BRPI0900755A2 - centralizador e processo de manufatura do mesmo - Google Patents
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Abstract
CENTRALIZADOR E PROCESSO DE MANUFATURA DO MESMO. Um centralizador (1, 1') para elementos tubulares, compreendendo: uma parte interna (2, 2') formada por um primeiro material tendo altos desempenho mecânico e estabilidade química; e urna parte externa (3, 3') disposta sobre a dita parte interna (2, 2'), formada por um segundo material, o dito segundo material sendo autolubrificante e com um baixo coeficiente de atrito, tendo desempenho mecânico e estabilidade química mais baixos do que aqueles do dito primeiro material. Um processo de manufatura do centralizador é também descrito.
Description
"CENTRALIZADOR E PROCESSO DE MANUFATURA DO MESMO"
O objetivo principal da presente invenção éproporcionar um centralizador para elementos tubulares.
Mais especificamente, refere-se a um centralizador paraelementos tubulares, tais como ambas as hastes debombeamento mecânico sólidas e vazadas, em que o movimentodo fio é alternadamente ascendente e descendente, tal comoo tipo PCP, em que o movimento do fio é rotativo; o corpodo centralizador sendo formado por dois materiais, um delessendo disposto dentro da parte interna do dito corpo, e ooutro deles dentro da parte externa do dito corpo.
BREVE DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ANTERIOR
Os centralizadores atualmente disponíveis sãomanufaturados de um material único, geralmente, um materialplástico. O material é injetado no elemento tubular a sercentralizado, mais especificamente, em uma haste debombeamento tanto sólida quanto vazada, é disposto por meiode uma junta de encaixe de duas peças, ou é montado poroutro meio.
Naqueles casos nos quais o material é injetado noelemento tubular, obtém-se um centralizador tendo umaestrutura molecular e um nível de fixação no elementotubular, que variam significativamente com base nascondições de injeção. No entanto, sob condições normais deprodução, a estrutura molecular do centralizador pode serajustada a mais cristalina possível, aumentando o seu nívelde fixação no elemento tubular. De um modo geral, amodificação superficial (tal como por jateamento com areia)ou também usinagem de fenda, para aperfeiçoar a fixação docentralizador, é usada.
Quando o centralizador é disposto por montagem depeças múltiplas, a sua fixação é muito mais fraca do quequando do uso de injeção. Ainda mais, podem ser adicionadasalgumas inserções adicionais, tais como pivôs, parafusos,etc, para propiciar o posicionamento das partes. Por outrolado, a montagem de centralizadores é vantajosa, porqueeles podem ser encaixados mais facilmente em qualquerposição desejada.
Com relação às propriedades materiais, o plástico égeralmente altamente duro e resistente a deterioração ecorrosão. Os "polímeros de engenharia" são aqueles quesatisfazem os requisitos necessários para operação em poçosde petróleo. Os polímeros de engenharia mais populares sãopoli (sulfeto de fenileno) (PPS) , poliamidas (PA) de altatemperatura, poliftalamida (PPA), poli (éter de fenileno)(PPE), modificados usualmente por agregados, tais comofibras de vidro, minerais ou de aramida. Os agentes deintensificação são necessários para manter as propriedadesmecânicas a altas temperaturas. Os polímeros de baseproporcionam resistência química e utilidade, enquanto oselementos de intensificação proporcionam resistência afluência ("resistência a fluência"). 0 material compostoaperfeiçoa as propriedades do polímero de base, que devemser obtidas para garantir o desempenho esperado em meiosfísicos muito severos.
Embora esses materiais tenham apresentado um excelentedesempenho de resistência em meios físicos severos, sãocaros e alguns deles provocam deterioração da peça metálicacontra a qual se movimentam. Os exemplos de dano metálico,devido ao emprego de um centralizador de PPS em algunspoços de petróleo, foram registrados. A presença de fibrade vidro, como um agente de intensificação no centralizadormencionado acima, aumentou a erosão e o dano da superfíciemetálica e resultou em uma redução significativa deespessura. Portanto, os materiais do centralizador dainvenção devem ser aqueles tendo um baixo coeficiente deatrito e uma baixa tendência a erosão da superfíciemetálica. As poliamidas pertencentes à família de polímerosque garantem ótimas condições de movimento são aqueles quetêm um baixo coeficiente de atrito e que são capazes deretração, quando expostos por um longo tempo a meiosfísicos a altas temperaturas. No entanto, é esse contato delonga duração com os meios físicos a altas temperaturas quetambém deteriora as propriedades mecânicas, resultado emsoltura.
