2’ do furo passante 2 completamente a partir de uma porção inferior 2” do furo passante 2.

[029] As hastes 12a e 12b na presente aplicação são feitas de segmentos individuais conectados, no entanto, podem ser constituídas de uma peça, como uma haste única.

[030] Um primeiro pistão de atuador 312a, operando em um primeiro cilindro de atuador 313a, e uma primeira haste de pistão 12a são conectados de forma operável à primeira gaveta 4. O primeiro pistão de atuador 312a inclui um primeiro comprimento de curso. Um segundo pistão atuador 312b, operando em um segundo cilindro atuador 313b, e uma segunda haste de pistão 12b são conectados de forma operável à segunda gaveta 3. O segundo pistão atuador 312b inclui um segundo comprimento de curso x (vide Fig. 4). O primeiro comprimento de curso, nesta aplicação, é idêntico ao segundo comprimento de curso x; no entanto, em outras aplicações, isto não precisa ocorrer, necessariamente. O primeiro e o segundo comprimento de curso x são menores que um diâmetro z do furo passante 2.

[031] A primeira haste de pistão 12b e a segunda haste de pistão 12b são dispostas ao longo de um eixo comum 13.

[032] Durante o uso, o movimento das gavetas 3, 4 a partir da posição aberta à posição fechada vai, portanto, cisalhar (cortar) um objeto, como uma estrutura tubular, localizada dentro do furo passante 2. Proveitosamente, permitir que parte do primeiro e segundo furos 5, 6, ou ambos, permaneça alinhada ao furo passante 2 na posição fechada permite que uma parte do objeto cortado, por exemplo, uma estrutura tubular, permaneça dentro do furo após o corte; desta forma, não é necessário realizar um “corte duplo”, ou empregar um mecanismo para levantar o objeto cortado para fora do furo, como seria necessário para que a gaveta se desloque completamente para dentro do invólucro na posição fechada. Levantar uma estrutura tubular de perfuração é um grande desafio, já que uma estrutura pode ter várias centenas de metros de extensão, a partir de uma instalação de superfície, e o peso total pode chegar a várias centenas de toneladas. Um corte duplo consistiria em cortar também a estrutura tubular entre a gaveta 3 ou 4 e o invólucro 1.

[033] Outra vantagem desta aplicação é que as gavetas 3, 4, diferente dos êmbolos convencionais, são totalmente suportadas para cargas ao redor do furo passante 2. Quando um objeto, como uma coluna de perfuração, é cortado, ou até mesmo durante o corte, seu peso total ficará apoiado nas gavetas 3, 4 e deverá ser carregado por elas. O mesmo acontece se o objeto estiver comprimido ou tensionado, o que pode criar cargas verticais muito pesadas sobre os elementos de corte. Ao incluir as gavetas 3, 4 com suporte pelo invólucro 1, pode-se evitar qualquer encurvamento das gavetas causado por forças exercidas pelo objeto cortado, ou divisão/separação das gavetas devido a cargas de corte atuando no ponto de cisalhamento entre as gavetas. Desta forma, em caso de, por exemplo, um sistema de BOP, as gavetas serão sustentadas para cargas verticais durante toda a posição de corte e vedação, tanto de cima quanto de baixo.

[034] Ao incluir um primeiro e segundo furos 5, 6 a primeira e segunda gavetas 3, 4, alinhados de forma substancialmente coaxial ao furo passante 2 na posição aberta, permite-se que o dispositivo 100 seja projetado com uma passagem essencialmente livre de pontos de saliência. Os furos 5, 6 podem ser projetados essencialmente em alinhamento com as paredes do furo passante 2.

[035] Nesta aplicação, devido à utilização de gavetas com furos em comparação com os êmbolos de corte convencionais, a estrutura tubular (p.ex., tubo de perfuração) será impelida na direção do centro do furo passante 2 após o corte, de modo que não haja risco de que os elementos de corte não “engatem” na estrutura tubular. Isto pode ser um problema se, por exemplo, o tubo de perfuração for impelido para um dos lados do furo passante 2 por forças de tensão ou peso.

[036] Conforme visualizado de forma mais clara na Fig. 4, as gavetas 3 e 4 são acionadas através de atuadores hidráulicos posicionados em relação aos castelos 103 e 104. Os atuadores compreendem estruturas de pistão e cilindro com comando hidráulico. As gavetas 3 e 4 são atuadas por pistões 312a e 312b operáveis em cilindros 313a e 313b, respectivamente, e por pistões 314a e 314b que operam no interior dos cilindros 315a e 315b, respectivamente. Os cilindros 315a e 315b são posicionados em atuadores em tandem 307a e 307b, cada um destes fixado a um castelo 103 ou 104 respectivo.

