BRPI0715392A2 - linha de controle reduzindo o sistema de controle hidrÁulico e vÁlvula de controle com tal finalidade - Google Patents

Abstract

LINHA DE CONTROLE REDUZINDO O SISTEMA DE CONTROLE HIDRÁULICO E VÁLVULA DE CONTROLE COM TAL FINALIDADE. A presente invenção refere-se a uma válvula de controle (10) que inclui um alojamento (11), um orifício de admissão (14) no alojamento, um orifício de dispositivo (18) no alojamento, um orifício de válvula (22) no alojamento, e um carretel (12) disposto no alojamento, o carretel inicialmente conectando o orifício de admissão (14) com o orifício de dispositivo (18) e subsequentemente a um evento de pressão conectando o orifício de admissão com o orifício de válvula. Um sistema de atuação inclui uma pluralidade de válvulas de controle, cada válvula sendo endereçável e condicionável para se comunicar com um de um dispositivo e outra válvula de controle, e uma pluralidade de dispositivos cada um em comunicação operável com uma da pluralidade de válvulas de controle.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "LINHA DE CONTROLE REDUZINDO O SISTEMA DE CONTROLE HIDRÁULICO E VÁLVULA DE CONTROLE COM TAL FINALIDADE".

Referência Cruzada a Pedidos Relacionados O presente pedido reivindica prioridade para o pedido provisório

60/836.022 depositado em 7 de agosto de 2006, o inteiro teor do qual é aqui inalojamentorado a título de referência. Antecedentes

O controle hidráulico de sistemas de fundo de furo tem sido há muito uma escolha confiável e assim onipresente de operadores de poços. As linhas de controle hidráulico são relativamente pequenas, são simples de operar e de maneira muito confiável transmitem pressão para sítios distantes onde quer a existência de pressão é usada como um sinal quer um volume de fluido sob pressão mais alta é usado para acionar um dispositivo deslo- cável no fundo de furo.

Nas conclusões de poços mais antigos, controle relativamente limitado era usado no ambiente de fundo de furo e correspondentemente pouco linhas de controle eram necessárias para se estender de volta à su- perfície. Em virtude do número relativamente pequeno de linhas, o seu ge- renciamento com aberturas através de obturadores (obturadores transpas- santes, etc.) e similares tem sido sempre aceito e funcional. À medida que a complexidade de furos de sondagem cresceu, todavia com uma necessidade cada vez maior por controle relacionada com a qualidade e quantidade de produção aperfeiçoada, um maior número de estruturas modificadoras de fluxo (por exemplo, válvulas) e outro equipamento de fundo de furo aplicado no fundo de furo para otimizar o retorno sobre o investimento. Com a pre- sença de dispositivos adicionais no fundo de furo decorre um requisito para proporcionar um regime de controle para os dispositivos em causa. Embora linhas de controle hidráulico sejam ainda bem favorecidas como um disposi- tivo de controle, a multiplicidade de dispositivos controláveis faz com que o número de linhas de controle requerido com a tecnologia existente ultrapas- se o espaço disponível para sua operação. Em muitas finalizações típicas atuais, o número de linhas de controle é igual ao número de dispositivos mais 1. Com a consideração da possibilidade de 4572 m (15000 pés) de po- ços de sondagem munidos talvez de 40 válvulas ou de outros dispositivos controláveis, é facilmente imaginável que as 41 linhas de controle necessá- rias terão dificuldade em se ajustar no espaço anular de 0,251 m (9 5/8 po- legadas) em torno de uma coluna de perfuração.

Em vista do descrito, a técnica certamente acolheria um recurso para reduzir o número de linhas de controle necessário para controlar indivi- dualmente uma multiplicidade de dispositivos no fundo do furo. Sumário

É aqui descrita uma válvula de controle. A válvula inclui um alo- jamento, um orifício de admissão no alojamento, um orifício de dispositivo no alojamento, um orifício de válvula no alojamento e um carretei disposto no alojamento, o carretei inicialmente conectando o orifício de admissão com o orifício de dispositivo e subseqüentemente com um evento de pressão co- nectando o orifício de admissão com o orifício de válvula.