Pode-se considerar que cada possibilidade de ter-se ummaterial único, para manufatura de um centralizador, temtambém uma desvantagem clara e um problema relacionado, queprovoca ao final extração e substituição precoces da peça.
Os documentos referentes aos pedidos de patentes WO2006/231250, US 6585043, WO 98/50669, CA 2101677, US3963075, RU 2211911, US 2005/0241822, US 2004/0112592-, US2003/0070803, US 4793412, US 7156171, US 7182131, US7140432 e US 648403 descrevem centralizadores produzidos deum material único, incluindo rolos ou pás.
O centralizador da presente invenção soluciona os doisproblemas mais importantes relacionados com o desempenho decentralizadores, durante operação: a resistência à solturado elemento tubular, e um baixo coeficiente de atritojuntamente com baixas deterioração e dano à peça metálica.
Propõe-se, portanto, um centralizador de doismateriais, tendo uma parte interna manufaturada de ummaterial rígido, resistente mecanicamente com uma altaresistência a soltura, e uma parte externa manufaturada deum material autolubrificante e não erosivo, com um baixocoeficiente de atrito. O dito centralizador é manufaturadopor um processo de dupla injeção. Primeiramente, a parteinterna é injetada. Depois, o volume remanescente é enchidocom o material externo. Dentro da interface, nenhumafixação química é necessária entre ambos os materiais, parapermitir que a parte externa gire em torno da parteinterna, quando torque é aplicado. A possibilidade, derotação em torno de um núcleo reduz o atrito entre ocentralizador e a superfície metálica. Adicionalmente, aspás do centralizador não se movimentam mais ao longo de umalinha reta, durante movimento alternado do centralizador,mas, em vez disso, durante contato com toda a superfícietubular interna. Portanto, a erosão da superfície metálicanão é localizada e o dano total da peça tubular é reduzida.
Outra vantagem da presente invenção é que a parteexterna rotativa diminui a resistência mecânica, soltando ocentralizador. Isso é devido ao fato que, mesmo se o volumecoberto pelo material mais resistente mecanicamente formenor do que de um centralizador de material únicoeventual, não há deterioração da resistência a soltura.
A invenção produz um centralizador que suporta ascondições operacionais sem qualquer soltura da partetubular a qual é preso, e sem qualquer dano à superfíciemetálica a qual fica em contato, durante movimento.
O centralizador de dois materiais também reduz otorque aplicado à interface entre o centralizador e oelemento tubular ao qual é preso. Isso pode ser alcançadopor uma parte externa rotativa, que gira em torno da parteinterna.
0 movimento rotativo tem uma vantagem adicional: aspás do centralizador podem girar continuamente, impedindo aerosão localizada da superfície metálica.
Consequentemente, a presente invenção proporciona umasolução para os problemas mencionados acima, isto é:
- utilização de dois materiais, manufaturadosbasicamente por vazamento por injeção de materiaispoliméricos, um sobre o outro, cujas geometrias de ambas aspartes são compatíveis,, com base no fato de que a parteexterna é deixada girar em torno da parte interna, e que aparte externa tem pás helicoidais;
- o material interno tem um módulo de elasticidademais elevado, bem como propriedades mecânicasaperfeiçoadas, mesmo a altas temperaturas;
- o material externo tem um baixo coeficiente deatrito e é autolubrificante, proporcionando uma interfaceótima para a operação contínua em contato com as paredes doelemento tubular;
a parte externa rotativa propicia a redução dotorque líquido, aumentando o tempo de vida útil docentralizador; e- o centralizador pode girar 3 609, quando em contatocom a superfície metálica, reduzindo a erosão localizada eo dano produzidos pela superfície metálica.
Além do mais, o processo de localização docentralizador consiste em, primeiramente, injetar noelemento tubular o material interno, tendo altos desempenhomecânico e estabilidade química, por exemplo, PPS. Depois,é injetado no núcleo do material externo, por exemplo,poliamida, tendo um baixo índice de atrito, mas commelhores desempenho mecânico e estabilidade química do queo material interno.
Portanto, um núcleo de PPS é formado, que pode serútil como uma âncora para impedir que a poliamida se solteda posição axial, assumida pelo dispositivo dentro doelemento tubular. Em ambos os casos, o aperto é ajustadopor meio de um efeito de aperto no plástico em torno doelemento tubular e do núcleo do centralizador. Esse efeitoé alcançado pela contração volumétrica dos materiais porresfriamento, após o processo de injeção.