[037] A Figura 11a mostra detalhes adicionais dos atuadores e dos atuadores em tandem. O castelo 104 inclui um cilindro 313b disposto no castelo 104, com um pistão 312b respectivo. Um atuador em tandem 307b é fornecido em conjunto com o castelo 104. O atuador em tandem 307b também inclui um cilindro 315b e um pistão 314b respectivo. O atuador em tandem 307b é fixado ao castelo 104 por meio de um dispositivo de fixação, por exemplo, um anel de fechamento e um anel de travamento, conforme visualizado na Fig. 11a. O aparelho de travamento 202 é acoplado de forma equivalente ao atuador em tandem 307b.

[038] A segunda haste de pistão 12b se prolonga para fora do invólucro 1 e para dentro do castelo 104. A segunda haste de pistão 12b é conectada ao pistão 312b e se prolonga ainda mais para dentro do atuador em tandem 307b. A ponta acompanhadora da segunda haste de pistão 12b se prolonga para dentro do dispositivo de travamento 202, e o dispositivo de travamento 202 pode ser operado para acoplamento com a ponta acompanhadora e para evitar o deslocamento da ponta acompanhadora quando o dispositivo estiver na posição fechada (vide Fig. 4 e 6).

[039] O pistão 314b do atuador em tandem 307b é um pistão flutuante 314b disposto de forma deslizante na segunda haste de pistão 12b. A segunda haste de pistão 12b compreende um batente mecânico 422. O batente mecânico 422 pode ser um ressalto na segunda haste de pistão 12b. Quando a parte traseira (lado direito na Fig. 11b) do pistão flutuante 314b é pressurizada no cilindro 315b, o pistão flutuante 314b será impelido na direção do batente mecânico 422, contribuindo, desta forma, para a atuação da gaveta através da segunda haste de pistão 12b.

[040] O pistão flutuante 314b pode ter um comprimento de curso menor que o pistão 312b. Isto aprimora a compacidade da unidade como um todo. Por exemplo, ao cortar um objeto localizado no interior do furo passante 2, por exemplo, uma coluna de perfuração, com as gavetas 3 e 4, os requisitos mais elevados de força serão durante o processo de corte. Após o corte, o movimento final das gavetas será apenas de fechamento total das gavetas 3 e 4 e atuação das vedações. Este movimento final requer uma força de atuação muito menor.

[041] Ao dar um comprimento de curso menor ao pistão flutuante 314b comparado ao pistão 312b, o pistão flutuante 314b pode adicionar força de atuação a uma parte do curso, sem consumir fluido hidráulico durante o restante do curso de atuação (por exemplo, durante o movimento final conforme apontado acima). Isto pode ser alcançado ao designar o cilindro 315b de modo que o pistão flutuante 314b seja impedido por um batente final 423 no interior do cilindro após um comprimento de curso pré- determinado para o pistão flutuante 314b.

[042] O cilindro 315b pode incluir um recesso 424 adaptado para receber o batente mecânico 422 durante uma parte do comprimento do curso do atuador. Isto permite que o batente final para o pistão flutuante 314b seja a extremidade 423 do cilindro 315b, enquanto a segunda haste de pistão 12b com o batente mecânico 422 pode continuar o movimento pela parte final do curso de atuação, uma vez que o pistão flutuante 314b é parado na extremidade 423 do cilindro 315b, enquanto a segunda haste de pistão 12b prossegue com o movimento, deslizando juntamente no interior do pistão flutuante 314b. A Figura 5 mostra a posição durante o curso no qual o pistão flutuante 314b alcançou o batente final 423, enquanto a Figura 6 ilustra como o pistão 312b continua o curso de atuação para trazer as gavetas até a posição de fechamento total, com o pistão flutuante em sua posição final de curso. Isto permite que o cilindro 315b seja designado com um comprimento substancialmente igual ao comprimento de curso do pistão flutuante 314b, permitindo, assim, um atuador consecutivo menor e mais compacto 307b.

[043] Além disso, estas características podem proporcionar vantagens em relação à operação do dispositivo em certas aplicações. Considerando que, em algumas aplicações, a vedação entre o invólucro 1 e as gavetas 3 e 4 pode ser projetada para energização apenas no ato do fechamento total ou quase total das válvulas (ver abaixo), a manutenção de uma força de fechamento a partir dos atuadores pode ser desejável, a fim de manter as vedações energizadas. Ao fornecer um modelo de atuador de acordo com algumas das aplicações descritas anteriormente, a manutenção de uma força de fechamento a partir do pistão 312b será possibilitada ao manter o cilindro 313b pressurizado, embora evitando empregar toda a força de fechamento/cisalhamento do dispositivo para esta finalidade (relativamente menos exigente). Isto pode melhorar a vida útil do sistema e a utilização de energia.

