BR112021005576A2

BR112021005576A2 - válvula de esfera para desempenho melhorado em ambientes carregados de detritos

Info

Publication number: BR112021005576A2
Application number: BR112021005576-2A
Authority: BR
Inventors: Cassius Elston; Brian Walther; Venkata Siva Reddy Battula; Ashish Sharma; Diana Orzechowski
Original assignee: Schlumberger Technology B.V.
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2021-06-29
Also published as: GB2591401A; CN112840099A; WO2020068466A1; US11739612B2; NO20210371A1; US20210388694A1; CN112840099B; GB2591401B; GB202104011D0

Abstract

VÁLVULA DE ESFERA PARA DESEMPENHO MELHORADO EM AMBIENTES CARREGADOS DE DETRITOS. Um sistema de válvula de isolamento inclui uma coluna de poço tendo uma válvula de isolamento incluindo uma esfera montada rotativamente em um par de inserções para rotação em torno de um eixo fixo, um braço acoplado à esfera em uma posição desviada do eixo fixo e um mandril conectado a uma extremidade de atuação do braço, o mandril e a extremidade de atuação do braço sendo dispostos furo acima da esfera. Via a extremidade de atuação do braço, o mandril força rotação da esfera de uma posição fechada para uma posição aberta se movendo em uma direção linear para longe da esfera, o que permite fluxo de fluido ao longo de um furo de passagem da esfera.

Description

VÁLVULA DE ESFERA PARA DESEMPENHO MELHORADO EM AMBIENTES CARREGADOS DE DETRITOS REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[0001] O presente documento é baseado no e reivindica prioridade do Pedido Provisional US 62/736.337, depositado em 25 de setembro de 2018, que é por meio deste incorporado por referência em sua totalidade.

FUNDAMENTOS

[0002] Fluidos de hidrocarbonetos, tal como petróleo e gás natural, são obtidos de uma formação geológica subterrânea, denominada reservatório, por meio da perfuração de um furo de poço que penetra na formação contendo hidrocarbonetos. Uma vez que o furo de poço é perfurado, várias formas de componentes de completação de poço podem ser instaladas para controlar e intensificar a eficiência de produção dos vários fluidos do reservatório.

[0003] Válvulas de isolamento salvaguardam os reservatórios, fornecendo uma barreira confiável dentro da coluna de tubulação de completação. Válvulas de isolamento podem utilizar uma válvula de esfera como mecanismo de barreira primário e a válvula de esfera pode ser atuada para abrir e fechar por uma variedade de meios diferentes (por exemplo, hidraulicamente ou mecanicamente).

[0004] Um desafio que todas as válvulas de isolamento devem mitigar é operar em ambientes sujos carregados de detritos. Sujeira, detritos, particulados ou qualquer material estranho na válvula têm um impacto significativo no desempenho da válvula. Especificamente, material estranho na válvula aumenta o atrito entre os componentes internos do mecanismo de atuação da válvula e prejudica a capacidade da válvula de abrir/fechar e vedar. Durante atuações da válvula de esfera, o atrito adicionado requer que o operador aplique mais força ao mecanismo de atuação da válvula para superar o atrito. Em alguns casos, a força para superar o atrito pode ser extrema e pode ultrapassar a classificação do equipamento do operador ou a classificação da válvula de isolamento (isto é, a válvula não pode abrir ou fechar porque o outro equipamento usado para abrir/fechar a válvula não pode aplicar força suficiente). Consequentemente, detritos são uma causa primária de falha para válvulas de isolamento e válvulas de esfera em geral.

[0005] Consequentemente, há uma necessidade de um mecanismo de atuação para válvulas de esfera com um projeto mais robusto para atuar a válvula de esfera em ambientes não limpos carregados de detritos.

SUMÁRIO

[0006] De acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação, um sistema de válvula de isolamento inclui uma coluna de poço tendo uma válvula de isolamento, a válvula de isolamento incluindo uma esfera montada rotativamente em um par de inserções para rotação em torno de um eixo fixo, a esfera tendo um furo de passagem, um braço acoplado à esfera em uma posição desviada do eixo fixo, o braço tendo uma extremidade de atuação e um mandril conectado à extremidade de atuação do braço, o mandril e a extremidade de atuação do braço sendo dispostos furo acima da esfera. De acordo com uma ou mais modalidades da divulgação, via a extremidade de atuação do braço, o mandril força rotação da esfera de uma posição fechada para uma posição aberta se movendo em uma direção linear para longe da esfera, o que permite fluxo de fluido ao longo do furo de passagem.

