BRPI0713812A2 - unidade de empanque para um preventor de explosões, método de projeto de uma unidade de empanque para um preventor de explosões e preventor de explosões - Google Patents

Abstract

UNIDADE DE EMPANQUE PARA UM PREVENTOR DE EXPLOSõES, MéTODO DE PROJETO DE UMA UNIDADE DE EMPANQUE PARA UM PREVENTOR DE EXPLOSõES E PREVENTOR DE EXPLOSõES. Uma unidadae de empanque (105) para um preventor de explosões inclui um corpo anular elastomérico (505) configurado para disposição em volta de um eixo longitudinal (103) do preventor de explosões e configurado para que seja deslocado radialmente par dentro em direção ao eixo longitudinal mediante acionamento do preventor de explosões. O corpo anular elastomérico inclui uma primeira seção (407) que possui um primeiro conjunto de propriedades de material e uma segunda seção (509) que possui um segundo conjunto de propriedades de material. A unidade de empanque inclui uam série de insertos rígidos (109) distribuídos em distâncias radiais iguais entre si dentro do corpo anular elastomérico (505) e em volta do eixo longitudinal (103) do preventor de explosões

Description

"UNIDADE DE EMPANQUE PARA UM PREVENTOR DE EXPLOSÕES, MÉTODO DE PROJETO DE UMA UNIDADE DE EMPANQUE PARA UM PREVENTOR DE EXPLOSÕES E PREVENTOR DE EXPLOSÕES" Referência a Pedidos Relacionados

O presente pedido reivindica o benefício dos pedidos provisórios a seguir, com base em 35 U. S. C. 119 (e): Pedido de Patente Provisório Norte americano com número de série 60/820.723, depositado em 28 de julho de .2006; Pedido de Patente Provisório Norte americano com número de série .60/847.760, depositado em 28 de setembro de 2006; Pedido de Patente Provisório Norte americano com número de série 60/862.392, depositado em vinte de outubro de 2006; e Pedido de Patente Provisório Norte americano com número de série 60/912.809, depositado em dezenove de abril de 2007, todos os quais são integralmente incorporados ao presente como referência.

Campo da Invenção As realizações descritas no presente referem-se, de forma geral, a preventores de explosões utilizados na indústria de petróleo e gás. Especificamente, as realizações selecionadas referem-se a uma unidade de empanque aprimorada para uso em um preventor de explosões do tipo anular.

Antecedentes da Invenção O controle de poços é um aspecto importante da exploração de petróleo e gás. Ao perfurar um poço, por exemplo, em aplicações de exploração de petróleo e gás, dispositivos de segurança devem ser colocados no lugar para evitar lesões aos trabalhadores e danos aos equipamentos resultantes de eventos inesperados associados às atividades de perfuração.

A perfuração de poços em exploração de petróleo e gás envolve a penetração de uma série de substratos geológicos subterrâneos, ou "camadas". Ocasionalmente, o orifício de um poço penetrará em uma camada que possui uma pressão de formação substancialmente mais alta que a pressão mantida no orifício do poço. Quando isso ocorre, afirma-se que o poço "levou um chute". O aumento da pressão associado ao chute geralmente é produzido por um fluxo de entrada de fluidos de formação (que podem ser um líquido, gás ou sua combinação) no orifício do poço. O chute sob pressão relativamente alta tende a propagar-se a partir de um ponto de entrada no orifício superior do poço (de uma região em alta pressão para uma região sob baixa pressão). Caso se permita que o chute atinja a superfície, fluido de perfuração, ferramentas do poço e outras estruturas de perfuração podem explodir para fora do orifício do poço. Estas "explosões" podem resultar na destruição catastrófica do equipamento de perfuração (incluindo, por exemplo, a armação de perfuração) e lesões substanciais ou morte do pessoal da armação.

Devido ao risco de explosões, preventores de explosão ("BOP - Blowout Preventer") são tipicamente instalados na superfície ou no fundo do mar em disposições de perfuração em águas profundas para vedar efetivamente um orifício de poço até que possam ser tomadas medidas ativas para controlar o chute. BOPs podem ser ativados de tal forma que os chutes sejam adequadamente controlados e "circulados para fora" do sistema. Existem vários tipos de BOPs, dos quais um tipo comum é um preventor de explosões anular.

BOPs anulares compreendem tipicamente "unidades de empanque" elastoméricas anulares que podem ser ativadas para encapsular canos de perfuração e ferramentas de poços para vedar completamente o perímetro de um orifício de poço. Em situações em que nenhum tubo de perfuração ou ferramenta de poço encontra-se no interior do orifício da unidade de empanque, a unidade de empanque pode ser comprimida até o ponto em que o orifício é totalmente fechado, agindo como uma válvula sobre o orifício de poço. Tipicamente, são utilizadas unidades de empanque no caso de vedação em volta de um tubo de perfuração, em que a unidade de empanque pode ser rapidamente comprimida, seja manualmente ou por máquina, para efetuar a vedação em volta do tubo para evitar a explosão do poço.