[044] A estrutura do atuador do lado oposto, isto é, em relação à gaveta 4 e ao castelo 103, é projetada e opera de forma equivalente.

[045] As Figuras 7-10 mostram detalhes adicionais das gavetas 3 e 4 e componentes associados, de acordo com uma aplicação. A Fig. 7 mostra um conjunto de gavetas para utilização em um dispositivo conforme descrito acima, o conjunto de gavetas compreendendo uma primeira gaveta 4 e uma segunda gaveta 3. A primeira gaveta 4 inclui uma parte dianteira 4’ e uma parte traseira 4”, e a segunda gaveta 3 inclui uma parte dianteira 3’ e uma parte traseira 3”. O primeiro furo 6 é disposto na parte dianteira 4’ da primeira gaveta 4, e o segundo furo 5 é disposto na parte dianteira 3’ da segunda gaveta 3. As partes dianteiras 3’ e 4’ se projetam a partir das partes traseiras 3” e 4” para frente, conforme visualizado na direção de deslocamento quando a respectiva gaveta 3 ou 4 se desloca a partir da posição aberta à posição fechada.

[046] A segunda gaveta 3 inclui um recesso 81 configurado para receber a parte dianteira 4’ da primeira gaveta 4, e a primeira gaveta 4 inclui um recesso configurado para receber a parte dianteira 3’ da segunda gaveta 3. O recesso 81 é adaptado para receber toda a parte dianteira 4’ da primeira gaveta 4, ou uma parte da parte dianteira 4’ da primeira gaveta 4, quando o conjunto de gavetas estiver na posição fechada, conforme ilustrado na Fig. 8. O recesso da primeira gaveta 4 é projetado de forma equivalente ao recesso 81 da segunda gaveta 3. O fornecimento de um recesso em cada uma das gavetas 3 e 4 possibilita um modelo compacto do conjunto de gavetas, permitindo, assim, um dispositivo mais compacto de forma geral.

[047] O recesso 81 compreende uma primeira parede lateral 83 e uma segunda parede lateral 84. A primeira e a segunda paredes laterais 83 e 84 são configuradas para guiar uma primeira parede lateral 4a e uma segunda parede lateral 4b da parte dianteira 4’ da primeira gaveta 4 durante o movimento do conjunto de gaveta a partir da posição aberta à posição fechada. O recesso da primeira válvula pode incluir paredes laterais equivalentes para orientar as paredes laterais da parte dianteira 3’ da segunda gaveta 3. Isto auxilia o conjunto de gaveta a realizar um corte limpo e a funcionar adequadamente também em condições difíceis de operação, por exemplo, se o dispositivo precisa cortar uma conexão, considerando que cada uma das gavetas 3 e 4 terá suporte adicional durante o movimento a partir da outra gaveta.

[048] O recesso 81 pode compreender, ainda, uma parede traseira 85, em que a referida parede traseira 85 pode, se desejável, ser configurada para encostar-se a uma parede dianteira 4c da parte dianteira 4’ da primeira gaveta 4 em posição fechada. Nesta aplicação, a parede traseira 85 segue uma rota curvada em um plano imaginário perpendicular a um eixo imaginário que se projeta longitudinalmente através do furo 5, 6, isto é, um eixo que se estende ao longo do furo passante 2. O recesso da primeira gaveta 4 pode incluir uma parede traseira equivalente, que pode ser configurada para encostar-se a uma parede dianteira 3c da parte dianteira 3’ da segunda gaveta 3. A parede traseira da primeira gaveta 4 também pode seguir uma rota curvada, de forma equivalente ao fornecido na segunda gaveta 3. A rota curvada pode ter um formato semicircular.

[049] A parede dianteira 3c da segunda gaveta 3 e a parede dianteira 4c da primeira gaveta 4 segue, de forma equivalente, uma rota curvada no plano imaginário perpendicular a um eixo imaginário que se projeta através do furo. Esta rota também pode ser semicircular. Isto possibilita um conjunto de gaveta compacto, ao mesmo tempo em que mantém resistência estrutural elevada nas partes dianteiras 3’ e 4’ (particularmente ao redor do furo 5 e 6) e nas partes traseiras 3” e 4”.

