BR112019022574B1 - Dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular - Google Patents

Abstract

Um atuador de acionamento rotativo para um dispositivo de controle de pressão de poço anular inclui um pistão com uma superfície interna afunilada, um furo transpassante e uma superfície externa rosqueada. Uma luva rosqueada com uma superfície interna rosqueada está em engate rosqueado com a superfície externa rosqueada do pistão. Um motor rotativo é arranjado para rotar a luva rosqueada, pelo que a rotação do motor rotativo causa o movimento axial correspondente do pistão.

Description

FUNDAMENTOS

[001] Esta descrição se refere ao campo de dispositivos de controle de pressão de furo de poço usados na construção de furo de poço e nas operações de intervenção do poço. Mais especificamente, a descrição refere- se a dispositivos de controle de pressão de poço anulares que podem ser acionados seletivamente para fechar um espaço anular entre um tubular de furo de poço e um conduto inserido através do dispositivo de controle de pressão.

[002] Um dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular (por exemplo, um controlador preventivo de erupção anular ou BOP anular) é um dispositivo usado para vedar um furo de poço aberto ou um espaço anular em torno de um tubular ou conduto disposto no furo de poço para conter a pressão do furo de poço. Os BOPs anulares conhecidos na técnica usam pressão hidráulica para atuar (por exemplo, por inflação) um elemento de vedação que, quando atuado, fecha o espaço anular. O uso da pressão hidráulica para atuar o elemento de vedação tem várias desvantagens, incluindo a necessidade de uma grande quantidade de equipamentos de suporte para alimentar o dispositivo, como unidades de energia hidráulica e bancos de acumuladores. Há um custo significativo associado à tubulação de alta pressão e mangueiras usadas para transportar fluidos hidráulicos; sabe-se que os componentes operados hidraulicamente não são confiáveis e há um peso substancial associado aos acumuladores hidráulicos para aplicações submarinas e ao tempo necessário para executar as linhas hidráulicas nas operações móveis das plataformas terrestres.

[003] A função do BOP anular é crucial para a construção e/ou intervenção do poço seguras e, portanto, esses dispositivos não podem ser removidos de serviço durante as operações de construção e intervenção do poço devido a desvantagens associadas. São necessários dispositivos e métodos de atuação para operar um elemento de vedação em BOPs anulares que não dependem da pressão hidráulica para atuar diretamente o elemento de vedação.

SUMÁRIO

[004] Um atuador de acionamento rotativo para um dispositivo de controle de pressão de poço anular de acordo com um aspecto inclui um pistão com uma superfície interna afunilada, um furo transpassante e uma superfície externa rosqueada. Uma luva rosqueada com uma superfície interna rosqueada está em engate rosqueado com a superfície externa rosqueada do pistão. Um motor rotativo é arranjado para rotar a luva rosqueada, pelo que a rotação do motor rotativo causa o movimento axial correspondente do pistão.

[005] Em algumas modalidades, uma superfície exterior da luva rosqueada compreende uma engrenagem principal.

[006] Em algumas modalidades, o motor rotativo rota uma engrenagem de pinhão em contato funcional com a engrenagem principal.

[007] Em algumas modalidades, o motor rotativo compreende um motor elétrico.

[008] Em algumas modalidades, a superfície afunilada está em contato funcional com um elemento de vedação anular de modo que o movimento axial do pistão cause o movimento radial correspondente do elemento de vedação anular.

[009] Em algumas modalidades, o elemento de vedação anular compreende elastômero.

[0010] Em algumas modalidades, a superfície interna rosqueada e a superfície externa rosqueada compreendem pelo menos uma de uma engrenagem helicoidal, uma engrenagem espinha de peixe, uma engrenagem de rosca sem fim e uma engrenagem de rosca sem fim de envelope duplo.

[0011] Em algumas modalidades, o atuador de acionamento rotativo faz parte de pelo menos um de um conector e um dispositivo de controle rotativo.