O material externo pode não girar em torno do núcleo,dependendo da aplicação.
Por conseguinte, é possível manufaturarcentralizadores satisfazendo ambas as opções:
- rotativa: no caso de torque elevado, para o qual aprimeira injeção não tem travas longitudinais; efixa: a primeira injeção tem, de fato, travaslongitudinais.
Além do mais, e dependendo da aplicação da haste debombeamento, dois tipos geométricos para centralizadorespodem ser definidos. Um deles é geometricamente reto, compás longitudinais para o caso de hastes de bombeamentomecânico; o outro deles é geometricamente helicoidal, compás helicoidais, para as hastes de bombeamento PCP, comodescrito acima.
OBJETO DA INVENÇÃO
Em razão disso, é um objeto da presente invençãoproporcionar um centralizador para elementos tubularescaracterizado por compreender:
- uma parte interna formada por um primeiro material,tendo altos desempenho mecânico e estabilidade química; e
- uma parte externa disposta sobre a parte interna,formada por um segundo material, o dito segundo materialsendo autolubrificante e com baixo coeficiente de atrito,tendo desempenho mecânico e estabilidade química maisbaixos do que aqueles do dito primeiro material.
Um outro objeto da presente invenção é um processo demanufatura do centralizador, caracterizado por compreenderas seguintes etapas de:injetar um primeiro material formando uma parteinterna em um elemento tubular; e
injetar um segundo material sobre a dita parteinterna formada.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A invenção vai ser melhor entendida com base nosdesenhos apresentados a seguir, isto é:
as Figuras IA e 1B mostram, respectivamente, uma vistalateral e uma vista frontal de um centralizador rotativogeometricamente reto da invenção;
as Figuras 2A e 2B mostram, respectivamente, uma vistalateral e uma vista frontal de um centralizador rotativogeometricamente helicoidal da invenção; e
as Figuras 3A e 3B mostram, respectivamente, uma vistalateral e uma vista frontal do núcleo de um centralizadorfixo da invenção, incluindo travas dentro da sua parteinterna.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
As Figuras IA e 1B mostram um centralizador rotativogeometricamente reto 1 para hastes de bombeamento mecânico,compreendendo uma parte interna ou núcleo 2 manufaturada deum material rígido, mecanicamente resistente, tendo umaalta resistência a soltura, e uma parte externa 3,manufaturada de um material com um baixo coeficiente deatrito e que é autolubrificante e não erosivo. O diâmetrointerno D da dita parte interna ou núcleo 2 é cooperantecom aquela do elemento tubular a ser centralizado. A parteexterna 3 tem pás vazadas longitudinalmente 4, em contatocom a tubulação C, com um propósito de centralizar oelemento tubular. Dentro da interface entre as ditas parteinterna 2 e parte externa 3 não há qualquer que sejafixação química, de modo que a parte externa 3 pode girarem torno da parte interna 2, quando torque é aplicado.
As Figuras 2A e 2B mostram um centralizador rotativogeometricamente helicoidal 1' para hastes de bombeamentoPCP, compreendendo uma parte interna ou núcleo 2',manufaturado de um material rígido, mecanicamenteresistente, tendo uma alta resistência a soltura, e umaparte externa 3 ' , manufaturada de um material com um baixocoeficiente de atrito e que é autolubrificante e nãoerosivo. O diâmetro interno D da dita parte interna ounúcleo 2' é cooperante com aquela do elemento tubular a sercentralizado. A parte externa 3' tem pás vazadaslongitudinalmente 4', em contato com a tubulação C, com umpropósito de centralizar o elemento tubular. Dentro dainterface entre as ditas parte interna 2' e parte externa3' não há qualquer que seja fixação química, de modo que aparte externa 3' pode girar em torno da parte interna 2,quando torque é aplicado.
As Figuras 3A e 3B mostra, em detalhes, a parteinterna ou núcleo 2,2' de um centralizador fixo da presenteinvenção. Dentro da periferia da dita parte interna 2, 2',uma pluralidade de travas 5, de qualquer tipo de geometria,é incluído. A dita pluralidade de travas satisfaz a funçãode impedir que a parte externa (não mostrada) de umcentralizador fixo gire em torno da dita parte interna 2,2' . Um exemplo preferido vai ser a disposição de 16 travasequidistantes, tanto circunferencial quantolongitudinalmente, na dita periferia da dita parte interna2, 2', tal como observado nas Figuras 3A e 333, tendo amesma configuração substancialmente prismática. Qualqueroutro tipo de geometria e/ou disposição das travas vaidepender dos critérios de manufatura empregados, sendo bemconhecido de uma pessoa versada na técnica.