[050] O recesso 81 e o recesso da primeira gaveta 4 podem ser usinados no interior da respectiva gaveta 3, 4, por exemplo, através de extrusão ou fresagem. As paredes laterais são preferencialmente rígidas, de modo a proporcionar suporte lateral para a outra gaveta. Em uma aplicação, cada gaveta 3, 4 pode ser feita de uma única peça de material em que o respectivo furo 5,6 e o recesso 81 são formados. Isto proporciona boa estabilidade estrutural à gaveta 3, 4. O material é preferencialmente metálico.

[051] Conforme visualizado nas Figs 7-9a-d, a segunda gaveta 3 compreende uma vedação 90 e a primeira gaveta 4 compreende uma vedação 91. A vedação 90 é fornecida em uma ranhura de vedação na segunda gaveta 3 e a vedação 91 é fornecida em uma ranhura de vedação na primeira gaveta 4. A ranhura de vedação se projeta de forma contínua a partir de uma extremidade dianteira 3d da parte traseira 3” da segunda gaveta 3, através de uma face superior 3f da segunda gaveta 3, e na direção da extremidade dianteira 3e do outro lado da segunda gaveta 3. A vedação 91 é posicionada de forma equivalente sobre a primeira gaveta 4. As vedações 90 e 91 são dispostas de modo a fornecer uma vedação substancialmente estanque entre o invólucro 1 e a primeira e segunda gavetas quando as gavetas 3 e 4 estiverem na posição fechada.

[052] As vedações são preferencialmente não metálicas, por exemplo, vedações elastoméricas ou poliméricas. As vedações 90 e 91 compreendem, cada uma, elementos de vedação laterais 90a, 90b, 91a, 91b. As vedações 90 e 91 são energizadas através de elementos de vedação laterais quando a primeira e a segunda gavetas alcançam a posição fechada. Nesta posição, os elementos de vedação laterais 90a e 91a se unem e os elementos de vedação laterais 90b e 91b se unem. Sendo assim, os elementos de vedação lateral realizam vedação entre si, e energizam todas as vedações.

[053] Uma ranhura de vedação 99 (vide Figs. 9b-d) é fornecida em, pelo menos, uma das gavetas 3 ou 4 (nesta aplicação, na primeira gaveta 4), a ranhura de vedação 99 tendo uma vedação de gaveta (não mostrada nas figuras, mas posicionada no interior da ranhura de vedação 99) configurada para realizar a vedação entre as gavetas 3 e 4 quando as gavetas 3 e 4 estiverem na posição fechada. A ranhura de vedação 99 se estende na direção das laterais da primeira gaveta 4, de modo que a vedação da gaveta permanece em comunicação com os elementos de vedação laterais 90a, 90b, 91a e 91b. A ranhura de vedação 99 é posicionada, preferencialmente, na face inferior da gaveta superior (nesta aplicação, a primeira gaveta 4), para engate com uma superfície da gaveta inferior voltada para cima (nesta aplicação, a segunda gaveta 3). Isto evita danos à vedação da gaveta causados pelo peso de um item cortado, como uma extremidade de tubo 21a (vide Fig. 13), carregado pela gaveta inferior.

[054] A vedação da gaveta é energizada através de elementos de vedação laterais 90a, 90b, 91a e 91b quando a primeira e a segunda gavetas alcançam a posição fechada. A segunda gaveta 3 compreende elementos de vedação laterais secundários 90a e 90b, e a primeira gaveta 4 compreende elementos de vedação laterais primários 91a e 91b, sendo os elementos de vedação laterais primários e secundários configurados para contato na posição fechada, de modo a encaixarem e exercerem pressão entre si, energizando as vedações 90 e 91 através da compressão. Devido às propriedades elásticas das vedações, a união dos elementos de vedação laterais, desta forma, energiza todas as vedações. Considerando que a ranhura de vedação 99 está em comunicação com os elementos de vedação laterais, isto incluirá a energização da vedação da gaveta.

[055] Os elementos de vedação laterais fornecem uma vedação substancialmente estanque entre as gavetas 3, 4 e o invólucro 1, para evitar a passagem de fluido entre as gavetas 3, 4 e o invólucro 1. A vedação da gaveta 54 fornece vedação substancialmente estanque entre as duas gavetas 3, 4 quando as gavetas 3, 4 estiverem na posição fechada. Como resultado, quando as gavetas 3, 4 estão na posição fechada, a passagem de fluido ao longo do furo passante 2 é impedida de forma substancial.