[0012] Um dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular de acordo com um outro aspecto inclui um alojamento de alta pressão que define um espaço interior e com características em cada extremidade axial para conexão a um furo de poço e/ou a um elemento de um dispositivo de controle de pressão de furo de poço. Um pistão com uma superfície interna afunilada, um furo transpassante e uma superfície externa rosqueada é disposto no espaço interior e arranjado para se mover axialmente dentro do espaço interior. Uma luva rosqueada com uma superfície interna rosqueada está em engate rosqueado com a superfície externa rosqueada do pistão, a luva rosqueada suportada rotativamente no espaço interior. Um motor rotativo é arranjado para rotar a luva rosqueada, pelo que a rotação do motor rotativo causa o movimento axial correspondente do pistão. Um elemento de vedação anular é disposto na superfície interna afunilada do pistão de modo que o movimento axial do pistão cause o movimento radial correspondente do elemento de vedação anular.

[0013] Em algumas modalidades, uma superfície exterior da luva rosqueada compreende uma engrenagem principal.

[0014] Em algumas modalidades, o motor rotativo rota uma engrenagem de pinhão em contato funcional com a engrenagem principal.

[0015] Algumas modalidades compreendem adicionalmente um alojamento resistente à pressão encerrando a engrenagem de pinhão. O alojamento resistente à pressão é acoplado ao alojamento de alta pressão.

[0016] Em algumas modalidades, o motor rotativo compreende um motor elétrico.

[0017] Em algumas modalidades, a superfície afunilada está em contato funcional com um elemento de vedação anular de modo que o movimento axial do pistão cause o movimento radial correspondente do elemento de vedação anular.

[0018] Em algumas modalidades, o elemento de vedação anular compreende elastômero.

[0019] Algumas modalidades compreendem adicionalmente pelo menos um motor rotativo adicional arranjado para rotar a luva rosqueada.

[0020] O dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular da reivindicação 16 em que o pelo menos um motor rotativo rota uma engrenagem de pinhão adicional em contato funcional com a engrenagem principal.

[0021] Algumas modalidades compreendem adicionalmente um alojamento resistente à pressão adicional que envolve a engrenagem de pinhão adicional, o alojamento resistente à pressão adicional acoplado ao alojamento de alta pressão.

[0022] Em algumas modalidades, o pelo menos um motor rotativo adicional compreende um motor elétrico.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0023] A FIG. 1 mostra componentes funcionais de uma modalidade exemplificativa de um dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular de acordo com a presente descrição.

[0024] A FIG. 2 mostra uma vista recortada de uma modalidade exemplificativa de um dispositivo de controle de pressão anular de acordo com a presente descrição.

[0025] A FIG. 3 mostra uma outra modalidade exemplificativa de um dispositivo de controle de pressão anular com mais de um motor rotativo.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0026] A FIG. 1 mostra componentes funcionais de uma modalidade exemplificativa de um atuador de acionamento rotativo 10 para um dispositivo de controle de pressão anular (por exemplo, um BOP anular) de acordo com a presente descrição. Os componentes funcionais do acionamento rotativo 10 podem ser fundamentalmente constituídos por um furo central 11 contendo um elemento de vedação anular (ver 20 na FIG. 2), que pode ser um elemento de vedação de elastômero, e um pistão anular 18 que se move axialmente, isto é, paralelo ou ao longo de um eixo geométrico de um alojamento de elemento anular (24, 26 na FIG. 2) para deformar o elemento de vedação anular (20 na FIG. 2) radialmente e, assim, fechar-se contra um tubo ou conduto 50, tal como um tubo de perfuração, disposto através do BOP anular. O movimento axial do pistão 18 pode comprimir o elemento de vedação anular (20 na FIG. 2) radialmente por ter uma superfície interna afunilada 18C no pistão 18, de modo que o movimento axial do pistão 18 faça com que o elemento de vedação anular (20 na FIG. 2) seja disposto em uma porção do pistão 18 com diâmetro interno progressivamente reduzido. O pistão 18 pode compreender uma abertura 18D ao longo da dimensão longitudinal do pistão 18 para permitir a passagem de objetos como o conduto 50.