Um exemplo de BOP anular que possui uma unidade de empanque é descrito na Patente Norte americana n° 2.609.836 ("Knox") e integralmente incorporado ao presente como referência, o cessionário da presente invenção. A unidade de empanque inclui uma série de insertos metálicos embutidos em um corpo elastomérico. Os insertos metálicos são tipicamente distâncias radiais iguais espaçadas entre si em volta de um eixo longitudinal da unidade de empanque. Os insertos fornecem suporte estrutural para o corpo elastomérico quando a unidade de empanque for comprimida radialmente para vedação contra a pressão do poço. Mediante compressão da unidade de empanque em volta de um tubo de perfuração, ou sobre si própria, para vedação contra a pressão do orifício do poço, o corpo elastomérico é comprimido radialmente para dentro, causando também o movimento radial para dentro dos insertos metálicos.

A Figura 1A é um exemplo de um BOP anular do estado da técnica 101 que inclui um abrigo 102. O BOP anular 101 possui um orifício 120 que se estende através dele e é disposto em volta de um eixo longitudinal 103. Uma unidade de empanque 105 é disposta no interior do BOP anular 101 em volta do eixo longitudinal 103. A unidade de empanque 105 inclui um corpo anular elastomérico 107 e uma série de insertos metálicos 109. Os insertos metálicos 109 são dispostos no interior do corpo anular elastomérico 107 da unidade de empanque 105 e distribuídos em distâncias radiais iguais entre si em volta do eixo longitudinal 103. A unidade de empanque 105 inclui um orifício 111 concêntrico ao orifício 120 do BOP 101.

O BOP anular 101 é acionado por fluido bombeado para o interior da abertura 113 de uma câmara de pistão 112. O fluido aplica pressão a um pistão 117, que move o pistão 117 para cima. À medida que o pistão 117 move-se para cima, o pistão 117 traduz força para a unidade de empanque 105 através de uma face de cunha 118. A força traduzida para a unidade de empanque 105 da face de cunha 118 é dirigida para cima, em direção a uma cabeça removível 119 do BOP anular 101 e para dentro em direção ao eixo longitudinal 103 do BOP anular 101. Como a unidade de empanque 105 é retida contra a cabeça removível 119 do BOP anular 101, a unidade de empanque 105 não se desloca para cima da força traduzida para a unidade de empanque 105 pelo pistão 117. A unidade de empanque 115 desloca-se para cima, entretanto, da força traduzida, que comprime a unidade de empanque 105 em direção ao eixo longitudinal 103 do BOP anular 101. Caso um tubo de perfuração esteja posicionado ao longo do eixo longitudinal 103, com compressão radial suficiente, a unidade de empanque 105 vedará em volta do tubo de perfuração em uma "posição fechada". A posição fechada é exibida na Figura 2B. Caso um tubo de perfuração não esteja presente, a unidade de empanque 105, com compressão radial suficiente, vedará completamente o orifício 111.

O BOP anular 101 passa por um movimento reverso análogo quando o fluido é bombeado para a abertura 115 da câmara de pistão 112, em vez da abertura 113. O fluido traduz força para baixo ao pistão 117, de tal forma que a face de cunha 118 do pistão 117 permite a rápida expansão da unidade de empanque 105 para uma "posição aberta". A posição aberta é exibida na Figura 2A. Além disso, a cabeça removível 119 do BOP anular 101 permite acesso à unidade de empanque 105, de tal forma que a unidade de empanque 105 possa ser reparada ou alterada, se necessário.

Um exemplo da unidade de empanque do estado da técnica 105 utilizado em um BOP anular 101 é exibido na Figura 1B. Como acima, a unidade de empanque 105 inclui um corpo anular elastomérico 107 e uma série de insertos metálicos 109. Os insertos metálicos 109 são distribuídos em distâncias radiais iguais entre si no corpo anular elastomérico 107 da unidade de empanque 105. A unidade de empanque 105 inclui um orifício 111. A Figura 1C exibe um exemplo do inserto metálico do estado da técnica 109, em que o inserto metálico pode ser disposto no interior do corpo anular elastomérico 107 da unidade de empanque 105.

A Figura 2A exibe um exemplo da unidade de empanque do estado da técnica 105 na posição aberta, em que a unidade de empanque 105 é disposta no interior de um BOP anular. Como anteriormente, a unidade de empanque 105 inclui um corpo anular elastomérico 107 e uma série de insertos metálicos 109. Os insertos metálicos 109 são distribuídos em distâncias radiais iguais entre si no corpo anular elastomérico 107 da unidade de empanque 105. A unidade de empanque 105 inclui um orifício 111. Além disso, um tubo de perfuração 301 está localizado ao Iongodo eixo longitudinal 103 do BOP anular. Na posição aberta, a unidade de empanque 105 não se comprime para vedação em volta do tubo de perfuração 301. É formado, portanto, um espaço entre o corpo anular elastomérico 107 da unidade de empanque 105 e o tubo de perfuração 301. A posição aberta de um BOP anular destina-se a permitir a passagem de pressão através do BOP anular.