Adicionalmente descrito aqui é um sistema de atuação. O siste- ma de atuação inclui uma pluralidade de válvulas de controle, cada válvula sendo endereçável e condicionável para se comunicar com um de um dispo- sitivo e outra válvula de controle, e uma pluralidade de dispositivos individualmen- te em comunicação operável com uma da pluralidade de válvulas de controle. Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 é uma vista esquemática de uma modalidade de uma válvula de controle conforme aqui descrita; a figura 2 é uma ilustração esquemática de quatro válvulas de

controle e quatro dispositivos hidraulicamente acionáveis de um sistema de controle hidráulico;

a figura 3 é a ilustração da figura 2 em uma posição diferente; a figura 4 é a ilustração da figura 2 em outra posição diferente; a figura 5 é a ilustração da figura 2 em outra posição diferente;

a figura 6 é a ilustração da figura 2 em outra posição diferente; e a figura 7 é a ilustração da figura 2 em outra posição diferente. Descrição Detalhada

Inicialmente é destacado que embora modalidades descritas da válvula de controle e do sistema da mesma possam ser descritas em termos de equipamento para fundo de furo ou o seu uso, o sistema de atuação hi- dráulico pode ser aplicado a qualquer campo em que seja vantajoso o con- trole de múltiplos dispositivos com somente três linhas de controle.

Referindo-se à figura 1, uma válvula de controle 10 é ilustrada esquematicamente. A válvula 10 inclui um alojamento 11 suportando um car- retei 12. O carretei 12 é responsivo à pressão em um orifício de admissão 14 tanto em termos da transmissão da pressão de fluido hidráulico como em termos da atuação direta do carretei propriamente dito. A válvula de controle atua quer para aplicar pressão hidráulica a um dispositivo quer para pas- sar pressão hidráulica para uma válvula de controle seguinte em uma série de duas ou mais válvulas. Deve ser compreendido, todavia, que a válvula de controle aqui também pode ser usada sem uma segunda ou outro número de válvulas. Uma única das válvulas de controle descritas aqui pode ser se- lecionada para uso para qualquer número de aplicações onde um primeiro e um segundo fluxos ou trajetos de pressão são requeridos ou desejados.

Efetivando a habilidade da válvula proporcionar os dois trajetos de comunicação (trajeto de pressão ou de vazão), o carretei 12 é ciclicamen- te operável entre duas posições. O deslocamento de uma primeira posição para uma segunda posição se processa automaticamente mediante uma primeira aplicação e liberação de pressão para a válvula quer inicialmente quer após uma restauração e deslocamento da segunda posição para a pri- meira posição é possível pela aplicação de pressão a um orifício separado da válvula de controle descrito em maior detalhe abaixo. Deve ser entendido que o deslocamento automático da primeira para a segunda posição pode ocorrer como já declarado e também pode ocorrer simultaneamente com o segundo evento de pressão após o uso inicial ou restauração para aplica- ções onde exista conveniência em que o primeiro trajeto de comunicação seja deixado conectado até o segundo evento de pressão. Este, por exem- plo, pode ser o caso onde a ajustagem precisa é desejada do dispositivo, sendo o ativar e um refluxo de fluido através do mesmo eficaz para a obten- ção do resultado desejado.

Com respeito à modalidade ilustrada e mais especificamente se reportando à figura 1, o carretei 12 mediante uma primeira aplicação de pressão de fluido hidráulico a partir de um sítio remoto (não mostrado) ao orifício de admissão 14 transmitirá aquela pressão através do trajeto de car- retei 16 a um orifício do dispositivo 18. Mediante uma redução de pressão no orifício de admissão 14, o carretei 12 opera ciclicamente para permitir uma conexão de fluido no seu interior através do trajeto de carretei 20 entre o orifício de admissão 14 e um orifício de válvula 22. É importante observar-se que nesta modalidade este ciclo ocorre somente mediante uma primeira pressão inicial e liberação ou após uma restauração da válvula de controle 10. A subsequente aplicação de pressão hidráulica do sítio remoto ao orifício de admissão 14 é dirigida através do carretei 12 ao orifício de válvula 22, o carretei permanecendo nesta segunda posição até ser reposicionado pela aplicação de pressão a um orifício de restauração 24 com o que o evento de pressão imediatamente subseqüente será transmitido através do trajeto de carretei 16 para o orifício do dispositivo 18 mais uma vez. A válvula de con- trole 10 é seletivamente posicionável entre as duas posições qualquer núme- ro de vezes simplesmente pelo selecionar qual orifício a receber pressão a partir do sítio remoto.

