BRPI0902379B1

BRPI0902379B1 - válvula, completação de furo de poço, e método de assegurar um fechamento positivo de uma válvula de segurança de sub-superfície posicionada em um furo de poço

Info

Publication number: BRPI0902379B1
Application number: BRPI0902379A
Authority: BR
Inventors: G Goughnour Paul; A Johnston Russell
Original assignee: Prad Resarch And Development Ltd
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2019-01-22
Also published as: NO20092583L; AU2009202675B2; BRPI0902379A2; US7740075B2; US20100006295A1; AU2009202675A1

Abstract

válvula, completação de furo de poço, e metodo de assegurar um fechamento positivo de uma válvula de segurança de sub-superfície posicionada em um furo de poço. uma modalidade de uma válvula que é operável desde uma posição até uma outra posição quando do alívio de uma pressão aplicada inclui uma carcaça possuindo um furo; um componente válvula disposto com a carcaça, em que o componente válvula é atuado para uma posição em resposta a uma certa pressão aplicada e atua no sentido a uma outra posição quando do alivio da certa pressão aplicada; e um sistema de alívio que alivia a pressão aplicada ao componente válvula quando a pressão aplicada cai abaixo de um selecionado nível de pressão.

Description

Campo da Invenção [001] A presente invenção está relacionada de modo geral a válvulas e mais especificamente a válvulas atuadas por pressão.

Fundamentos [002] Diversos tipos de válvulas e instalações de válvulas utilizam a aplicação e liberação da pressão aplicada para atuar a válvula entre as posições. Frequentemente a posição de segurança à prova de falha (failsafe) para a válvula é a posição operacional associada com o alivio da pressão aplicada. É uma necessidade prover um sistema que possa aliviar a pressão aplicada na válvula quando a pressão aplicada cai abaixo de um nivel selecionado de pressão para facilitar a atuação positiva e completa da válvula.

Sumário [003] Uma modalidade de uma válvula que é operável desde uma posição até uma outra posição quando do alivio de uma pressão aplicada inclui uma carcaça possuindo um furo; um componente válvula disposto com a carcaça, em que o componente válvula é atuado para uma posição em resposta a uma certa pressão aplicada e atua no sentido a uma outra

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2/12 posição quando do alivio da certa pressão aplicada; e um sistema de alívio que alivia a pressão aplicada ao componente válvula quando a pressão aplicada falha abaixo de um nível selecionado de pressão.

[004] Uma modalidade de uma completação de furo de poço inclui uma sequência de colunas tubulares dispostas no furo de poço; uma válvula de segurança de sub-superfície (SSSV) conectada dentro da sequência de colunas tubulares e disposta no furo de poço; uma fonte de fluido pressurizado em conjunto com a SSSV através de uma linha de controle, em que o nível selecionado de pressão está relacionado a uma determinada alteração na pressão desde uma certa pressão aplicada; e um sistema de alívio de pressão em comunicação hidráulica com a linha de controle, em que o sistema de alívio de pressão alivia a pressão aplicada à SSSV através da linha de controle quando a pressão aplicada falha abaixo de um nível selecionado de pressão.

[005] Uma modalidade de um método de assegurar um fechamento positivo de uma válvula de segurança de subsuperfície (SSSV) posicionada em um furo de poço inclui as etapas de fornecer um fluido hidráulico através de uma linha de controle à SSSV; manter a SSSV em uma posição

aberta mediante	aplicação	de	uma certa pressão	hidráulica
aplicada	através	da linha	de	controle; atuar a	SSSV para
fechar	mediante	aliviar	a	certa pressão	hidráulica

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3/12 aplicada; e liberar o fluido hidráulico da linha de controle quando a pressão hidráulica falha abaixo de um nível selecionado de pressão.

[006] O mencionado delineou algumas das características e vantagens técnicas da presente invenção a fim de que a descrição detalhada da invenção que segue possa ser mais facilmente entendida. Características e vantagens adicionais da invenção serão descritas mais adiante as quais constituem o assunto das reivindicações da invenção.

Breve Descrição dos Desenhos [007] As mencionadas e outras características e aspectos da presente invenção serão mais bem entendidos com referência à descrição detalhada apresentada adiante de uma modalidade específica da invenção, e lida em conjunto com os desenhos que acompanham, onde:

[008] A Figura 1 é uma vista esquemática de uma modalidade de uma completação de furo de poço que incorpora uma válvula de segurança de sub-superfície com um sistema de alívio de pressão;

[009] A Figura 2 é uma vista em seção transversal parcial de uma modalidade da válvula da presente invenção;

[0010] As Figuras 3 e 4 são diagramas de circuitos de pressão de uma modalidade de uma válvula da presente invenção.