[0007] Um método para isolamento de uma formação de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação inclui fornecer uma válvula de isolamento com uma esfera tendo um furo de passagem, montar rotativamente a esfera dentro de um par de inserções inseríveis separadamente mantidas dentro de um alojamento de válvula para permitir rotação da esfera em torno de um eixo fixo, conectar uma primeira extremidade de um braço à esfera em uma posição desviada do eixo fixo, a primeira extremidade sendo uma extremidade de engate do braço, acoplar uma segunda extremidade do braço a um mandril móvel para permitir deslocamento seletivo da esfera entre as posições aberta e fechada pelo movimento do braço, o mandril e a segunda extremidade do braço sendo dispostos furo acima da esfera e usar o mandril, via a segunda extremidade do braço, para forçar rotação da esfera da posição fechada para a posição aberta se movendo em uma direção linear para longe da esfera, o que permite fluxo de fluido ao longo do furo de passagem da esfera.

[0008] No entanto, muitas modificações são possíveis sem se afastar materialmente dos ensinamentos desta divulgação. Consequentemente, essas modificações são destinadas a estar incluídas dentro do escopo desta divulgação, conforme definido nas reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] Certas modalidades da divulgação serão descritas a seguir com referência aos desenhos anexos, em que numerais de referência semelhantes denotam elementos semelhantes. Deve ser entendido, no entanto, que as figuras anexas ilustram as várias implementações aqui descritas e não se destinam a limitar o escopo de várias tecnologias descritas. Os desenhos são os seguintes:

[0010] FIG. 1 é uma vista esquemática de um sistema de poço tendo uma válvula de isolamento implantada em um furo de poço, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação;

[0011] FIG. 2 é um exemplo de um sistema de válvula de isolamento tendo uma válvula de esfera na posição fechada, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação;

[0012] FIG. 3 é um exemplo de um sistema de válvula de isolamento tendo uma válvula de esfera na posição aberta, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação;

[0013] FIGS. 4A e 4B comparam um projeto de base e um projeto reverso de uma válvula de esfera, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação;

[0014] FIG. 5 é um exemplo de uma seção transversal de um sistema de válvula de isolamento tendo uma válvula de esfera na posição fechada, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação;

[0015] FIG. 6 é um exemplo de uma seção transversal de um sistema de válvula de isolamento tendo uma válvula de esfera na posição aberta, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação;

[0016] FIG. 7 é um exemplo de um mecanismo de vedação para uma válvula de esfera em um sistema de válvula de isolamento, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação;

[0017] FIG. 8 é um exemplo de um mecanismo de vedação para uma válvula de esfera em um sistema de válvula de isolamento, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação;

[0018] FIG. 9 é um exemplo de um mecanismo de vedação para uma válvula de esfera em um sistema de válvula de isolamento, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0019] Na descrição que se segue, numerosos detalhes são estabelecidos para proporcionar uma compreensão de algumas modalidades da presente divulgação. Contudo, será entendido por aqueles versados na técnica que modalidades da presente divulgação podem ser praticadas sem esses detalhes e que numerosas variações ou modificações das modalidades descritas podem ser possíveis.

[0020] No relatório descritivo e nas reivindicações anexas: os termos "conectar", "conexão", "conectado", "em conexão com", "conectando", "acoplar", "acoplado", "acoplado com" e "acoplando" são usados para significar "em conexão direta com" ou "em conexão com via outro elemento". Conforme aqui utilizado, os termos "acima" e "abaixo", "superior" e "inferior", "para cima" e para baixo", "a montante" e "a jusante"; "furo acima" e "furo abaixo", "acima" e "abaixo" e outros termos semelhantes indicando posições relativas acima ou abaixo de um dado ponto ou elemento são usados nesta descrição para descrever mais claramente algumas modalidades da divulgação.

[0021] Uma ou mais modalidades da presente divulgação é um mecanismo de atuação de válvula de esfera que gera força para abrir a válvula de esfera movendo componentes internos do mecanismo de atuação para longe da válvula de esfera. Como tal, uma ou mais modalidades da presente divulgação geralmente se referem a um sistema de válvula de isolamento tendo um projeto que é mais simples de fabricar e mais confiável para usar em uma aplicação de poço. Este projeto utiliza mecanismos simples com requisitos de força mais baixos que permitem atuação confiável e repetitível de uma válvula de isolamento de fluxo tipo esfera em ambientes carregados de detritos. Adicionalmente, os componentes de projeto envolvidos em atuação da válvula podem ser reduzidos em tamanho/seção transversal devido a uma redução em tensão nos componentes de atuação, o que pode reduzir custos de fabricação.