Referindo-se ainda à figura 1, será apreciado que o carretei 12 inclui uma pluralidade de elementos de vedação 26, que em uma modalida- de são constituídos por anéis em O conforme ilustrado. Cada anel em O é posicionado para ser localizado sobre um lado ou outro de um trajeto de flu- xo de fluido para habilitar os trajetos de fluido a manter pressão. Aqueles versados na técnica apreciarão isto a partir da figura. Adicionalmente incluí- das no carretei estão as reentrâncias 28 e 30. As reentrãncias são cuidado- samente posicionadas entre si e em relação aos conjuntos de pistões ReQ para que a operação desejada da válvula de controle possa ser efetuada. As reentrâncias 28 e 30 têm de ser posicionadas de forma que uma vez que a reentrância 28 se desengate do conjunto R, o carretei 12, sob a propensão da mola de compressão 32, se desloca na direção representada à esquerda da figura. O deslocamento do carretei para a esquerda será limitado pelo conjunto Q1 porém suficiente para prevenir o reengate com o conjunto R até o reposicionamento da válvula de controle 10.

Referindo-se aos conjuntos R e Q em detalhe, cada conjunto é

suscetível de ser descrito à pressão pelo orifício de admissão 14 conforme ilustrado na figura através da ramificação R 34 e da ramificação Q 36, res- pectivamente. Será apreciado pela figura que os conjuntos são acionados por pressão em extremidades axialmente diferentes. Um deslocador de trava 38 é disposto entre os conjuntos ReQe configurado para seletivo engate com os mesmos.

Mediante aplicação de pressão ao orifício de admissão 14, a ra- mificação 34 e a ramificação 36 transmitem pressão e volume aos conjuntos ReQ. Quando pressão é aplicada ao conjunto R, o pistão 40 se desloca contra a propensão da mola 42 no sentido da margem superior da figura. Este deslocamento desengata o pino 44 da reentrância 28. Simultaneamen- te, o pistão 46 do conjunto Q se desloca no sentido da margem inferior da figura contra a propensão da mola 48 para engatar o pino 50 com a reen- trância 30. Deve ser apreciado que as relações elásticas entre a mola 42 e a mola 48 são diferentes. A mola 48 é de uma menor relação elástica para assegurar que o pino 50 se engate com a reentrância 30 antes do pino 44 se desengatar da reentrância 28. Isto, conforme se evidencia da exposição pre- cedente e da figura do desenho, é necessário para prevenir que o carretei 12 se desloque para a segunda posição prematuramente. Conforme anterior- mente indicado, o posicionamento das reentrâncias 28 e 30, previne o reen- gate do pino 44 com a reentrância 28 uma vez liberado da reentrância 28 (até ser reposicionado). O deslocador 38 se move na direção do conjunto Q mediante o movimento simultâneo dos conjuntos e é lá travado. O desloca- dor 38 permanece travado no conjunto Q até a pressão ser descarregada das ramificações 34 e 36. Para o deslocador 38 ser destravado do conjunto Q, o conjunto R tem se deslocar para uma posição onde o deslocador possa se deslocar para o seu interior. Isto ocorre quando o pino 44 repousa sobre uma superfície externa 52 do carretei 12, que prepara o carretei 12 para seu deslocamento para a segunda posição sob o ímpeto da mola 32. Assim que o pino 44 atinge a superfície externa 52, o pino 44 propriamente dito é com- pelido contra uma mola 45 no interior de uma cavidade 47 do pistão 40, o deslocador é deslocável para o interior do conjunto R dessa maneira libe- rando o conjunto Q. Devido ao conjunto Q ser compelido pela mola 48, o conjunto Q se desloca para uma posição de desengate com a reentrância 30. Uma vez que o pino 50 seja desengatado da reentrância 30, e lembran- do que o pino 44 está repousando sobre a superfície 52 em contraposição a ser engatado com a reentrância 28, o carretei é livre para se deslocar para a esquerda na figura de maneira a posicionar o carretei na segunda posição. O restabelecimento da válvula de controle requer pressão no orifício de res- tauração 24 que compele o carretei 12 contra a mola 32 até o pino 44 se reengajar contra a reentrância 28 sob a propensão de mola 42. Será apreci- ado que o engate do deslocador 38 com o pistão 40 é um ajuste folgado pa- ra permitir que o pistão 40 e pino 44 entrem em engate com a reentrância 28 mesmo quando engatado com o deslocador 38.