[0027] Em algumas modalidades, o atuador de acionamento rotativo 10 faz parte de um conector ou um dispositivo de controle rotativo (RCD). Nas modalidades em que um conector é usado, o movimento axial do atuador de acionamento rotativo 10 pode ser usado para acionar um conjunto de ganchos para conjugar com uma cabeça de poço ou mandril. Uma modalidade exemplificativa de tal dispositivo é feita por Dril-Quip, Inc., 6401 N. Eldridge Parkway, Houston, Texas 77041 como parte de um sistema de conexão de cabeça de poço hidráulico.

[0028] A superfície externa do pistão 18 pode ter uma forma substancialmente cilíndrica e compreende uma seção rosqueada 18A. A seção rosqueada 18A é engatada operacionalmente com roscas internas 16A em uma luva rosqueada 16 em um arranjo do tipo parafuso de avanço. O diâmetro externo da luva rosqueada 16 pode compreender uma engrenagem principal 16B. A engrenagem principal 16B e, portanto, a luva rosqueada 16, podem, por sua vez, ser acionadas por uma engrenagem de pinhão 14 rotada por um motor rotativo 12, tal como um motor elétrico. A engrenagem de pinhão 14 na presente modalidade exemplificativa pode compreender uma engrenagem reta. Embora o que é descrito acima seja uma modalidade possível, outras modalidades exemplificativas podem compreender um parafuso esférico ou parafuso de esferas em vez de um parafuso de avanço para obter movimento linear do pistão 18 quando a luva rosqueada 16 é rotada. Outras modalidades exemplificativas podem compreender uma engrenagem helicoidal, uma engrenagem espinha de peixe, uma engrenagem de rosca sem fim e uma engrenagem de rosca sem fim de envelope duplo, por exemplo, em vez de uma engrenagem reta. Em outras modalidades, uma caixa de engrenagens de redução separada (não mostrada) pode ser acoplada em sua entrada à saída do motor 12 e em sua saída à engrenagem de pinhão 14. Em algumas modalidades, uma pluralidade de motores e pinhão associado e/ou outras engrenagens podem ser usadas para acionar a engrenagem principal 16B, como será explicado em mais detalhes com referência à FIG. 3.

[0029] A FIG. 2 mostra uma vista recortada de uma modalidade exemplificativa de um BOP anular 110 de acordo com a presente descrição. Um alojamento de alta pressão inferior 26 pode definir um espaço interior 26B no qual pode ser disposto o pistão 18, a luva rosqueada 16, mancais 22 para suportar rotativamente a luva rosqueada 16 e uma conexão inferior 26A, por exemplo um flange, para conectar o alojamento de alta pressão inferior 26 a outros componentes de um aparelho de controle de pressão de furo de poço, não mostrado nas figuras (ou a um componente do próprio furo de poço, como um revestimento de superfície ou um tubo ascendente). O elemento de vedação anular 20 é mostrado disposto na superfície interna afunilada 18C do pistão 18. O conduto 50, por exemplo, um tubo de perfuração, é mostrado passando através do alojamento de alta pressão inferior 16, do pistão 18 e do elemento de vedação anular 20, os quais estão todos dispostos no furo 11.

[0030] Um alojamento de alta pressão superior 24 pode ser removível, acoplado de maneira vedada a uma extremidade superior 26C do alojamento de alta pressão inferior 26. O alojamento de alta pressão superior 24 pode compreender uma superfície de apoio 24A que contacta um mancal superior dos mancais 22, de modo que a luva rosqueada 16 seja rotativamente suportada dentro do alojamento de alta pressão inferior 26. O alojamento de alta pressão superior 24 pode compreender uma superfície de contato 24B que impede o elemento de vedação anular 20 de se mover axialmente, à medida que o pistão 18 é movido axialmente para cima. Assim, o movimento axial linear para cima do pistão 18 impele o elemento de vedação anular 20 contra a superfície de contato 24B no alojamento de alta pressão superior 24, fazendo com que o elemento de vedação anular 20 comprima radialmente para dentro, finalmente contra o conduto 50 para vedar o furo 11. O alojamento de alta pressão superior 24 pode compreender um recurso de conexão 24C para permitir o acoplamento do alojamento de alta pressão superior 24 a outros componentes de um sistema de controle de pressão do furo de poço (por exemplo, a aros de tubo, gavetas cegas ou gavetas cisalhantes) ou a outros componentes do furo de poço, como um tubo ascendente.