Descrição Detalhada

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4/12 [0011] Referindo agora aos desenhos nos quais os elementos não estão necessariamente apresentados em escala e em que elementos iguais ou similares são designados pela referência numeral no transcurso das diversas vistas.

[0012] Para os propósitos de descrição, a presente invenção será descrita aqui com referência a uma válvula de segurança de sub-superficie. Todavia. Será facilmente identificado que os equipamentos, sistemas, e métodos descritos aqui podem ser utilizados com qualquer outro dispositivo ou válvula que seja atuado desde uma posição a uma outra posição por meio do alívio de uma pressão aplicada.

[0013] É comum utilizar válvulas de segurança de sub-superficie (SSSV) em furos de poço para controlar fluxo de fluido através de um conduto de poço. As válvulas de segurança de sub-superficie são comumente atuadas para a posição aberta mediante aplicação de fluido hidráulico desde a superfície e são induzidas para a posição fechada através de um mecanismo indutor, tal como, sem limitação, uma câmara integrada de fluido pressurizado ou uma mola mecânica. Em algumas instalações uma linha de fluido pressurizado pode ser provida para o fechamento da válvula. A força hidráulica pode ser aplicada a uma montagem de pistão e cilindro que atua contra a força de indução do mecanismo indutor para abrir e manter a válvula de segurança aberta. A força de indução atua sobre o pistão

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5/12 para fechar a válvula quando a pressão hidráulica é reduzida abaixo de um certo valor. Exemplos de algumas válvulas de segurança de sub-superficie são providas nas Patentes norte americanas U.S. Nos. 4.161.219 e 4.660.646, as quais são aqui incorporadas por referência.

[0014] Referindo agora à Figura 1, uma ilustração esquemática de um poço de produção 10 que incorpora uma modalidade de uma válvula de segurança de sub-superficie 12 possuindo um sistema de alívio de pressão à prova de falha failsafe 14 é provido. Na modalidade ilustrada o poço 10 inclui um furo de poço 16 se estendendo desde uma superfície 18 e revestida com uma tubulação de revestimento 20. Uma sequencia de colunas tubulares 22 é disposta no furo de poço 16. A válvula de segurança de sub-superficie 12 está conectada dentro da sequencia de colunas tubulares 22. Nesse exemplo, a válvula de segurança de sub-superficie 12 é operada por um fluido pressurizado, referido aqui como fluido hidráulico. O sistema hidráulico 24 pode prover pressão hidráulica através de uma rede de distribuição 26 através de uma linha de controle 2 8 até a válvula de segurança de sub-superficie 12.

[0015] A pressão hidráulica é provida através da linha de controle 2 8 para a válvula de segurança de subsuperficie 12 que atua o componente válvula 30 para a posição aberta permitindo ao fluido fluir através da válvula de segurança de sub-superficie 12 dentro de uma

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6/12 sequencia de colunas tubulares 22. A pressão hidráulica é mantida acima de um certo nível para manter o componente válvula 30 na posição aberta. Para atuar a válvula de segurança de sub-superfície 12 para a posição fechada, como mostrado na Figura 1, a pressão hidráulica por meio da linha de controle 28 é reduzida abaixo de um certo nível.

Como conhecido na arte, a pressão hidráulica é reduzida abaixo do nível da força que induz o componente válvula 33 para a posição fechada. Em algumas circunstâncias um pico de pressão pode ocorrer no sis hidráulico durante o processo de fechamento do componente válvula 30 resultando na falha em obter o completo fechamento da válvula de segurança de sub-superfície 12 ou na demora do fechamento no momento certo da válvula de segurança de sub-superfície 12. O sistema de alívio de pressão 14 proporciona um mecanismo alternativo para aliviar um pico de pressão ou excesso de pressão após uma pressão desejada ter sido aliviada para assegurar que a válvula de segurança de subsuperf ície 12 se feche apropriadamente.

[0016] Referindo agora à Figura 2, uma vista em seção transversal parcial de uma modalidade de uma válvula 12 da presente invenção é ilustrada. Na modalidade ilustrada a válvula é uma válvula de segurança de subsuperf ície. A válvula de segurança de sub-superfície 12 inclui uma carcaça 32 que possui um furo longitudinal 34. O componente válvula é uma chapeleta nessa modalidade. O tubo

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7/12 de fluxo 36 está disposto movediço dentro da carcaça 32. Nessa modalidade, a montagem de atuação da válvula inclui um pistão 38 que está conectado ao tubulação de fluxo 36. Um mecanismo indutor 40 induz o tubo de fluxo 36 para cima nas Figuras 1 e 2 permitindo ao componente válvula 30 se movimentar para a posição fechada. O mecanismo indutor 40 é ilustrado como uma mola, mas pode incluir alternativamente ou em combinação outros mecanismos indutores tais como, e sem limitação, um fluido pressurizado.