A Figura 2B exibe um exemplo da posição fechada da unidade de empanque 105. Na posição fechada, o corpo anular elastomérico 107 é comprimido para vedação em volta do tubo de perfuração 301, de forma a não permitir a passagem da pressão através do BOP anular. Caso a unidade de empanque 105 esteja vedando a partir de uma explosão, o BOP pode vedar contra a pressão do orifício do poço a partir da explosão que vem de baixo.

A Figura 3 é um exemplo de BOP esférico do estado da técnica 301 disposto em volta de um eixo longitudinal 103. A Figura 3 é retirada da Patente Norte americana n° 3.667.721 (emitida para Vijasinovic e integralmente incorporada como referência). O BOP esférico 301 inclui um abrigo inferior 303 e um abrigo superior 304 fixados de forma liberável entre si por uma série de parafusos 311. Tipicamente, os membros de abrigo 303 e 304 possuem uma superfície interna semi-esférica curva. Uma unidade de empanque 305 é disposta no interior do BOP esférico 301 em volta do eixo longitudinal 103. A unidade de empanque 305 inclui um corpo anular elastomérico curvo 304 e insertos metálicos curvos 309 que correspondem à superfície interna semi- esférica curva dos membros de abrigo 303 e 304. Os insertos metálicos 309 são distribuídos em seguida em distâncias radiais iguais entre si no interior do corpo anular elastomérico curvo 307. O BOP esférico 301 pode ser acionado por fluido, de forma similar ao BOP anular 101 da Figura 1A, conforme descrito acima.

O aumento da demanda por contenção sob pressão mais alta e longevidade torna desejáveis aprimoramentos contínuos de unidades de empanque.

Descrição Resumida da Invenção

Em um aspecto, realizações descritas no presente referem-se a uma unidade de empanque para um preventor de explosões. A unidade de empanque compreende um corpo anular elastomérico configurado para disposição em volta de um eixo longitudinal do preventor de explosões e configurado para deslocamento para dentro em direção ao eixo longitudinal mediante acionamento do preventor de explosões. O corpo anular elastomérico compreende uma primeira seção que possui um primeiro conjunto de propriedades de material e uma segunda seção que possui um segundo conjunto de propriedades de material. A unidade de empanque compreende ainda uma série de insertos rígidos distribuídos em distâncias radiais iguais entre si no interior do corpo anular elastomérico e em volta do eixo longitudinal do preventor de explosões. Em um outro aspecto, as realizações descritas no presente referem-se a um método de projeto de uma unidade de empanque para um preventor de explosões. O método compreende a determinação de um estado de estiramento de um corpo anular elastomérico em que o corpo anular elastomérico é deslocado para dentro em direção a um eixo longitudinal mediante acionamento do preventor de explosões e identificação de uma primeira seção e uma segunda seção com base no estado de estiramento do corpo anular elastomérico. O método compreende ainda a seleção de um primeiro conjunto de propriedades de material para a primeira seção com base no estado de estiramento do corpo anular elastomérico e seleção de um segundo conjunto de propriedades de material para a segunda seção com base no estado de estiramento do corpo anular elastomérico.

Em um outro aspecto, as realizações descritas no presente referem-se a um preventor de explosões que compreende um abrigo, uma câmara de pistão formada no abrigo, um pistão disposto no interior da câmara de pistão e uma unidade de empanque disposta no preventor de explosões. A unidade de empanque compreende um corpo anular elastomérico, em que o corpo anular elastomérico compreende uma primeira seção que possui um primeiro conjunto de propriedades de material e uma segunda seção que possui um segundo conjunto de propriedades de material. Mediante acionamento do pistão, a unidade de empanque é deslocada radialmente para dentro.

Outros aspectos e vantagens da presente invenção serão evidentes a partir da descrição a seguir e das reivindicações anexas. Breve Descrição das Figuras

A Figura 1A é uma vista de corte de um preventor de explosões anular.

A Figura 1B é uma vista de corte de uma unidade de empanque de preventor de explosões anular.

A Figura 1C é uma vista isométrica de um inserto do estado da técnica.

A Figura 2A é uma vista em seção transversal de uma unidade de empanque de preventor de explosões anular do estado da técnica na posição aberta.

A Figura 2B é uma vista em seção transversal de uma unidade de empanque de preventor de explosões anular do estado da técnica na posição fechada.

A Figura 3 é uma vista em seção transversal de um preventor de explosões esférico do estado da técnica.

A Figura 4 é uma vista em seção transversal do estado de estiramento de uma unidade de empanque de preventor de explosões anular na posição fechada de acordo com realizações do presente relatório descritivo.

A Figura 5 é uma vista em seção transversal de uma unidade de empanque de preventor de explosões anular de acordo com realizações do presente relatório descritivo.