O processo de localização de um centralizador 1, 1'consiste de injetar primeiramente no elemento tubular omaterial interno formando a parte interna ou núcleo 2, 2',tendo altos desempenho mecânico e estabilidade química, porexemplo, PPS. Depois, é injetado na dita parte interna 2,2' , o material externo formando a parte externa 3, 3', porexemplo, poliamida, a dita parte tendo um baixo índice deatrito, mas desempenho mecânico e estabilidade químicainferiores àqueles do material interno.
Uma alternativa para o que foi mencionado acima é quea parte externa 3, 3 ' não deve girar em torno da parteinterna 2, 2', dependendo da aplicação da haste debombeamento. Consequentemente, os centralizadores 1, 1'podem ser manufaturados, os ditos centralizadoressatisfazendo ambas as opções:
- rotativa: no caso de torque elevado, para o qual aprimeira parte (2, 2') não inclui quaisquer travasequidistantes 5, dispostas circunferencial e
longitudinalmente na sua periferia; e
- fixa: a primeira dita parte interna 2, 2', incluindoas travas equidistantes 5, dispostas circunferencial elongitudinalmente na sua periferia.
Claims (14)
1. Centralizador (1, 1') para elementos tubulares,caracterizado pelo fato de que compreende:- uma parte interna (2, 2') formada por um primeiromaterial tendo altos desempenho mecânico e estabilidadequímica; e- uma parte externa (3, 3') disposta sobre a ditaparte interna (2, 2'), formada por um segundo material, odito segundo material sendo autolubrificante e com um baixocoeficiente de atrito, tendo desempenho mecânico eestabilidade química mais baixos do que aqueles do ditoprimeiro material.
2. Centralizador de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que não há qualquer fixaçãoquímica na interface entre ambas a parte interna (2, 2') eparte externa (3, 3').
3. Centralizador de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de travas(5) é disposta dentro da periferia da dita parte interna(2, 2 ' ).
4. Centralizador de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que a dita pluralidade de travas(5) é disposta de um modo equidistante, tantocircunferencial quanto longitudinalmente, na dita periferiada dita parte interna (2, 2'), adotando uma geometriasubstancialmente prismática.
5. Centralizador de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o diâmetro interno (D, D')da dita parte interna (2, 2') é cooperante com aquele doelemento tubular a ser centralizado.
6. Centralizador de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a dita parte externa (3, 3')tem pás vazadas (4, 4'), em contato com a tubulação C dopoço, com o propósito de centralizar o elemento tubular.
7. Centralizador de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que as ditas pás (4) sãolongitudinais para o caso de hastes de bombeamentomecânico, em que o fio tem um movimento ascendente edescendente.
8. Centralizador de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que as ditas pás (4') sãohelicoidais, para o caso de hastes de bombeamento PCP, e ofio tem um movimento rotativo.
9. Processo de manufatura do centralizador de acordocom a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de quecompreende as seguintes etapas de:injetar um primeiro material formando uma parteinterna em um elemento tubular; einjetar um segundo material sobre a dita parteinterna formada.
10. Processo de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que o dito primeiro material éum material polimérico tendo altos desempenho mecânico eestabilidade química, tal como, por exemplo, PPS.
11. Processo de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que o dito segundo material é ummaterial polimérico, tendo um baixo índice de atrito masdesempenho mecânico e estabilidade química mais baixas doque aqueles do material interno, tal como, por exemplo,poliamida.
12. Processo de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que o aperto entre a dita parteinterna e o dito elemento tubular é ajustado por meio de umefeito de aperto firme no plástico em torno do ditoelemento tubular e da dita parte interna do centralizador,resultante da contração volumétrica dos materiais porresfriamento, após o processo de injeção.
13. Processo de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de travas(5) é disposta dentro da periferia da dita parte interna(2,2').
14. Processo de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que a dita pluralidade de travas(5) é disposta de um modo equidistante, tantocircunferencial quanto longitudinalmente, na dita periferiada dita parte interna (2, 2'), adotando uma geometriasubstancialmente prismática.
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