[056] O fornecimento de uma vedação elastomérica energizada no ato do fechamento proporciona a vantagem de que as vedações são protegidas na ranhura de vedação antes do engate, de modo a evitar danos causados por objetos externos. Isto é particularmente importante para a vedação da gaveta, em que, por exemplo, o tubo cortado pode ter bordas afiadas que podem destruir a vedação. Outra vantagem pode ser obtida ao fornecer uma ranhura de vedação para a vedação da gaveta em formato curvado. Isto reduz ainda mais o risco de que objetos externos presentes no furo passante 2 entrem na ranhura de vedação e danifiquem a vedação.

[057] O fornecimento de vedações não metálicas, tais como vedações elastoméricas ou poliméricas, proporciona vedação melhorada na posição fechada. Um desafio específico em, por exemplo, BOPs, é que os lados e superfícies de cisalhamento são danificados durante o corte. Isto pode ocorrer, particularmente, quando todo o peso de uma coluna de perfuração atua sobre uma superfície, e desliza através desta no ato do fechamento. Isto pode tornar vedações metal-metal ineficazes, em outras palavras, o dispositivo não é capaz de vedar completamente a boca de poço em situações críticas. Vedações não metálicas são consideravelmente mais tolerantes a superfícies danificadas e desniveladas, proporcionando vedação mais eficiente.

[058] A energização das vedações apenas mediante fechamento permite que as vedações sejam dispostas em ranhuras de vedação, onde estarão protegidas contra qualquer objeto cortado na boca de poço. No ato do fechamento total, ou quase total, do dispositivo, as vedações podem ser energizadas, desta forma fazendo contato com o lado respectivo de vedação, por exemplo, uma superfície de invólucro ou uma superfície na outra gaveta.

[059] A formação de uma ranhura de vedação no interior de uma gaveta, em formato semicircular, evita que qualquer objeto cortado se projete para dentro da ranhura de vedação. Particularmente, ao cortar uma estrutura tubular, a extremidade cortada sofrerá deformação em formato oval, e em casos particulares, formato quase plano. Deslizar esta extremidade cortada através de uma superfície com uma ranhura de vedação pode fazer com que a referida extremidade cortada seja empurrada para dentro da ranhura de vedação, desta forma danificando a vedação. Ao proporcionar uma ranhura de vedação semicircular, a extremidade cortada é apoiada em outras peças da superfície da comporta em qualquer ponto, ao deslizar sobre uma ranhura de vedação.

[060] A Figura 11b ilustra maiores detalhes dos aparelhos de travamento de haste 201 e 202. (O aparelho 201 não é mostrado, porém o aparelho 202 opera de forma equivalente.) Cada aparelho de travamento de haste 201 e 202 compreende um invólucro principal 210, tendo uma primeira passagem de estrutura tubular 222 e uma segunda passagem de estrutura tubular 223. O invólucro 210 é fornecido com um acessório de montagem para acoplar o aparelho de travamento aos castelos 103 e 104 ou ao atuador em tandem, conforme ilustrado nas Figuras 5, 6 e 11a e descrito acima.

[061] Um pistão de cunha 212 é fornecido de forma deslizável no interior do invólucro 210. O pistão de cunha 212 inclui um lado dianteiro com uma superfície em forma de cunha 211 que se encaixa a uma superfície de extremidade traseira 12a’ da primeira haste de pistão 12a. O pistão 212 é deslocável entre uma posição fechada em que substancialmente bloqueia a segunda passagem de estrutura tubular 223 e uma posição aberta em que a segunda passagem de estrutura tubular 223 permanece aberta.

[062] Neste exemplo, o pistão de cunha 212 inclui um furo transversal que forma uma passagem 217 que se estende a partir do lado dianteiro para o lado traseiro do pistão de cunha 212 geralmente paralelo à segunda passagem de estrutura tubular 223 e, quando o pistão de cunha 221 estiver na posição aberta, este é alinhado com a segunda passagem de estrutura tubular 223 de modo que a haste 12a se estenda através da passagem 217, conforme exibido na Figura 11b. (Ver também a Fig. 4.) Quando o pistão de cunha 212 estiver na posição fechada, a passagem 217 não permanece alinhada com a segunda passagem tubular 223, conforme ilustrado na Figura 6.

[063] O pistão de cunha 212 incorpora uma série de reentrâncias, ou dentes, que se enredam com as ranhuras em uma superfície de travamento serrilhada posicionada sobre a superfície da extremidade traseira 12a’ ou no interior do invólucro principal 210. O modelo das serrilhas pode ser de acordo com uma das alternativas descritas no documento US 4.969.390 ou qualquer outro modelo adequado. Isto pode incluir estrias, ranhuras, reentrâncias ou dentes, ou uma combinação destes, adequada para produzir um movimento de conjugação e um efeito de travamento por atrito entre o pistão de cunha 212 e a superfície de travamento serrilhada.