A Figura 6 é uma vista em seção transversal de uma unidade de empanque de preventor de explosões anular de acordo com realizações do presente relatório descritivo.

Descrição Detalhada da Invenção

Em uma disposição de BOP anular típica, a compressão da unidade de empanque da posição aberta para a posição fechada cria tensão significativa no interior do corpo elastomérico. As tensões radiais atribuídas à compressão da unidade de empanque com o BOP são distribuídas em volta do corpo elastomérico. Além disso, na posição fechada, a pressão do orifício de poço pode exercer uma força para cima sobre o corpo elastomérico, o que resulta em tensão adicional no interior do corpo elastomérico na seção estirada e estendida do corpo elastomérico. Isso significa que, em certas seções do corpo elastomérico, existem forças significativas que atuam sobre a unidade de empanque em duas direções, radialmente para dentro e axialmente para cima.

Quando um elemento é tensionado, o elemento sofrerá estiramento, ou alongamento, para acomodar a tensão. Quanto mais tensão exercida sobre um elemento, mais estiramento o elemento sofrerá. Algumas das características principais de materiais visco-elásticos (tais como o corpo elastomérico de uma unidade de empanque) incluem: caso uma tensão aplicada seja mantida constante, a tensão no interior do material aumenta com o tempo (indicada como deslizamento) e, por outro lado, caso o estiramento seja mantido constante, a tensão no interior do material cai com o tempo (indicada como relaxamento); e estiramento mais alto e temperaturas mais baixas geram aumento da resistência de rendimento e módulo de elasticidade e redução do alongamento do material.

O módulo de elasticidade é a medida da velocidade de alteração entre tensão e estiramento que pode ser descrita como a tendência de um material à deformação ao aplicar-se força ao material. Um material com alto módulo de elasticidade sofrerá menos estiramento que um material com baixo módulo de elasticidade quando submetido à mesma tensão. No caso da unidade de empanque, à medida que a unidade de empanque é tensionada, ela se estirará para acomodar a tensão, de tal forma que a unidade de empanque será esticada e se estenderá em volta do tubo de perfuração. O estiramento é exercido em seguida em padrões variáveis ao longo da unidade de empanque. A quantidade maior de estiramento ocorre na seção da unidade de empanque que veda a pressão do orifício do poço. A quantidade menor de estiramento ocorre na seção do corpo elastomérico que é fisicamente restrita no interior do BOP anular.

O alongamento de um material refere-se à alteração percentual do comprimento de um material. A quantidade máxima de estiramento por tensão a que um material pode ser submetido ou alongar-se antes da falha (tal como rasgo, quebra ou rompimento) do material é denominada alongamento na quebra. Um material pode possuir um módulo de elasticidade alto ou baixo, mas com baixo alongamento na quebra, o material falhará sem sofrer muito estiramento.

A resistência à tensão de um material é a quantidade máxima de tensão a que um material pode ser submetido antes da falha. À medida que a tensão é criada no material, ele se estirará para acomodar a tensão. O ponto em que começa a ocorrer a deformação plástica é denominado resistência de rendimento. Como a tensão é excessiva para o material, ele não poderá mais estirar-se para acomodar a tensão e o material falhará. O nível de tensão no ponto de falha do material é conhecido como a resistência à tensão ou resistência final.

Além disso, caso se aplique carga cíclica a um material elastomérico, pode ocorrer histerese (um atraso de fase), o que gera dissipação de energia mecânica. Pode ocorrer histerese, em um caso, quando houver amolecimento induzido por tensão. Este pode ser descrito como um amolecimento instantâneo e irreversível de um material que ocorre quando uma carga aplicada aumenta além de qualquer valor máximo anterior, resultando em uma alteração da curva de tensão-estiramento do material. Acredita-se que este amolecimento induzido por tensão, que pode também ser denominado efeito Mullin, seja ao menos parcialmente atribuído ao rompimento microscópico de ligações em um material. Isso enfraquece o material durante uma deformação inicial, de forma que o material, por sua vez, seja mais fraco em deformações subseqüentes do material.

A Figura 4 exibe o estado de estiramento da unidade de empanque 105 na posição fechada de acordo com realizações do presente relatório descritivo. O corpo anular elastomérico 107 da unidade de empanque 105 é submetido a uma série de estiramentos na posição fechada, de tal forma que os estiramentos variem de faixa entre estiramentos muito altos e estiramentos relativamente baixos. Uma seção com alto estiramento 405 encontra-se na posição mais baixa do corpo anular elastomérico 107 em volta do tubo de perfuração 301. Uma seção de estiramento médio 403 rodeia a seção de alto estiramento 405. Além disso, uma seção de baixo estiramento 401 repousa acima da seção de estiramento médio 403. A disposição da seção de alto estiramento 405, a seção de estiramento médio 403 e a seção de baixo estiramento 401 podem ser claramente observadas na Figura 4. A seção de alto estiramento 405 do corpo anular elastomérico 107 é a parte do corpo anular elastomérico 107 que cria mais eficientemente uma vedação sob pressão em volta do tubo de perfuração 301 na posição fechada da unidade de empanque 105. A seção de baixo estiramento 401 passa pela menor quantidade de estiramento do corpo anular elastomérico 107 devido à restrição física da seção de baixo estiramento 401 no interior do BOP anular.