[0022] Mecanismos de atuação de válvula de isolamento atuais requerem que os componentes internos se movam em direção à válvula de esfera para abrir a válvula de esfera. Em ambientes carregados de detritos, essa direção de movimento compacta os particulados acumulados no topo da válvula de esfera fechada, assim aumentando ainda mais o atrito na válvula de esfera. Adicionalmente, os componentes devem limpar os detritos antes de engatar a válvula de esfera. Consequentemente, a força para abrir a válvula de esfera em sistemas de válvula de isolamento atuais aumenta significativamente acima das faixas de operação normais.

[0023] De acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação, o mecanismo de atuação do sistema de válvula de isolamento é trocado de modo que a válvula de esfera possa ser aberta movendo os componentes internos para longe da válvula de esfera. Notavelmente, a válvula de esfera pode ter qualquer forma ou formato que forme uma vedação. Em uma ou mais modalidades da presente divulgação, a válvula de esfera pode ser feita de qualquer material, tal como metálico, termoplástico, elastomérico, dissolvível ou liga de formato de memória, para citar alguns. Por exemplo, a válvula de esfera pode ter uma forma elíptica ou uma forma cônica. Mover os componentes internos do mecanismo de atuação para longe da esfera cria espaço para detritos se moverem/fluírem em torno da válvula de esfera e alivia as forças de atrito na válvula de esfera, assim diminuindo a força necessária para o mecanismo de atuação da válvula. Mais ainda, mover os componentes internos do mecanismo de atuação para longe da esfera cria caminhos de fluxo para detritos se moverem durante a atuação da válvula de esfera.

[0024] No sistema de válvula de isolamento de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação, a força necessária para abrir a válvula de esfera em ambientes carregados de detritos é reduzida. Essa força pode ser gerada por vários mecanismos, incluindo mecânicos, hidráulicos, de pressão de gás, elétricos ou de energia gerada no fundo de poço. Vantajosamente, essa redução de força pode ter impactos de longo alcance, incluindo melhorar a confiabilidade de produtos em condições de fundo de poço e permitir o desenvolvimento de válvulas menos caras porque o mecanismo de geração de força na válvula pode ser menos robusto.

[0025] Com referência geralmente à FIG. 1, um exemplo de um sistema de poço genérico 20 é ilustrado como empregando um sistema de válvula de isolamento 22 compreendendo pelo menos uma válvula de isolamento 24. O sistema de poço 20 pode compreender uma completação 26 ou outro equipamento de fundo de poço que é implantado no fundo de poço em um furo de poço 28. A válvula de isolamento 24 pode ser um de uma ampla variedade de componentes incluídos como equipamento de fundo de poço 26. Geralmente, o furo de poço 28 é perfurado em ou através de uma formação 30 que pode conter fluidos desejáveis, tal como fluidos à base de hidrocarbonetos. O furo de poço 28 se estende para baixo de uma localização de superfície 32 abaixo de uma cabeça de poço 34 ou outro equipamento de superfície adequado para a dada aplicação.

[0026] Dependendo da aplicação de poço específica, por exemplo, tal como uma aplicação de canhoneio de poço, o equipamento de completação/poço 26 é entregue no fundo do poço via um transporte adequado 36. No entanto, o transporte 36 e os componentes de completação 26 muitas vezes variam substancialmente. Em muitas aplicações, um ou mais packers 38 são usados para isolar o anular entre o equipamento de fundo de poço 26 e a parede de furo de poço circundante, os quais podem estar na forma de um liner ou revestimento 40. A válvula de isolamento 24 pode ser atuada seletivamente para abrir ou isolar a formação 30 em relação ao fluxo de fluido pela completação 26.

[0027] Com referência à FIG. 2, um exemplo de um sistema de válvula de isolamento tendo uma válvula de esfera na posição fechada, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação é mostrado. Mais ainda, a FIG. 3 é um exemplo do sistema de válvula de isolamento tendo a válvula de esfera na posição aberta, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação. Conforme mostrado na FIG. 2 e FIG. 3, a válvula de isolamento 24 compreende uma esfera 42 que é mantida no lugar por inserções 44, com uma inserção fornecida em cada lado da esfera 42 (apenas uma é visível nesta vista). Conforme ilustrado, a esfera 42 pode ser uma esfera completa montada rotativamente em inserções 44 via munhões de esfera 46 que são recebidas rotativamente em aberturas correspondentes 48 formadas nas inserções. A esfera 42 é, assim, capaz de girar em torno de um eixo fixo 50 e nenhuma translação da esfera 42 é necessária. De acordo com uma ou mais modalidades, o sistema de válvula de isolamento é projetado de modo que a esfera 42 seja capaz de girar em torno do eixo fixo 50 no sentido anti-horário.