[064] As Figuras 12-14 ilustram maiores detalhes de uma aplicação. Nesta aplicação, a segunda gaveta 3 e a primeira gaveta 4 são constituídas de modo que seus furos respectivos 5 e 6 tenham formato frustocônico ou incluam uma porção frustocônica 30 e 31. O diâmetro do furo 5 e 6 é maior em direção ao lado da gaveta 3 e 4 voltado para o invólucro 1, e menor em direção ao lado da gaveta 3 e 4 adjacente à outra gaveta.

[065] Opcionalmente, o invólucro 1 é constituído de modo que o furo passante 2 inclua porções frustocônicas 32 e 33. Conforme exibido nas Figuras 12 e 14, o invólucro 1 é constituído de modo que o furo passante 2 inclua duas porções frustocônicas 32 e 33 dispostas de forma que as gavetas 3 e 4 estejam diretamente adjacentes e apoiadas entre as duas porções frustocônicas 32 e 33 do furo passante 2.

[066] As porções frustocônicas 32 e 33 do furo passante 2 apresentam uma extremidade de diâmetro maior e uma extremidade de diâmetro menor, e são dispostas com a extremidade de maior diâmetro diretamente adjacente a uma das duas gavetas 3 e 4 e a extremidade de menor diâmetro espaçada em relação às gavetas 3 e 4.

[067] A Figura 12 mostra este aspecto em visualização ampliada. Nesta aplicação preferida, uma parte de um dos furos 5 e 6, ou de ambos, inclui uma porção frustocônica 30, 31, enquanto o diâmetro dos furos 5 e/ou 6 é maior na direção do lado voltado para o invólucro 1 comparado ao lado voltado para a outra gaveta. As porções frustocônicas 30 e 31 fornecem a vantagem adicional de mais espaço disponível para a extremidade do objeto cortado, por exemplo, as extremidades de tubo 21a e 21b (vide Fig. 13) no furo 5 e 6, quando o dispositivo de boca de poço estiver na posição fechada.

[068] Além disso, o furo passante 2 pode receber porções frustocônicas 32 e/ou 33 em um ponto de interação com as gavetas 3 e 4. As porções frustocônicas 32 e/ou 33, separadas ou em combinação com as porções frustocônicas 30 e 31, proporcionam as mesmas vantagens que as descritas acima, isto é, permitindo mais espaço para o objeto cortado nos furos 5 e 6 após fechamento do dispositivo. Desta forma, as porções frustocônicas 30, 31, 32 e 33 fornecem vantagens particulares em caso de necessidade de corte de objetos de diâmetro amplo, por exemplo, um invólucro de estrutura tubular, pois a tendência de deformação do tubo cortado, quando dentro do furo 5 ou 6 durante o fechamentos das gavetas 3 e 4, seria menor.

[069] A Fig. 13 ilustra, de forma esquemática, duas extremidades cortadas 21a e 21b de uma estrutura tubular que estava no furo passante 2 antes do fechamento e que foi cortada pelas gavetas 3 e 4. As extremidades cortadas da estrutura tubular 21a e 21b são deixadas nos furos 5 e 6 quando o dispositivo de controle de boca de poço estiver na posição fechada. Isto elimina a necessidade de que as extremidades de tubo 21a e 21b sejam levantadas, retiradas ou submetidas a um “corte duplo”, isto é, cisalhamento entre a extremidade superior do furo 5/ extremidade inferior do furo 6 e o invólucro 1, que teria sido necessária caso as gavetas 3 e 4 tivessem entrado totalmente no invólucro 1.

[070] Esta configuração também permite que o dispositivo realize o corte de um objeto de estrutura tubular de diâmetro amplo, como uma coluna de revestimento. Neste caso, as extremidades do tubo 21a e 21b serão deformadas, mas como no caso acima, permanecem parcialmente dentro dos furos 5 e 6.

[071] A Figura 14 ilustra a área 70 que interliga o furo 5 da gaveta 3 e o furo passante 2 na posição fechada. (Uma área semelhante será criada para a gaveta inferior 4). Com um furo circular 5, esta área 70 terá formato de intersecção circular, ou vesica piscis. A área 70 terá um comprimento circunferencial 71. Em uma aplicação preferida, as porções frustocônicas 30 e 32 são dispostas com um ângulo cônico apropriado (isto é, o ângulo entre as porções frustocônicas 30 e 32 na vertical), de modo que este seja maior no comprimento de circunferência 71 que a circunferência do maior objeto de estrutura tubular a ser cortado pelo dispositivo.