Esses altos estiramentos podem causar fadiga e enfraquecimento no corpo elastomérico, especialmente após fechamentos repetidos da unidade de empanque, o que limita a quantidade de fechamentos e a vida útil da unidade de empanque. O estiramento que age em mais de uma direção pode contribuir adicionalmente para a deterioração e ruptura da unidade de empanque, tal como o estiramento de compressão da unidade de empanque e o estiramento a partir da pressão do orifício do poço abaixo da unidade de empanque.

As realizações descritas no presente fornecem uma unidade de empanque em que grandes quantidades de estiramento podem ser acomodadas no interior da unidade de empanque por meio de variação das propriedades de material entre seções da unidade de empanque. As propriedades de material de cada seção podem ser selecionadas de acordo com a tensão e o estiramento antecipados a serem sofridos pela seção durante a operação.

A Figura 5 é uma vista em seção transversal de uma unidade de empanque 105 de acordo com realizações do presente relatório descritivo. A unidade de empanque 105 está disposta no interior de um BOP anular, de tal forma que a unidade de empanque 105 fique assentada contra um pistão 117 do BOP anular. A unidade de empanque 105 inclui um corpo anular elastomérico 505, uma série de insertos metálicos 109 e um orifício 111. Geralmente, os insertos metálicos 109 são distribuídos em distâncias radiais iguais entre si no interior do corpo anular elastomérico 505 em volta do orifício 111. Desta forma, partes iguais do corpo anular elastomérico 505 podem estar dispostas entre os insertos metálicos 109. Conforme exibido, o corpo anular elastomérico 505 inclui uma primeira seção 507 e uma segunda seção 509, de tal forma que a primeira seção 507 esteja localizada acima da segunda seção 509. A primeira seção 507 é fabricada com um primeiro composto elastomérico e a segunda seção 509 é fabricada com um segundo composto elastomérico. O primeiro composto elastomérico e o segundo composto elastomérico possuem diferentes propriedades de material.

Dentre as diferentes propriedades de material dos compostos elastoméricos, o primeiro composto elastomérico pode possuir um módulo de elasticidade mais alto que o segundo composto elastomérico. O primeiro material elastomérico, com um módulo de elasticidade mais alto, sofrerá menos estiramento que o segundo composto elastomérico quando os compostos forem submetidos à mesma força ou tensão. Quando estirada na posição fechada, a segunda seção 509 da unidade de empanque 1 05 tipicamente experimenta mais tensão que a primeira seção 507. Portanto, a segunda seção 509, fabricada com o segundo composto elastomérico, pode ser equipada com um módulo de elasticidade mais baixa que a primeira seção 507, a fim de acomodar o estiramento mais alto.

O primeiro composto elastomérico pode também possuir um alongamento na quebra mais baixo que o segundo composto elastomérico.

Como a primeira seção 507 não sofre tanta tensão quanto à segunda seção 509, o primeiro composto elastomérico da primeira seção 507 não necessita alongar-se tanto quanto o segundo composto elastomérico da segunda seção 509. O alongamento do primeiro composto elastomérico pode ser, portanto, mais baixo que o segundo composto elastomérico.

Além disso, o primeiro composto elastomérico pode também possuir uma resistência à tensão mais alta que o segundo composto elastomérico. Conforme discutido acima, à medida que se exerce tensão sobre o material, ele se estirará para acomodar a tensão e a quantidade máxima de tensão a que um material pode ser submetido antes da falha é a resistência à tensão. O primeiro composto elastomérico pode, portanto, possuir uma resistência à tensão mais alta que o segundo composto elastomérico para acomodar a tensão com as quantidades menores de tensão a que a primeira seção é submetida.

Além disso, o primeiro composto elastomérico pode possuir um durômetro mais baixo que o segundo composto elastomérico. Durômetro designa a dureza medida ou resistência a denteamento permanente de um material, que é medida como uma profundidade do denteamento de um material criado por uma dada força sobre um pé de pressão padronizado. A profundidade de denteamento depende da dureza do material, suas propriedades visco-elásticas, incluindo as descritas acima, a forma do pé de pressão e a duração do teste. Desta forma, ao variar-se qualquer das propriedades visco-elásticas de um composto elastomérico específico, o durômetro pode também ser afetado. Assim, como a segunda seção 509 da unidade de empanque 105 tipicamente experimenta mais tensão que a primeira seção 507, a segunda seção 509, elaborada com o segundo composto elastomérico, pode possuir um durômetro mais alto que a primeira seção 507, a fim de acomodar a tensão mais alta e resistir a denteamento permanente.