[0017] Para abrir a válvula de segurança de subsuperficie 12, como ilustrado na Figura 2, a pressão hidráulica é aplicada através da linha de controle 28 ao pistão 38 proporcionando uma força descendente sobre o tubo de fluxo 36 que é maior que a força contra-reativa aplicada ao tubo de fluxo 36 pelo mecanismo indutor 40 movimentando desse modo o tubo de fluxo 36 e o componente válvula 30 para a posição aberta. A SSSV 12 é mantida na posição aberta através da manutenção da pressão hidráulica no pistão 38.

[0018] Para fechar a válvula de segurança de subsuperficie 12, por exemplo, devido a um coice de pressão no poço, a pressão hidráulica é aliviada da linha de controle 2 8 a um nível tal que o mecanismo indutor 4 0 movimente o tubo de fluxo 36 permitindo ao componente válvula 30 fechar. O sistema de alívio de pressão 14 está em conexão operacional com o sistema hidráulico e a montagem de

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8/12 atuação da válvula tal que quando a pressão hidráulica é aliviada na linha de controle 28 a um certo nível, pressão subsequente acima daquele nível pode ser aliviada através do sistema 14 para prover quanto ao fechamento positivo da válvula de segurança de sub-superfície. 0 sistema de alívio de pressão 14 pode ser operado mecanicamente e/ou hidraulicamente.

[0019] Referindo à Figura 3, em que um diagrama de circuito de uma modalidade da presente invenção é provido. A linha de controle 28 está operativamente conectada ao pistão 38. O sistema de alívio de pressão 14 inclui uma válvula de alívio 42. Na modalidade ilustrada, a válvula de alívio 42 é uma válvula de três vias. A válvula de alívio 42 está operativamente conectada a linha de controle 28 e o pistão 38. Uma linha de controle 44 da válvula conecta hidraulicamente a linha de controle 28 e a válvula 42. Uma linha de alívio 4 6 está conectada hidraulicamente à linha de controle 2 8 e a um acumulador 4 8 por meio da válvula alívio 42. A válvula de alívio 42 pode ser induzida no sentido a uma posição de alívio (Figura 4) que conecta hidraulicamente o acumulador 48 com a pressão hidráulica que é exercida sobre o pistão 38, estabelecendo desse modo uma via alternativa passagem de alívio de pressão. Nas modalidades ilustradas, a válvula 42 é compelida no sentido da posição de alívio através de um mecanismo indutor 50, ilustrado como uma mola.

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9/12 [0020] Referindo à Figura 3, a válvula de segurança está mostrada na posição aberta ou no procedimento de estar se abrindo.

linha de controle 28 é pressurizada a um nível tal que força provida pelo pistão 38 atua o componente válvula para a posição aberta. A pressão hidráulica provida através da linha de controle 28 comunicada à válvula de alívio

42, atuando a válvula de alívio 42 para a posição fechada como mostrado na

Figura

3.

[0021] A Figura 4 ilustra uma válvula de segurança 12 sendo operada desde a posição aberta até a posição fechada. Quando a pressão hidráulica é aliviada a um certo nível na linha de controle 28, o pistão 38 e o componente válvula 30 começam a se mover no sentido da posição fechada. Quando a pressão hidráulica na linha 44 atinge um nível selecionado, a válvula 42 é atuada para a posição de alívio ou de desvio como ilustrado na Figura 4, permitindo ao fluido hidráulico proveniente do cilindro 56 e/ou pelo menos uma parte da linha de controle 2 8 fluir para dentro do acumulador 48, estabelecendo desse modo um mecanismo alternativo de alívio de pressão.