[072] Conforme apontado acima, ao cortar uma estrutura tubular, a extremidade de corte será deformada, geralmente em formato oval. O posicionamento das porções frustocônicas 30 e 32 em um ângulo cônico suficientemente amplo para proporcionar este comprimento circunferencial 71 em uma área de formato vesica piscis permite que a extremidade cortada permaneça dentro do furo 5 sem precisar de corte duplo ou maior deformação da estrutura tubular.

[073] Por exemplo, em sistemas convencionais de boca de poço, o furo passante 2 pode ter diâmetro de 18 3/4” (47,6 cm). Para corte de objetos maiores que 6 5/8” (16,8 cm) de diâmetro externo, as porções frustocônicas podem formar um comprimento circunferencial 71 aumentado, que pode possibilitar o corte e armazenamento lateral de objetos com até 14” (35,6 cm) de diâmetro externo. Os objetos serão deformados de acordo com a circunferência e com o formato e espaço disponíveis. Desta forma, o dispositivo de controle de boca de poço de acordo com a invenção é, diferentemente dos sistemas convencionais, capaz de cortar e vedar com estruturas tubulares de diversos tamanhos, presentes no furo passante.

[074] Proveitosamente, a inclusão de porções cônicas nas gavetas e/ou no furo de passagem permite mais espaço para que o objeto cortado permaneça no furo após o fechamento. Particularmente, em caso de corte de uma estrutura tubular de diâmetro amplo, como o invólucro, a extremidade cortada pode sofrer grande deformação, geralmente em formato oval. O fornecimento de porções cônicas permite que essa extremidade deformada permaneça no interior do furo sem afetar a função de fechamento do dispositivo.

[075] Ao fornecer porções frustocônicas de dimensões iguais em ambas as gavetas e no furo passante, uma passagem substancialmente alinhada pode ser obtida através do dispositivo, evitando, desta forma, qualquer ponto de obstrução na posição aberta.

[076] Quando utilizados neste relatório descritivo e nas reivindicações, os termos “compreende” e “compreendendo” e suas respectivas variações significam que as características, etapas ou integrais estão incluídos. Os termos não devem ser interpretados de modo a excluir a presença de outras características, etapas ou componentes.

[077] As características divulgadas na descrição prévia, nas reivindicações a seguir ou nos desenhos apensados, expressadas em suas formas específicas ou em termos de um meio para realização da função divulgada, ou um método ou processo para alcançar o resultado divulgado, conforme apropriado, podem, separadamente ou em qualquer combinação destas características, ser utilizadas para realização da invenção em suas mais diversas formas.

[078] A presente invenção não está limitada às aplicações descritas neste documento. As reivindicações em anexo devem servir como referência

Claims (23)

1) Um conjunto de gaveta para um dispositivo de controle de boca de poço, o conjunto de gaveta tendo uma primeira gaveta (4) e uma segunda gaveta (3); a primeira gaveta (4) tendo uma parte dianteira (4’) e uma parte traseira (4”); a segunda gaveta (3) tendo uma parte dianteira (3’) e uma parte traseira (3”); um primeiro furo (6) disposto na parte dianteira (4’) da primeira gaveta (4); um segundo furo (5) disposto na parte dianteira (3’) da segunda gaveta (3); a primeira gaveta (4) tendo um primeiro recesso configurado para receber a parte dianteira (3’) da segunda gaveta (3) e a segunda gaveta (3) tendo um segundo recesso (81) configurado para receber a parte dianteira (4’) da primeira gaveta (4); caracterizado por dito segundo recesso (81) compreender uma parede traseira (85), a parede traseira (85) configurada para encostar em uma parede dianteira (4c) da parte dianteira (4’) da primeira gaveta (4) e em que a parede traseira (85) segue uma rota curvada em um plano perpendicular a um eixo que se estende longitudinalmente através do furo (5, 6).

2) Um conjunto de gaveta de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por dito segundo recesso (81) compreender uma primeira parede lateral (83) e uma segunda parede lateral (84), a primeira e segunda paredes laterais (83, 84) sendo configuradas para guiar uma primeira parede lateral (4a) e uma segunda parede lateral (4b) da parte dianteira (4’) da primeira gaveta (4).