A Figura 6 é uma vista em seção transversal de uma unidade de empanque 105 de acordo com realizações da presente invenção. A unidade de empanque 105 está disposta no interior de um BOP anular, de tal forma que a unidade de empanque 105 seja assentada contra um pistão 117 do BOP anular. A unidade de empanque 105 inclui um corpo anular elastomérico 605, uma série de insertos metálicos 109 e um orifício 111. Os insertos metálicos 109 podem ser distribuídos em distâncias radiais iguais entre si no interior do corpo anular elastomérico 605 em volta do orifício 111. O corpo anular elastomérico 605 inclui uma primeira seção 607, uma segunda seção 609 e uma terceira seção 611. A primeira seção 607 está localizada acima da segunda seção 609 e a terceira seção 611 está localizada entre a primeira seção 607 e a segunda seção 609. A primeira seção 607 é elaborada com um primeiro composto elastomérico, a segunda seção 609 é elaborada com um segundo composto elastomérico e a terceira seção 611 é elaborada com um terceiro composto elastomérico. O primeiro composto elastomérico, o segundo composto elastomérico e o terceiro composto elastomérico possuem diferentes propriedades de material.

De forma similar à realização exibida na Figura 5, o primeiro composto elastomérico pode possuir um módulo de elasticidade e resistência à tensão mais altas e um alongamento e durômetro mais baixos que o segundo composto elastomérico. O terceiro composto elastomérico pode variar de propriedades materiais em seguida, de tal forma que o terceiro composto elastomérico possa possuir propriedades que variam de similares ao primeiro composto elastomérico até as do segundo composto elastomérico. Com propriedades de material similares às do primeiro composto elastomérico, a terceira seção 611 não se estiraria tanto quanto o segundo composto elastomérico da segunda seção 609. A terceira seção 611, portanto, dirigiria estiramento para a segunda seção 609 da unidade de empanque. Com propriedades de material similares às do segundo composto elastomérico, em vez de dirigir estiramento para a segunda seção 609, a terceira seção 611 absorveria o estiramento, liberando parte do estiramento da segunda seção 609. Os técnicos comuns no assunto apreciarão, entretanto, que as propriedades de material utilizadas para o terceiro composto elastomérico podem variar sem abandonar o escopo da presente invenção.

A localização e a quantidade das seções no interior da unidade de empanque podem variar e ser dispostas em muitos padrões diferentes para diferentes aplicações e necessidades. A realização exibida na Figura 6 pode ser disposta, por exemplo, com mais de três seções. Uma realização de quatro seções, cinco seções e mais, elaborada com uma série de compostos elastoméricos, poderá ser facilmente exibida sem abandonar o escopo da presente invenção. Além disso, a presente invenção incluiria disposições em que a primeira seção do corpo anular elastomérico alinhar-se-ia verticalmente em volta do tubo de perfuração e todas as seções subseqüentes do corpo anular elastomérico estender-se-iam radialmente para fora da primeira seção. Os técnicos comuns no assunto apreciarão que as seções da unidade de empanque podem ser reposicionadas em diferentes áreas, volumes ou locais, com base em restrições de projeto, sem abandonar o escopo da presente invenção. Da mesma forma, os técnicos comuns no assunto apreciarão que a quantidade de seções no interior da unidade de empanque pode variar, começando com pelo menos duas seções, sem abandonar o escopo da presente invenção.

Em uma outra realização do presente relatório descritivo, as seções do corpo anular elastomérico da unidade de empanque podem ser elaboradas com o mesmo composto elastomérico, apenas com uma variação no processo de fabricação. Dois ou mais compostos elastoméricos podem ser quimicamente idênticos, por exemplo, mas os compostos elastoméricos podem ser moídos para que apresentem propriedades de material diferentes. Um dos compostos elastoméricos pode ser moído para que seja substancialmente isotrópico, de tal forma que o composto elastomérico exiba as mesmas propriedades de material, independentemente da direção do composto elastomérico em que é testado. Em seguida, um outro composto elastomérico pode ser moído para que seja substancialmente anisotrópico, de tal forma que o composto elastomérico possua uma direção de fluxo e o composto elastomérico exibirá diferentes propriedades de material para as diferentes direções em que o composto elastomérico é testado. As seções da unidade de empanque podem ser formadas a partir de uma variação dos dois compostos elastoméricos moídos de forma diferente ou apenas a partir do composto de borracha elastomérica anisotrópica, de tal forma que a direção de fluxo do composto elastomérico varie ao longo da unidade de empanque.

Todas as realizações do presente relatório descritivo demonstraram, até o momento, que a unidade de empanque inclui pelo menos duas seções com uma separação detectável entre as seções. Em uma outra realização, as seções do corpo anular elastomérico da unidade de empanque podem ser moldadas juntas para formar uma massa monolítica, sem separação detectável entre as seções. A "costura" entre as seções não seria mais detectável. No seu lugar, ocorreria uma transição suave de uma seção para outra. As seções da unidade de empanque forneceriam em seguida um gradiente contínuo suave de propriedades de material, em vez de separação de propriedades ao longo das costuras da unidade de empanque.