[0028] De acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação, a rotação anti- horária da esfera 42 em torno do eixo fixo 50 pode ser realizada por um projeto reverso da válvula de esfera 42. Com referência agora às FIGS. 4A e 4B, por exemplo, no projeto reverso, o furo de passagem 43 da válvula de esfera 42 pode ser orientado a 90° do projeto de base.

[0029] Com referência de novo às FIGS. 2-3, cada inserção 44 é posicionada em um bolsão 52 formado em uma gaiola superior 54 e capturada entre a gaiola superior 54 e uma gaiola inferior 56. A gaiola superior 54 e a gaiola inferior 56 estão contidas dentro de um alojamento de válvula 58 que pode ser geralmente tubular em forma. As inserções 44 prendem a esfera 42 de uma maneira que permita rotação seletiva da esfera via pelo menos um braço 60.

[0030] Uma esfera completa 42 pode geralmente ser configurada como um componente de válvula de formato esférico interceptado por um furo de passagem de formato cilíndrico 43. Essa configuração resulta em duas porções essencialmente simétricas e semiesféricas da esfera 42 sendo respectivamente expostas aos ambientes a montante e a jusante através do eixo fixo 50 quando a esfera 42 está em uma posição fechada. No entanto, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação, a esfera 42 pode assumir qualquer forma ou formato que seja capaz de formar uma vedação. Por exemplo, a esfera 42 pode ter uma forma elíptica ou uma forma cônica. Além disso, a esfera 42 pode ser feita de qualquer material de acordo com uma ou mais modalidades, incluindo metálico, termoplástico, elastomérico, dissolvível ou liga de forma de memória, por exemplo.

[0031] Nas modalidades ilustradas nas FIGS. 2-3, o braço 60 compreende um par de braços de forquilha, cada um tendo uma extremidade de engate 62 e uma extremidade de atuação 64 em porções geralmente opostas do braço 60 (apenas um braço 60 é visível nestas vistas). O braço 60 pode ser movido linearmente em uma direção para longe da esfera 42 (ver seta na FIG. 2) para transicionar a esfera 42 entre uma posição fechada e uma posição de fluxo aberta que permita fluxo de fluido através de um interior de válvula de isolamento 24. Isto é, os braços da forquilha engatam na esfera 42 durante um curso para cima e giram a esfera 42 da posição fechada para a posição aberta. Uma janela 66 pode ser formada na gaiola superior 54 para receber a extremidade de atuação 64 e para limitar movimento da extremidade de atuação 64 de modo a controlar o movimento da esfera 42 entre as posições fechada e aberta. A extremidade de engate 62 é acoplada à esfera 42 em uma posição desviada do eixo de rotação 50 e pode se mover ao longo de uma fenda 68, formada na esfera 42, quando o braço 60 é movido linearmente. A fenda 68 é formada em um padrão desejado para atingir movimento de rotação da esfera 42 entre as posições de fluxo fechada e aberta quando a extremidade de engate 62 é movida ao longo da fenda 68. Em algumas aplicações, o braço 60 pode ser guiado durante movimento por uma fenda de gaiola 69 formada na gaiola superior 54.

[0032] No exemplo ilustrado, o braço de forquilha 60 é fixado a um mandril móvel 70 em sua extremidade de atuação 64. A construção permite que sejam feitos ajustes em relação ao movimento do braço 60 e/ou à fixação do braço 60 ao mandril 70 para compensação de tolerâncias de fabricação. O mandril móvel 70 é simplesmente movido em uma direção linear através do alojamento de válvula 58 para fazer o braço 60 girar a esfera 42 entre as posições aberta e fechada. Por conseguinte, em algumas modalidades, a esfera 42 pode ser atuada articulando a esfera em seus munhões 46 sem translação significativa ou, em alguns casos, qualquer translação da esfera. Em um exemplo específico, o movimento de articulação é causado por movimento linear do braço 60/da extremidade de engate 62 que passa através da fenda 68 na esfera 42 e contata uma face 72 para causar rotação da esfera 42. Este tipo de atuação torna a esfera 42 e os componentes cooperantes menos sensíveis a detritos porque a própria esfera não tem que transladar, mas em vez disso girar no lugar. De acordo com uma ou mais modalidades, a esfera 42 gira apenas em um sentido anti-horário para fazer transição da posição fechada para a posição aberta. Em algumas modalidades, o movimento da esfera 42 da posição fechada para a posição aberta pode incluir uma combinação de rotação em um sentido anti-horário e movimento linear. De fato, como a esfera 42 pode transicionar da posição fechada para a posição aberta movendo componentes internos do mecanismo de atuação para longe da esfera 42, o movimento da esfera 42 pode incluir movimento linear sem ser adversamente afetado pelos detritos circundantes.