3) Um conjunto de gaveta de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por dito primeiro recesso compreender uma primeira parede lateral e uma segunda parede lateral, a primeira e segunda paredes laterais sendo configuradas para guiar uma primeira parede lateral (3a) e uma segunda parede lateral (3b) da parte frontal (3’) da segunda gaveta (3).

4) Um conjunto de gaveta de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por dito primeiro recesso compreender uma parede traseira, a parede traseira configurada para encostar em uma parede dianteira (3c) da parte dianteira (3’) da segunda gaveta (3).

5) Um conjunto de gaveta de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por dita parede traseira do primeiro recesso seguir uma rota curvada em um plano perpendicular ao eixo que se estende longitudinalmente através do furo (5, 6) .

6) Um conjunto de gaveta de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por dita parede traseira do primeiro recesso seguir um formato semicircular.

7) Um conjunto de gaveta de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por dita parede traseira (85) do segundo recesso (81) seguir um formato semicircular.

8) Um conjunto de gaveta de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por dita parede dianteira (4c) da primeira gaveta (4) seguir uma rota curvada no plano perpendicular ao eixo que se estende longitudinalmente através do furo (5, 6).

9) Um conjunto de gaveta de acordo com qualquer uma das reivindicações de 4 a 6, caracterizado por dita parede dianteira (3c) da segunda gaveta (3) seguir uma rota curvada no plano perpendicular ao eixo que se estende longitudinalmente através do furo (5, 6).

10) Um conjunto de gaveta de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por dita parede dianteira (3c) da segunda gaveta (3) seguir um formato semicircular no plano perpendicular ao eixo que se estende longitudinalmente através do furo (5, 6).

11) Um conjunto de gaveta de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por dita parede dianteira (4c) da primeira gaveta (4) seguir um formato semicircular no plano perpendicular ao eixo que se estende longitudinalmente através do furo (5, 6).

12) Um conjunto de gaveta de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por dita primeira gaveta (4) compreender uma primeira vedação (91) e pela segunda gaveta (3) compreender uma segunda vedação (90).

13) Um conjunto de gaveta de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por dita primeira vedação (91) ser fornecida em uma ranhura de vedação na primeira gaveta (4) e pela segunda vedação (90) ser fornecida em uma ranhura de vedação na segunda gaveta (3).

14) Um conjunto de gaveta de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por cada ranhura de vedação se estender a uma superfície da extremidade frontal (3d, 3e) da parte traseira (3”, 4”) da gaveta (3,4) respectiva.

15) Um conjunto de gaveta de acordo com qualquer uma das reivindicações de 12 a 14, caracterizado por ditas vedações (90, 91) serem dispostas para fornecer uma vedação substancialmente estanque entre o invólucro (1) e a primeira e segunda gavetas (3, 4).

16) Um conjunto de gaveta de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por ditas vedações serem dispostas para fornecer uma vedação substancialmente estanque entre a primeira e segunda gavetas (3, 4) quando as gavetas (3, 4) estiverem na posição fechada.

17) Um conjunto de gaveta de acordo com qualquer uma das reivindicações de 12 a 16, caracterizado por ditas vedações serem não metálicas.

18) Um conjunto de gaveta de acordo com qualquer uma das reivindicações de 12 a 17, caracterizado por ditas vedações serem elastoméricas.

19) Um conjunto de gaveta de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por dita primeira gaveta (4) compreender elementos de vedação laterais primários (91a, 91b) e a segunda gaveta (3) compreender elementos de vedação laterais secundários (90a, 90b), os elementos de vedação laterais primários e secundários configurados para entrarem em contato na posição fechada, de modo a energizar as vedações (90, 91).

20) Um conjunto de gaveta de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por uma ranhura de vedação (99) ser fornecida em, pelo menos, uma das gavetas (3, 4), a ranhura de vedação tendo uma vedação de gaveta configurada para realizar a vedação entre as gavetas (3, 4) quando as gavetas (3, 4) estiverem na posição fechada.

21) Um conjunto de gaveta de acordo com a reivindicação anterior em combinação com a reivindicação 19, caracterizado por dita vedação de gaveta ser energizada por meio de elementos de vedação laterais (90a, 90b, 91a, 91b) após a primeira e segunda gavetas (3, 4) alcançarem a posição fechada.

22) Um conjunto de gaveta de acordo com qualquer uma das reivindicações de 20 a 21, caracterizado por dita ranhura de vedação (99) ter um formato semicircular no plano perpendicular ao eixo que se estende longitudinalmente através do furo (5, 6).

23) Um dispositivo de controle de boca de poço caracterizado por compreender um conjunto de gaveta de acordo com qualquer reivindicação anterior.

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