Além disso, em uma outra realização, todas as realizações da presente invenção até o momento consideraram que o tamanho e o formato relativos dos insertos metálicos são substancialmente idênticos. Isso significa que a série de insertos metálicos distribuídos e dispostos no interior do corpo anular elastomérico das unidades de empanque descritas no presente possui um tamanho e formato consistente entre si. Em uma outra realização, entretanto, insertos metálicos maiores com forma de feixe I, conforme exibido na Figura 1C, podem ser alternados, por exemplo, com insertos metálicos menores com forma de T. Desta forma, a presente invenção não se limita aos insertos metálicos que permanecem com substancialmente o mesmo tamanho e formato em volta do corpo anular elastomérico da unidade de empanque.

Além disso, em uma outra realização, a unidade de empanque pode ser utilizada em um BOP esférico, além de um BOP anular. Todas as realizações descritas até o momento foram demonstradas para uso no interior de um BOP anular. Realizações da presente invenção podem também ser utilizadas, entretanto, em um BOP esférico, conforme exibido na Figura 3, Desta forma, a presente invenção não é limitada apenas a uso em um BOP anular.

As realizações descritas no presente podem possuir uma ou mais das vantagens a seguir. Uma unidade de empanque de acordo com realizações descritas no presente pode ser fabricada mais adequadamente para acomodar os vários níveis de estiramento que ocorrem em uma área ou volume específico de uma unidade de empanque. Em um exemplo, necessidades da indústria, tais como API 16A/ISO 13533: 2001, podem ser utilizadas como critério específico para comparar e certificar um modelo de vedação. Particularmente, API 16A, Capítulo 5.7.2 refere-se a um "teste de fechamento" para preventores de explosões do tipo aríete, enquanto API 16A, Capítulo 5.7.3 refere-se a um teste de fechamento para preventores de explosões do tipo anular. Com base em API 16A e ISO 13533: 2001, uma unidade de empanque pode necessitar passar por seis fechamentos em volta do tubo de perfuração e, em um sétimo fechamento, ser capaz de vedar efetivamente contra pressão de cerca de 1,4 a 2,1 MPa. Essa unidade de empanque teria maior vida útil, o que é uma vantagem econômica considerável.

As realizações descritas no presente podem também ser projetadas para substituir unidades de empanque existentes em BOPs anulares existentes. Um BOP similar ao exibido na Figura 1A e/ou Figura 3, por exemplo, pode possuir a cabeça removível ou abrigo removível destacado.

Uma unidade de empanque de acordo com realizações descritas no presente pode ser inst alada em seguida para substituir uma unidade de empanque existente disposta no interior do BOP. Embora essa realização possa necessitar de modificação do BOP, podem ser atingidas economias significativas por meio de reutilização de componentes. Em algumas realizações, a presente invenção pode também substituir unidades de empanque do estado da técnica sem modificação do BOP.

Embora a presente invenção tenha sido descrita com relação a uma quantidade limitada de realizações, os técnicos no assunto, de posse do benefício do presente relatório descritivo, apreciarão que podem ser idealizadas outras realizações que não abandonam o escopo da presente invenção, conforme descrito no presente. Conseqüentemente, o escopo da presente invenção deverá ser limitado apenas pelas reivindicações anexas.

Claims (26)

1. UNIDADE DE EMPANQUE (105) PARA UM PREVENTOR DE EXPLOSÕES, que compreende: um corpo anular elastomérico (505) configurado para disposição em volta de um eixo longitudinal (103) do preventor de explosões e configurado para deslocamento para dentro em direção ao eixo longitudinal mediante acionamento do preventor de explosões; caracterizada pelo fato de que o corpo anular elastomérico (505) compreende uma primeira seção (507) que possui um primeiro conjunto de propriedades de material e uma segunda seção (509) que possui um segundo conjunto de propriedades de material; e uma série de insertos rígidos (109) distribuídos em distâncias radiais iguais entre si no interior do corpo anular elastomérico e em volta do eixo longitudinal do preventor de explosões.

2. UNIDADE DE EMPANQUE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira seção é (507) elaborada com um primeiro composto elastomérico e a segunda seção (509) é elaborada com um segundo composto elastomérico.

3. UNIDADE DE EMPANQUE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira seção possui (507) um módulo de elasticidade mais alto que a segunda seção (509).

4. UNIDADE DE EMPANQUE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira seção (507) possui um alongamento mais baixo que a segunda seção (509).

5. UNIDADE DE EMPANQUE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira seção (507) possui resistência à tensão mais alta que a segunda seção (509).

6. UNIDADE DE EMPANQUE, de acordo com a reivindicação -1, caracterizada pelo fato de que a primeira seção (507) possui um durômetro inferior ao da segunda seção (509).