[0033] O mandril móvel 70 pode ser construído em uma variedade de configurações para transmitir movimento linear ao braço 60. Em algumas modalidades, o mandril 70 pode compreender um elemento tubular localizado dentro do alojamento de válvula 58 para movimento linear ao longo de um interior da gaiola superior 54. No entanto, o mandril 70 pode ser construído em uma variedade de configurações utilizando hastes, luvas, elementos deslizantes, elementos articulados e outros mecanismos projetados para transmitir o movimento desejado ao braço 60. Adicionalmente, o movimento do mandril 70 pode ser motivado por uma variedade de sistemas de atuação. Por exemplo, o mandril 70 pode ser motivado hidraulicamente via fluido hidráulico fornecido via uma ou mais linhas de controle adequadas. Em outras modalidades, o mandril 70 pode ser motivado mecanicamente por deslocamento da coluna de tubulação ou passagem de uma ferramenta de deslocamento furo abaixo através do transporte 36. No entanto, sistemas acionados por motor, sistemas elétricos e outros tipos de sistemas também podem ser empregados para permitir movimento controlado do mandril 70.

[0034] Com referência agora à FIG. 5, um exemplo de uma seção transversal de um sistema de válvula de isolamento tendo uma válvula de esfera na posição fechada, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação é mostrado. Especificamente, a FIG. 5 mostra detritos 73 empilhados no topo da esfera fechada 42. Adicionalmente, a FIG. 6 é um exemplo de uma seção transversal do sistema de válvula de isolamento tendo uma válvula de esfera na posição aberta, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação. Conforme descrito anteriormente, uma ou mais modalidades da presente divulgação permitem que a válvula de esfera 42 abra movendo os componentes internos para longe da válvula de esfera 42, criando assim espaço para detritos 73 se moverem e aliviarem as forças de atrito na válvula de esfera 42.

[0035] Conforme ainda mostrado nas FIGS. 5 e 6, a esfera 42 é ilustrada como contatada por uma vedação 74 disposta ao longo de uma extremidade da esfera 42. A vedação 74 está contida em um retentor de vedação 76, o que ajuda a manter a vedação 74 em contato com a esfera 42. De acordo com uma ou mais modalidades, o retentor de vedação 76 pode ser desviado contra uma extremidade da esfera 42 devido ao elemento resiliente 53 fornecido dentro de uma cavidade definida pelo retentor de vedação 76 e pela gaiola inferior 56. Em uma ou mais modalidades, o elemento resiliente 53 pode ser uma ou mais molas onduladas ou outro tipo de mola, por exemplo. A colocação do elemento resiliente 53 entre o retentor de vedação 76 e a gaiola inferior 56 permite um diâmetro interno contínuo mais uniforme através da válvula de isolamento 24. Adicionalmente, essa configuração pode contribuir para a tolerância de detritos da válvula de isolamento 24 devido à separação do elemento resiliente 53 da corrente de fluxo geral de uma esfera aberta 42 dentro da válvula de isolamento 24.

[0036] Ainda com referência às FIGS. 5 e 6, um limpador 78 pode ser implantado contra a esfera 42 para limpar a esfera 42 de detritos 73 quando ela é girada e para, desse modo, reduzir a chance de detritos 73 impedirem rotação da esfera 42. No exemplo ilustrado, o limpador 78 é um anel disposto em um lado da esfera 42 geralmente oposto ao retentor de vedação 76. A vedação 74 e o limpador 78 cooperam para facilitar movimento confiável e repetitível da esfera 42 quando o furo de passagem 43 é transicionado entre uma configuração fechada (como ilustrado na FIG. 5) na qual a esfera 42 é girada para bloquear fluxo através de um interior da válvula de isolamento 24 e uma configuração de fluxo aberta (como ilustrado na FIG. 6).