A(s) válvula(s) de controle 10 como descrito acima habilita(m) a atuação e controle hidráulico de um a muitos dispositivos no fundo do furo enquanto requerendo somente três linhas de controle (ilustradas como A, B e C nos desenhos apensos) em qualquer posição dada do sistema e um numero de válvula de controle igual ao número de dispositivos. As válvulas de controle podem constituir parte integrante dos dispositivos propriamente ditos ou ser separadas dos mesmos conforme desejado. Referindo-se às figuras 2-7, uma modalidade do sistema de atu-

ação hidráulico é ilustrada em várias posições quando pressão é ciclicamen- te operada para efetivamente apresentar ao leitor a funcionalidade do siste- ma. Na figura 2, uma primeira válvula de controle 10 está em uma posição pela qual pressão de fluido hidráulica aplicada através da linha de controle A ao orifício 14a é transmitida através do orifício de dispositivo 18a do trajeto de carretei 16a e deste através do indicador de fluxo 60 a um dispositivo 100. O evento de aplicação de pressão pode ser usado para ativar o disposi- tivo 100 ou pode alternativamente ser usado exclusivamente para operação cíclica da válvula 10a. Na ilustração, o dispositivo 100 é acionado para a po- sição aberta. Quer o dispositivo 100 seja ou não ativado, a válvula 10a opera ciclicamente a partir da primeira posição na qual o orifício de admissão 14a é conectado com o orifício de dispositivo 18a para a segunda posição na qual o orifício de admissão 14a é conectado com o orifício de válvula 22a. Se é desejado que este evento de pressurização ative o dispositivo 100, então a linha de controle C deve ser aberta para uma pressão inferior àquela aplica- da à linha A. Caso alternativamente o dispositivo 100 não seja proposto para ser ativado pelo evento de elevação de pressão específico na linha A, então a linha deve ser tapada ou de outro modo mantida a uma pressão igual à- quela da linha A para desse modo travar hidraulicamente o dispositivo 100 prevenindo sua atuação.

Em seguida ao primeiro pressionamento e liberação da linha A, a válvula de controle 10 automaticamente muda para a segunda posição. Isto é ilustrado esquematicamente na figura 3 onde o trajeto de carretei 20a é ilustrado conectando o orifício de admissão 14a com o orifício de válvula 22a. Outro indicador de fluxo 62 ilustra o trajeto de fluido então proporciona- do pelo orifício de válvula 22a ao orifício de admissão 14b na válvula de con- trole 10b.

De maneira idêntica à ação recém descrita na válvula de contro- le 10a, a válvula de controle 10b é ativada inicialmente (ou após reposicio- namento) por um primeiro pressionamento do indicador 62. Será entendido que como primeiro uso do inteiro sistema, ou após reposicionamento, que ocorre em todas as válvulas de controle simultaneamente, pressão no orifício de admissão 14b é realizada somente pela pressurização duas vezes na linha A.

Na verdade, o número de eventos de pressão para ativar uma válvula de controle específica em uso inicial ou após reposicionamento é igual ao número de válvulas de controle precedentes à válvula-alvo mais um. De maneira idêntica, o primeiro evento de pressionamento experimentado por cada válvula resultará em pressão no orifício de dispositivo 16 ao passo que um segundo ou subsequente evento de pressão experimentado em ca- da válvula será transmitido para o orifício de válvula 22 e assim para a válvu- la seguinte em uma série de válvulas. Uma série de válvulas pode ser tão longa quanto desejado até as forças friccionais incorridas pelo fluido de a- cionamento se acumularem a um grau em que variação de pressão se torne insuficiente para operar dispositivos ou operação cíclica das válvulas de con- trole. Com o uso de uma linha de controle de 6,35 mm (1,4 polegadas) co- mum e as válvulas de controle conforme configuradas na figura 1, é axiomá- tico que um grande número de válvulas pode ser usado antes de a fricção impor limitações conforme indicado. Referindo-se à válvula de controle 10b conforme ilustrada na

figura 3, a atuação ou não do dispositivo 110 (ilustrado como acionado aber- to na figura) é realizável através do indicador de fluxo 64 de maneira similar à atuação ou não do dispositivo 110 conforme acima indicado.

Mediante um subsequente evento de pressão para a válvula de controle 10b, pressão é passada através do orifício de carretei 20b para ori- fício de válvula 22b através de outro indicador de fluxo 66 para o orifício de admissão 14c da válvula de controle 10c que é ilustrada conforme contem- plada na figura 4 (na figura 4 o dispositivo 120 é ilustrado como inativo e por conseguinte deixado na posição fechada enquanto a válvula de carretei é ciclicamente operada). O processo descrito é repetido para tantas válvulas quanto existentes na série.