[0022] É entendido que a pressão selecionada para atuar a válvula de alívio 42 para a posição de alívio pode ser um nível de pressão diferente daquele que permite à válvula de segurança 12 se mover desde a posição aberta até a posição fechada. Diversos meios e métodos podem ser utilizados para selecionar os níveis de pressão para a

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10/12 atuação das diversas válvulas incluindo sem limitação restritores ou estranguladores 54 e mecanismos indutores 50. É para ser entendido que o nivel de pressão selecionado para atuar a válvula de alívio 42 para a posição de alívio pode estar relacionado à pressão de atuação do componente válvula 30. Por exemplo, pode ser desejado atuar a válvula de alívio 42 para a posição de alívio após a ocorrência de uma desejada queda de pressão no pistão 38. Desse modo a válvula de alívio 42 pode facilitar o alívio de quaisquer picos de pressão ou semelhantes que ocorram dentro do sistema hidráulico durante o fechamento da válvula de segurança 12 para garantir que ocorra um fechamento positivo da válvula de segurança 12. Um pico de pressão como usado aqui inclui aumentos na pressão ou a estagnação da pressão em um nível que impeça o apropriado fechamento da válvula de segurança 12. Por exemplo, uma obstrução ou falha de um elemento dentro do sistema hidráulico que impeça a evacuação ou liberação do fluido hidráulico proveniente da linha de controle 28 pode impedir o fechamento completo do componente válvula 30. O alívio de pressão 14 também facilita uma liberação mais rápida da pressão hidráulica no pistão 38 para o fechamento de um componente válvula 30.

[0023] O sistema de liberação de pressão 14 pode estar posicionado dentro da carcaça 32 (Figura 2) e/ou posicionado externamente à carcaça 32. Em algumas

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11/12 modalidades, o acumulador 4 8 pode ser uma posição de câmara, por exemplo, e carcaça 32. Em outras modalidades, o

acumulador	48 pode ser o furo	de poço 16	em que	o	fluido
hidráulico	aliviado é expulso	diretamente	para o	interior
do furo de	poço 16.
[0024]	Na modalidade ilustrada nas	Figuras	3	e 4, o

acumulador 48 é uma câmara ou reservatório separado e afastado do furo de poço 16. Na modalidade ilustrada a válvula de alívio 42 permite a exaustão do acumulador 48 quando a válvula de alívio 42 está na posição fechada. Por exemplo, quando a válvula de alívio 42 está na posição fechada a comunicação é provida através da válvula 42 entre o acumulador 48 e a exaustão 52. Nesse exemplo, a exaustão 52 pode ser o furo de poço 16. A etapa de evacuar o acumulador 48 facilita a reabertura da válvula de segurança 12 após um fechamento da válvula e o processo de alívio de pressão mantendo ao mesmo tempo a funcionalidade de alívio da pressão.

[0025] Em uma modalidade alternativa também ilustrada nas Figuras 3 e 4, a válvula de alívio de pressão 42 pode ser atuada tanto diretamente ou indiretamente pela posição do pistão 38, tal como através de alguma forma de ligação opcional 60 (representada por uma linha de duplo pontilhado acoplando o pistão 38 à válvula de alívio de pressão 42) . Em um tal caso, a ligação 60 pode interagir com a válvula de alívio de pressão 42 ou alternativamente

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12/12 ou em adição à pressão hidráulica presente na linha 44. Em outros casos, a válvula de alivio de pressão 42 pode estar integrada com o pistão 38. Em algumas modalidades, quando a pressão hidráulica aplicada ao pistão 38 cai abaixo de um selecionado nivel de pressão, o pistão 38 pode começar a se movimentar, resultando na atuação da válvula de alivio de pressão 42.

[0026] A partir da descrição detalhada apresentada até agora das modalidades especificas da invenção, deverá ser evidente que um sistema para facilitar a atuação de um componente válvula em resposta ao alivio de pressão que seja novo foi revelado. Embora modalidades especificas da invenção tenham sido aqui reveladas em alguns detalhes, isso foi feito somente para os propósitos de descrever os diversos aspectos e características da invenção, e não é pretendido a limitar o escopo da invenção. É contemplado que diversas substituições, alterações, e/ou modificações, incluindo mas não limitado àquelas variações de implementação que possam ser aqui sugeridas, podem ser feitas às modalidades aqui reveladas sem se afastar do espírito e escopo da invenção, como definido pelas reivindicações anexas que são apresentadas adiante.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. VÁLVULA (12) configurada para se movimentar entre uma primeira posição e uma segunda posição em resposta à pressão aplicada, a válvula (12) caracterizada por compreender:

uma carcaça (32) possuindo um furo (34);

um componente válvula (30) disposto na carcaça (32), em que o componente válvula (30) é atuado para a primeira posição em resposta a uma certa pressão aplicada e é atuado para a segunda posição quando do alívio da certa pressão aplicada; e

um sistema de alívio de pressão (14) que estabelece uma alternativa passagem de alívio de pressão para a pressão aplicada quando a pressão aplicada cai abaixo de um selecionado nível de pressão, em que o componente válvula (30) é operativamente acoplado ao sistema de alívio de pressão (14) através de uma ligação mecânica
2. Válvula (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a certa pressão aplicada e o selecionado nível de pressão são substancialmente iguais.
3. Válvula (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o nível de pressão selecionado ser menor que o certo nível de pressão aplicado.
4. Válvula (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a pressão aplicada ser um fluido

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2/5 pressurizado .
5. Válvula (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por incluir um pistão (38) em conexão com o componente válvula (30), em que a pressão aplicada é aplicada ao pistão (38) que atua o componente válvula (30).
6. Válvula (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o selecionado nível de pressão estar diretamente ou indiretamente relacionado a uma determinada alteração na pressão aplicada da certa pressão aplicada.