[0037] Conforme mostrado na FIG. 5, de acordo com uma ou mais modalidades da divulgação, um pino de alinhamento 80 ajuda a alinhar o interior da válvula de isolamento em relação à gaiola superior 54. Além disso, o enchimento superior 82 e o enchimento inferior 84 facilitam a conexão entre a esfera 42 e a gaiola superior 54, especialmente durante a rotação da esfera 42 da configuração fechada (como ilustrado na FIG. 5) e da configuração aberta (como ilustrado na FIG. 6. Em uma ou mais modalidades, os enchimentos podem ser usados para "preencher espaço" em torno da válvula de esfera 42, assim detritos 73 não podem acumular nos vazios em torno da válvula de esfera 42.

[0038] Uma ou mais modalidades do sistema de válvula de isolamento da presente divulgação oferece várias vantagens comerciais em relação a sistemas de válvula de isolamento anteriores. Por exemplo, o sistema de válvula de isolamento de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação reduz significativamente a probabilidade de operações de mitigação e recuperação caras (mais de 10 milhões de dólares) devido a falhas de detritos de válvulas de isolamento.

[0039] Além disso, o sistema de válvula de isolamento de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação permite que a engenharia de válvulas de isolamento qualifique válvulas de pressão nominal mais alta. As válvulas com classificação de pressão mais alta devem superar detritos mais compactados. Antes da presente divulgação, a classificação de pressão da barreira era limitada pelo desempenho de detritos da válvula. As classificações de pressão mais altas permitem que válvulas de isolamento entrem no mercado de poços HPHT (alta pressão, alta temperatura).

[0040] Além disso, o sistema de válvula de isolamento de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação melhora a repetibilidade/confiabilidade de válvulas de isolamento em ambientes carregados de detritos. Dados comparativos são ilustrativos desta vantagem chave. Por exemplo, uma válvula de linha de base exigiu duas aplicações de

75.500 libras para abrir a válvula em detritos em um primeiro teste e 63 aplicações de 75.500 libras para abrir a válvula em um segundo teste. Em contraste, no sistema de válvula de isolamento de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação, apenas 3.000 lbs de força foram necessários para abrir a válvula tanto para o primeiro quanto para o segundo testes. O desempenho de detritos é um diferenciador chave no mercado de válvula de isolamento e o desempenho aprimorado pode resultar em vendas aumentadas.

[0041] Além disso, o sistema de válvula de isolamento de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação reduz o custo de produtos de válvula de isolamento. Isto é, uma ou mais modalidades da presente divulgação permitem que a engenharia utilize metais menos caros no projeto porque menos força é necessária para atuar os componentes de esfera.

[0042] Além do acima, o sistema de válvula de isolamento de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação fornece inúmeras vantagens de projeto. Por exemplo, uma ou mais modalidades da presente divulgação reduzem a tensão em todos os componentes envolvidos na atuação da válvula. Consequentemente, menos força é necessária para a atuação da válvula. Isso permite que a engenharia reduza os requisitos da metalurgia (por exemplo, limite de escoamento mínimo), o que pode reduzir custos de matéria-prima e de fabricação. Adicionalmente, componentes poderiam ser reduzidos em tamanho/seção transversal devido à redução em tensão. Isso pode permitir que o projeto geral seja reduzido em tamanho, o que economiza custos de fabricação.

[0043] Além disso, o sistema de válvula de isolamento de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação permite que a engenharia projete válvulas com requisitos de força mais baixos da abertura interna remota ou mecanismos de geração de força mecânica necessários para atuar a válvula. Projetos anteriores mitigam detritos transmitindo uma quantidade esmagadora de força para a seção de esfera. Gerar a força esmagadora requer que componentes complexos, caros e grandes (por exemplo, grandes câmaras de nitrogênio) sejam incorporados ao projeto. Com os requisitos de deslocamento mais baixos de uma ou mais modalidades da presente divulgação, no entanto, esses mecanismos internos de geração de força podem ser simplificados e tornados menores.

[0044] De acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação, o mecanismo de válvula de esfera depende de uma pluralidade de vedações para isolar a pressão acima da esfera da pressão abaixo da esfera. Com referência agora às FIGS. 7-8, um exemplo de um mecanismo de vedação para uma válvula de esfera em um sistema de válvula de isolamento, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação é mostrado. Semelhante às FIGS. 5-6, como descrito anteriormente, o mecanismo de vedação mostrado nas FIGS. 7-8 inclui uma vedação 74 que está contida em um retentor de vedação 76, o que ajuda a manter a vedação 74 em contato com a esfera 42. Conforme ainda mostrado nas FIGS. 7-8, um seguidor de vedação 77 ou pistão flutuante pode ajudar o retentor de vedação 76 a manter a vedação 74 em contato com a esfera 42. Dessa forma, o mecanismo de vedação de acordo com uma ou mais modalidades utiliza o seguidor de vedação 77 para aplicar uma força de reforço ao retentor de vedação 76. Conforme mostrado na FIG. 7, o seguidor de vedação 77 se move contra o retentor de vedação 76 quando há pressão abaixo da esfera 42. Isso gera uma força no retentor de vedação 76.