Conforme será apreciado pelo precedentemente descrito, qual- quer um ou todos os dispositivos 100, 110, 120 ou 130 podem ser seletiva- mente posicionados conforme desejado na posição aberta ou fechada con- soante o número apropriado de ciclos de pressão (1 mais o número de dis- positivos precedentes ao dispositivo-alvo) e o condicionamento da linha C quer para permitir pressão a ser ventilada através do mesmo quer para não permitir pressão a ser ventilada do mesmo assim permitindo a atuação do dispositivo ou causando o dispositivo a permanecer hidrotravado em posi- ção, respectivamente.

Adicionalmente à seletiva atuação de uma primeira posição para uma segunda posição dos dispositivos conforme descrita acima, a(s) válvu- la(s) de controle e sistema descrito aqui também facilitam a seletiva atuação dos dispositivos-alvo da segunda posição para a primeira posição.

Para que o dispositivo-alvo se desloque da segunda posição pa- ra a primeira posição, o dispositivo necessita de já estar situado na segunda posição, a pressão de linha na linha C tem de ser maior que aquela na linha Aea válvula de controle associada com o dispositivo-alvo tem de estar em uma posição conectando o orifício de admissão 14 da válvula de controle com o orifício de dispositivo 18 na válvula de controle. Este conjunto de con- dições permite que a pressão da linha C atue sobre o dispositivo alvo en- quanto pressão é descarregada daquele dispositivo através da linha A. Os dispositivos-alvo desta maneira têm de ser endereçados enquanto qualquer dispositivo cuja válvula de controle esteja situada na posição ligando o orifí- cio de admissão 14 com o orifício de válvula 22 está inativo no orifício do dispositivo 18 desse modo travando hidraulicamente aquele dispositivo. No sistema conforme ilustrado, todas salvo uma das válvulas de controle no in- teiro sistema estão inativas. Assim, para qualquer posição dada do sistema, somente um dispositivo é operável baseado sobre uma pressão aplicada sobre a linha C. Devido a isto, seletivo controle de cada dispositivo individual (ou grupos de dispositivos se assim configurados sobre uma específica ou sobre cada válvula de controle) é realizável com o presente sistema. Na pior das hipóteses no tempo requerido para operar um dispositivo específico, se a válvula de controle do dispositivo-alvo estiver correntemente na segunda posição, um reposicionamento e a seguir uma seqüência de aplicação de pressão igual ao número de válvulas precedentes são requeridos para obter a conexão de fluido requerida para um pressionamento na linha C para acio- nar o dispositivo-alvo da segunda para a primeira posição.

A válvula de controle e sistema descritos aqui vantajosamente oferecem seletivo acionamento entre primeiras e segundas posições de um específico de uma pluralidade de dispositivos acionáveis usando exclusiva- mente três linhas de controle hidráulico em qualquer posição dada no interior de um furo de sondagem ou de outra instalação requerendo controle de múl- tiplos dispositivos usando um número limitado de linhas de controle.

Claims (7)

1. Válvula de controle compreendendo: um alojamento; um orifício de admissão no alojamento; um orifício de dispositivo no alojamento; um orifício de válvula no alojamento; e um carretei disposto no alojamento, o carretei inicialmente co- nectando o orifício de admissão com o orifício do dispositivo e subseqüen- temente com um evento de pressão conectando o orifício de admissão com o orifício de válvula.

2. Válvula de controle de acordo com a reivindicação 1, em que a válvula de controle adicionalmente compreendendo um orifício de reposi- cionamento no alojamento facilitando o condicionamento do carretei para conectar o orifício de admissão com o orifício do dispositivo.

3. Sistema de atuação compreendendo: uma pluralidade de válvulas de controle, cada válvula sendo en- dereçável e condicionável para se comunicar com um de um dispositivo e outra válvula de controle; e uma pluralidade de dispositivos cada um em comunicação ope- rável com uma da pluralidade de válvulas de controle.

4. Sistema de atuação de acordo com a reivindicação 3, em que a válvula é inicialmente condicionada para se comunicar com um associado da pluralidade de dispositivos e após ser primeiramente endereçada é auto- maticamente condicionada para se comunicar com outra válvula de controle.

5. Sistema de atuação de acordo com a reivindicação 4, em que a válvula permanece condicionada para se comunicar com a outra válvula até um reposicionamento da válvula.

6. Sistema de atuação de acordo com a reivindicação 3, incluindo exclusivamente três linhas de controle em qualquer ponto dado no sistema.

7. Sistema de atuação de acordo com a reivindicação 6, em que as linhas incluem duas linhas para pressão ou descarga e uma para reposicio- namento.