[0031] Na presente modalidade exemplificativa, a engrenagem de pinhão 14 pode ser disposta em um alojamento de engrenagem de pinhão vedado por pressão 14A. O alojamento de engrenagem de pinhão 14A pode ser afixado a uma abertura correspondente 26C no exterior do alojamento de alta pressão inferior 26. O alojamento da engrenagem de pinhão 14A pode compreender uma vedação do eixo 14B para permitir a passagem vedada do eixo do motor 12A. Em algumas modalidades, o motor 12 pode ser disposto dentro do alojamento de engrenagem de pinhão 14A.

[0032] A FIG. 3 mostra outra modalidade exemplificativa de um BOP anular 110 com mais de um motor 12, engrenagem de pinhão (14 na FIG. 2) e alojamento de engrenagem de pinhão 14A. Tais modalidades podem ser desejáveis para prover torque adicional para rotar a luva rosqueada (16 na FIG. 2), ou para permitir o uso de motores de tamanho e peso menores 12.

[0033] Um dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular de acordo com a presente descrição pode prover um ou mais dos seguintes benefícios. O tamanho e o peso do dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular podem ser reduzidos. A necessidade de estender linhas de pressão hidráulicas ou pneumáticas do dispositivo de controle de pressão anular para a superfície, em particular em operações de furo de poço em águas profundas, pode ser evitada.

[0034] Embora esta descrição tenha se concentrado na aplicação de motores rotativos para uso na atuação de um BOP anular, deve-se entender claramente que uma configuração de acionamento rotativo substancialmente similar também pode ser usada em um conector e em um dispositivo de controle rotativo.

[0035] Embora apenas alguns exemplos tenham sido descritos em detalhes acima, os versados na técnica reconhecerão prontamente que muitas modificações são possíveis nos exemplos. Por conseguinte, todas essas modificações devem ser incluídas no escopo desta descrição, conforme definido nas reivindicações a seguir.

Claims (7)

1. Dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular, compreendendo: um alojamento de alta pressão (26) definindo um espaço interior (26B) e tendo características em cada extremidade axial para conexão a um furo de poço e/ou a um elemento de um dispositivo de controle de pressão de furo de poço; um pistão (18) tendo uma superfície interna afunilada, um furo transpassante e uma superfície externa rosqueada disposto no espaço interior e arranjado para se mover axialmente dentro do espaço interior (26B); uma luva rosqueada (16) tendo uma superfície interna rosqueada em engate rosqueado com a superfície externa rosqueada do pistão (18), e uma superfície externa compreendendo uma engrenagem principal (16B); a luva rosqueada (16) suportada de forma rotativa no espaço interior (26B); um motor rotativo (12) arranjado para girar uma engrenagem de pinhão (14) em contato funcional com a engrenagem principal (16B) da luva rosqueada (16) para girar a luva rosqueada, pelo que a rotação da luva rosqueada causa o movimento axial correspondente do pistão (18); caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um elemento de vedação anular (20) disposto na superfície interna afunilada do pistão (18) de tal modo que o movimento axial do pistão (18) cause movimento radial correspondente do elemento de vedação anular; e um alojamento resistente à pressão (14A) envolvendo aquela engrenagem de pinhão (14), o alojamento resistente à pressão (14A) acoplado ao alojamento de alta pressão (26).

2. Dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor rotativo (12) compreende um motor elétrico.

3. Dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de vedação anular (20) compreende um elastômero.

4. Dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um motor rotativo adicional (12) arranjado para girar a luva rosqueada (16).

5. Dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um motor rotativo adicional (12) gira uma engrenagem de pinhão adicional (14) em contato funcional com a engrenagem principal (16B).

6. Dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um alojamento resistente à pressão adicional (14A) que envolve a engrenagem de pinhão adicional (14), o alojamento resistente à pressão adicional (14A) acoplado ao alojamento de alta pressão (26).

7. Dispositivo de controle de pressão de furo de poço anular de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o pelo menos motor rotativo adicional (12) compreende um motor elétrico.