[0045] Conforme mostrado na FIG. 8, o seguidor de vedação 77 se move para baixo contra o sub inferior 86 quando há pressão acima da esfera 42. O retentor de vedação 76 é empurrado contra a esfera 42 devido a uma área de pistão entre o diâmetro do stinger do retentor de vedação 76 e o diâmetro de vedação de esfera.

[0046] Com referência agora à FIG. 9, um exemplo de um mecanismo de vedação para uma válvula de esfera em um sistema de válvula de isolamento, de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação é mostrado. Conforme mostrado na FIG. 9, o seguidor de vedação 77 mostrado nas FIGS. 7-8 pode ser removido e substituído por uma vedação flutuante 88 de acordo com uma ou mais modalidades. A vedação flutuante 88 é fracamente restringida entre o retentor de vedação 76 e o sub inferior 86. A vedação flutuante 88 funcionará de maneira semelhante ao seguidor de vedação 77 mostrado nas FIGS. 7-8. Por exemplo, além da vedação, a vedação flutuante 88 é projetada para fornecer uma força de reforço no retentor de vedação 76 e na vedação de esfera 74. Vantajosamente, em uma ou mais modalidades, a substituição do seguidor de vedação 77 pela vedação flutuante 88 pode resultar em um aumento em força hidráulica, de modo que um elemento resiliente menor 53 possa ser usado na válvula de isolamento 24. De acordo com uma ou mais modalidades da divulgação, a vedação flutuante 88 se moverá para cima e aplicará uma carga no retentor de vedação 76 quando a pressão estiver abaixo da esfera 42 e a vedação flutuante 88 se moverá para baixo quando a pressão estiver acima da esfera 42. Além da vedação flutuante 88 que é usada para substituir o seguidor de vedação 77, o mecanismo de vedação da FIG. 9 também inclui a vedação 74 disposta ao longo de uma extremidade da esfera 42, semelhante à vedação 74 mostrada nas FIGS. 5-8.

[0047] Vantajosamente, o mecanismo de vedação mostrado na FIG. 9 fornece flexibilidade adicional ao projeto de vedação, de acordo com uma ou mais modalidades da divulgação. Por exemplo, a vedação flutuante 88 que substitui o seguidor de vedação 77 pode ser projetada para ser mais robusta (por exemplo, uma pilha de vedação pode ser usada para fornecer redundância).

[0048] De acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação, a substituição do seguidor de vedação 77 do mecanismo de vedação com a vedação flutuante 88 proporciona inúmeras vantagens de projeto. Por exemplo, o mecanismo de vedação com a vedação flutuante 88 elimina um caminho de vazamento na barreira. Válvulas de isolamento existentes incluem três vedações (isto é, três caminhos de vazamento) na barreira. No entanto, o mecanismo de vedação com a vedação flutuante 88 de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação reduz o número de caminhos de vazamento para dois caminhos de vazamento.

[0049] Além disso, o mecanismo de vedação com a vedação flutuante 88 de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação melhora a confiabilidade da barreira. Isto é, o mecanismo de vedação de acordo com uma ou mais modalidades oferece um mecanismo mais confiável e repetitível para vedar uma válvula de esfera.

[0050] Além disso, o mecanismo de vedação com a vedação flutuante 88 de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação elimina a necessidade de usar vedações elastoméricas. Isto é, em uma ou mais modalidades, as vedações do mecanismo de vedação podem ser feitas de um material não elastomérico, o que pode aumentar significativamente a vida útil e a robustez da barreira.

[0051] Além disso, o mecanismo de vedação com a vedação flutuante 88 de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação pode reduzir o custo da válvula encurtando o comprimento da válvula e removendo componentes da válvula.

[0052] Embora modalidades da presente divulgação tenham sido descritas com respeito às válvulas de isolamento, modalidades da presente divulgação também podem ser usadas em qualquer produto utilizando uma válvula de esfera em um ambiente carregado de detritos.