7. UNIDADE DE EMPANQUE, de acordo com a reivindicação -1, caracterizada pelo fato de que a primeira seção (507) está localizada acima da segunda seção (509).

8. UNIDADE DE EMPANQUE, de acordo com a reivindicação -1, caracterizada pelo fato de que a primeira seção (507) e a segunda seção (509) são combinadas para fornecer uma transição do primeiro conjunto de propriedades de material para o segundo conjunto de propriedades de material.

9. UNIDADE DE EMPANQUE, de acordo com a reivindicação -1, caracterizada pelo fato de que o corpo anular (505) compreende adicionalmente uma terceira seção (611) que possui um terceiro conjunto de propriedades de material.

10. UNIDADE DE EMPANQUE, de acordo com a reivindicação -1, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente uma série de insertos metálicos (109) distribuídos no corpo anular (505) em volta do eixo longitudinal (103).

11. UNIDADE DE EMPANQUE, de acordo com a reivindicação -1, caracterizada pelo fato de que o preventor de explosões é um dentre um preventor de explosões anular e um preventor de explosões esférico.

12. MÉTODO DE PROJETO DE UMA UNIDADE DE EMPANQUE PARA UM PREVENTOR DE EXPLOSÕES, caracterizado por compreender as etapas de: - determinação de um estado de estiramento de um corpo anular elastomérico, em que o corpo anular elastomérico é deslocado para dentro em direção a um eixo longitudinal mediante acionamento do preventor de explosões; - identificação de uma primeira seção e uma segunda seção com base no estado de estiramento do corpo anular elastomérico; - seleção de um primeiro conjunto de propriedades de material para a primeira seção com base no estado de estiramento do corpo anular elastomérico; e - seleção de um segundo conjunto de propriedades de material para a segunda seção com base no estado de estiramento do corpo anular elastomérico.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender adicionalmente: - seleção de um primeiro composto elastomérico para a primeira seção com base no primeiro conjunto de propriedades de material; e -seleção de um segundo composto elastomérico para a segunda seção com base no segundo conjunto de propriedades de material.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender adicionalmente: - identificação de uma terceira seção com base no estado de estiramento do corpo anular elastomérico; e - seleção de um terceiro conjunto de propriedades de material para a terceira seção com base no estado de estiramento do corpo anular elastomérico.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender adicionalmente a seleção de um terceiro composto elastomérico para a terceira seção com base no terceiro conjunto de propriedades de material.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o preventor de explosões é um dentre um preventor de explosões anular e um preventor de explosões esférico.

17. PREVENTOR DE EXPLOSÕES, que compreende um eixo longitudinal (103), em que o preventor de explosões compreende: - um abrigo (102); - uma câmara de pistão (112) formada no abrigo; - um pistão (117) disposto no interior da câmara de pistão; e - uma unidade de empanque (105) disposta no preventor de explosões, em que a unidade de empanque compreende: - um corpo anular (505) elastomérico, caracterizado pelo fato de que: o corpo anular elastomérico compreende uma primeira seção (507) que possui um primeiro conjunto de propriedades de material e uma segunda seção (509) que possui um segundo conjunto de propriedades de material; e mediante acionamento do pistão, a unidade de empanque é deslocada radialmente para dentro.

18. PREVENTOR DE EXPLOSÕES, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a primeira seção (507) da unidade de empanque é elaborada com um primeiro composto elastomérico e a segunda seção (509) da unidade de empanque é elaborada com um segundo composto elastomérico.

19. PREVENTOR DE EXPLOSÕES, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a primeira seção (507) possui um módulo de elasticidade mais alto que a segunda seção (509).

20. PREVENTOR DE EXPLOSÕES, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a primeira seção (507) da unidade de empanque possui um alongamento mais baixo que a segunda seção (509) da unidade de empanque.

21. PREVENTOR DE EXPLOSÕES, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a primeira seção (507) da unidade de empanque possui resistência à tensão mais alta que a segunda seção (509) da unidade de empanque.

22. PREVENTOR DE EXPLOSÕES, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a primeira seção (507) da unidade de empanque possui um durômetro mais baixo que a segunda seção (509) da unidade de empanque.

23. PREVENTOR DE EXPLOSÕES, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a primeira seção (507) da unidade de empanque está localizada acima da segunda seção (509) da unidade de empanque.

24. PREVENTOR DE EXPLOSÕES, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a primeira seção (507) e a segunda seção (509) da unidade de empanque são combinadas para fornecer uma transição do primeiro conjunto de propriedades de material para o segundo conjunto de propriedades de material.

25. PREVENTOR DE EXPLOSÕES, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o corpo anular (505) da unidade de empanque (105) compreende adicionalmente uma terceira seção (611) que possui um terceiro conjunto de propriedades de material.

26. PREVENTOR DE EXPLOSÕES, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender adicionalmente uma série de insertos metálicos (109) distribuídos no corpo anular (505) da unidade de empanque em volta do eixo longitudinal (103).