7 . Válvula (12) , de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o sistema de alívio de pressão (14) compreender uma válvula de desvio que se abre quando a pressão aplicada está no ou abaixo do selecionado nível de pressão. 8. Válvula (12) , de acordo com a reivindicação 1,

caracterizada por o sistema de alívio de pressão (14) compreender:

um acumulador (48); e uma válvula de desvio (42), a válvula de desvio (42) proporcionando comunicação de pressão ao acumulador (48) quando a pressão aplicada cai abaixo do selecionado nível de pressão.
9. Válvula (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o sistema de alívio de pressão (14) estar disposto no exterior da carcaça (32).
10. Válvula (12), de acordo com a reivindicação 9,

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3/5 caracterizada por o sistema de alivio de pressão (14) compreender uma válvula de desvio (42) que se abre quando a pressão aplicada está no ou abaixo do selecionado nível de pressão.
11. Válvula (12), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por o sistema de alivio de pressão (14) compreender:

um acumulador (48); e uma válvula de desvio (42), a válvula de desvio (42) proporcionando comunicação de pressão ao acumulador (48) quando a pressão aplicada cai abaixo do selecionado nível de pressão.
12. Válvula (12), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o sistema de alivio de pressão (14) ser operado com base numa posição do componente válvula (30).
13. Válvula (12), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por o selecionado nível de pressão estar relacionado a uma determinada alteração na pressão da certa pressão aplicada.

14. COMPLETAÇÃO DE FURO DE POÇO caracterizada por compreender:

uma sequencia de colunas tubulares (22) disposta no furo de poço (16);

uma válvula de segurança de sub-superficie (SSSV) (12) conectada dentro da sequencia de colunas tubulares (22) em que a SSSV (12) está configurada para

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4/5 abrir em resposta a uma certa pressão aplicada;

uma fonte de fluido pressurizado em conexão com a SSSV (12) através de uma linha de controle (28), em que um selecionado nível de pressão está relacionado a uma determinada alteração na pressão da certa pressão aplicada;

um sistema de alívio de pressão (14) em comunicação fluida com a linha de controle (28), em que o sistema de alívio de pressão (14) proporciona um alternativo mecanismo i de alívio de pressão para a pressão aplicada à SSSV (12) através da linha de controle (28) quando a pressão cai abaixo do selecionado nível de pressão; e uma ligação mecânica (60) operativamente acoplada a um componente válvula (30) da SSV (12) ao sistema de alívio de

pressão (14).

15. Completação de furo de poço, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada por o selecionado nível de pressão estar relacionado a uma determinada alteração na pressão abaixo da certa pressão aplicada.
16. Completação de furo de poço, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada por o sistema de alívio de pressão (14) compreender uma válvula de desvio (42) que proporciona seletiva comunicação fluida a partir da linha de controle (28) até um acumulador (48).
17. MÉTODO DE ASSEGURAR UM FECHAMENTO POSITIVO DE UMA

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5/5

VÁLVULA DE SEGURANÇA DE SUB-SUPERFÍCIE (SSSV) (12) POSICIONADA EM UM FURO DE POÇO (16) , o método, caracterizado por compreender as etapas de:

fornecer um fluido hidráulico através de uma linha de controle (28) para a SSSV (12);

manter um componente válvula (30) da SSSV (12) em uma posição aberta mediante uma aplicação de uma certa pressão hidráulica aplicada através da linha de controle (28) ;

atuar a SSSV (12) para fechar mediante o alívio da certa pressão hidráulica aplicada; e liberar o fluido hidráulico do SSSV (12) por meio de um mecanismo de alívio de pressão alternativo quando a pressão hidráulica cai abaixo de um nível de pressão hidráulica selecionado, em que o componente válvula (30) é operativamente acoplado ao sistema de alívio de pressão (14) através de uma ligação mecânica (60) .
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por o selecionado nível de pressão hidráulica ser uma alteração determinada da certa pressão hidráulica aplicada.
19. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por a etapa de liberar o fluido hidráulico compreender abrir um caminho de fluido para um acumulador (48) .