[0053] Embora algumas modalidades da divulgação tenham sido descritas em detalhes acima, aqueles versados na técnica apreciarão prontamente que muitas modificações são possíveis sem se afastar materialmente dos ensinamentos desta divulgação. Consequentemente, essas modificações se destinam a ser incluídas dentro do escopo desta divulgação, conforme definido nas reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de isolamento de válvula, caracterizado pelo fato de que compreende: uma coluna de poço tendo uma válvula de isolamento, a válvula de isolamento compreendendo: uma esfera montada rotativamente em um par de inserções para rotação em torno de um eixo fixo, a esfera tendo um furo de passagem; um braço acoplado à esfera em uma posição desviada do eixo fixo, o braço tendo uma extremidade de atuação; e um mandril conectado à extremidade de atuação do braço, o mandril e a extremidade de atuação do braço sendo dispostos furo acima da esfera, em que, via a extremidade de atuação do braço, o mandril força rotação da esfera de uma posição fechada para uma posição aberta se movendo em uma direção linear para longe da esfera, o que permite fluxo de fluido ao longo do furo de passagem.

2. Sistema de válvula de isolamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a esfera gira apenas em um sentido anti-horário para fazer transição da posição fechada para a posição aberta.

3. Sistema de válvula de isolamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que movimento da esfera da posição fechada para a posição aberta compreende uma combinação de rotação em um sentido anti-horário e movimento linear.

4. Sistema de válvula de isolamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o movimento do mandril na direção linear para longe da esfera é motivado hidraulicamente.

5. Sistema de válvula de isolamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o movimento do mandril na direção linear para longe da esfera é motivado mecanicamente.

6. Sistema de válvula de isolamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o braço compreende um braço de forquilha tendo uma extremidade de engate que se move através de uma fenda formada na esfera.

7. Sistema de válvula de isolamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada inserção é formada como uma inserção separada retida independentemente em posição em um bolsão correspondente dentro de um alojamento de válvula por uma gaiola superior e uma gaiola inferior, e em que a gaiola superior compreende uma janela que recebe a extremidade de atuação do braço para limitar movimento da extremidade de atuação do braço.

8. Sistema de válvula de isolamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a esfera é feita de um material selecionado do grupo que consiste em: metálico; termoplástico; elastomérico; dissolvível; liga de memória de forma; e uma combinação dos mesmos.

9. Sistema de válvula de isolamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um retentor de vedação tendo uma vedação que é retida contra a esfera.

10. Sistema de válvula de isolamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma vedação flutuante disposta entre o retentor de vedação e um sub inferior da válvula de isolamento.

11. Método para isolar uma formação, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer uma válvula de isolamento com uma esfera tendo um furo de passagem; montar rotativamente a esfera dentro de um par de inserções inseríveis separadamente retidas dentro de um alojamento de válvula para permitir rotação da esfera em torno de um eixo fixo; conectar uma primeira extremidade de um braço à esfera em uma posição desviada do eixo fixo, a primeira extremidade sendo uma extremidade de engate do braço; acoplar uma segunda extremidade do braço a um mandril móvel para permitir deslocamento seletivo da esfera entre posições aberta e fechada por movimento do braço, o mandril e a segunda extremidade do braço sendo dispostos furo acima da esfera; e usar o mandril, via a segunda extremidade do braço, para forçar rotação da esfera da posição fechada para a posição aberta movendo em uma direção linear para longe da esfera, o que permite fluxo de fluido ao longo do furo de passagem da esfera.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a esfera gira apenas em um sentido anti-horário para fazer transição da posição fechada para a posição aberta.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que movimento da esfera da posição fechada para a posição aberta compreende uma combinação de rotação em um sentido anti-horário e movimento linear.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o movimento do mandril na direção linear para longe da esfera é motivado hidraulicamente.

15. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o movimento do mandril na direção linear para longe da esfera é motivado mecanicamente.

16. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a extremidade de engate do braço se move através de uma fenda formada na esfera.

17. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada inserção é independentemente retida em posição em um bolsão correspondente dentro de um alojamento de válvula por uma gaiola superior e uma gaiola inferior, e em que a gaiola superior compreende uma janela que recebe a segunda extremidade do braço para limitar movimento da segunda extremidade do braço.

18. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a esfera é feita de um material selecionado do grupo que consiste em: metálico; termoplástico; elastomérico; dissolvível; liga de memória de forma; e uma combinação dos mesmos.

19. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a válvula de isolamento compreende ainda um retentor de vedação tendo uma vedação que é retida contra a esfera.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a válvula de isolamento compreende ainda uma vedação flutuante disposta entre o retentor de vedação e um sub inferior da válvula de isolamento, a vedação flutuante configurada para fornecer uma força reforçadora no retentor de vedação e na vedação retida contra a esfera.