BRPI0921005B1

BRPI0921005B1 - Ferramenta de poço abaixo operável com uma pressão hidráulica

Info

Publication number: BRPI0921005B1
Application number: BRPI0921005-9A
Authority: BR
Inventors: David Z. Anderson
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2019-05-07
Also published as: AU2009314078A1; US20100116502A1; US7954550B2; NO20110788A1; GB201203184D0; GB2477245B; GB2477245A; AU2009314078B2; WO2010056783A2; BRPI0921005A2; GB2489079B; WO2010056783A3; GB201107415D0; US20110209874A1; US8215402B2; GB2489079A

Abstract

ferramenta de poço abaixo operável com uma pressão hidráulica um sistema isola um sistema de controle para uma ferramenta de poço abaixo das pressões 5 internas na tubulação na qual a ferramenta é montada. selos opostos são usados em um componente móvel na ferramenta, de modo a compensar as forças induzidas por pressão da pressão de operação interna da ferramenta. em uma aplicação em particular a uma válvula de segurança de subsuperfície, o sistema de controle pode ser isolado da pressão de tubulação pelo deslocamento de selos entre a passagem e o tubo de fluxo ou em torno de porções expostas do pistão de operação para o tubo de fluxo.

Description

FERRAMENTA DE POÇO ABAIXO OPERÁVEL COM UMA PRESSÃO

HIDRÁULICA

CAMPO DA INVENÇÃO

O campo da invenção é de sistemas de controle para válvulas de poço abaixo e, mais particularmente, para válvulas de segurança de subsuperfície em que o sistema é insensível à pressão da tubulação.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

As válvulas de segurança de subsuperfície são usadas 10 em poços para fechamento deles no caso de uma condição não controlada para garantia da segurança do pessoal de superfície e prevenção de danos à propriedade e poluição. Tipicamente, estas válvulas compreendem uma chapeleta, o que é o elemento de fechamento e é montado de forma 15 pivotante para rotação a 90 graus entre uma posição aberta e uma fechada. Um tubo oco denominado um tubo de fluxo é atuado para baixo contra a chapeleta para a rotação para uma posição atrás do tubo e fora de sua sede. Isto é descrito como a posição aberta. Quando o tubo de fluxo é 20 retraído, a chapeleta é forçada por uma mola montada em sua haste de pivô para a posição fechada contra a sede conformada de modo similar.

O tubo de fluxo é operado por um sistema de controle hidráulico que inclui uma linha de controle a partir da 25 superfície para um lado de um pistão. Um aumento de pressão na linha de controle move o pistão em uma direção e desloca o tubo de fluxo com ele. Este movimento ocorre contra uma mola de fechamento que geralmente é dimensionada para compensar a pressão hidrostática na linha de controle, 30 perdas de atrito nos selos de pistão e o peso dos

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2/7 componentes a serem movidos em uma direção oposta para deslocar o tubo de fluxo para cima e para longe da chapeleta, de modo que a chapeleta possa oscilar fechada.

Normalmente, é desejável ter a chapeleta indo para a posição fechada no caso de modos de falha no sistema de controle hidráulico e durante uma operação normal em uma perda ou remoção de pressão de linha de controle. A necessidade de se adequar às exigências de modo normal e de falha em um sistema de controle insensível à pressão da 10 tubulação, particularmente em uma aplicação de válvula de segurança assentada profundamente, representou um desafio no passado. Os resultados representam uma variedade de abordagens que adicionaram complexidade ao projeto pela inclusão de recursos para garantia da posição à prova de 15 falha ser obtida independentemente de quais selos ou conexões falhem. Alguns destes sistemas têm superposições de pistões pilotos e vários reservatórios de gás pressurizado, enquanto outros requerem múltiplas linhas de controle a partir da superfície em parte para compensar a 20 pressão da pressão hidrostática de linha de controle.

Alguns exemplos recentes destes esforços podem ser vistos nas Patentes U.S. N° 6.427.78 e 6.109.351.

Apesar destes esforços, um sistema de controle insensível à pressão da tubulação para válvulas de 25 segurança assentadas profundamente que tivesse grande simplicidade, confiabilidade melhorada e custo de produção mais baixo permaneceu uma meta a ser realizada. A presente invenção provê uma solução para esta questão pelo isolamento do sistema de controle da pressão de tubulação 30 pela vedação da passagem interna da válvula em torno do

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3/7 tubo de fluxo. Os selos são projetados para serem aproximadamente iguais na dimensão tanto quanto possível, de modo que uma pressão de tubulação interna proveja uma força mínima ou nenhuma força mensurável sobre o tubo de 5 fluxo para a faixa plena de pressões de tubulação esperadas. Como uma alternativa, o pistão de operação do sistema de controle também pode ter uma porção exposta a uma pressão de tubulação com selos de diâmetros iguais ou quase iguais para se obter o mesmo resultado de 10 insensibilidade à pressão de tubulação. Aqueles versados na técnica entenderão mais prontamente a invenção a partir de uma revisão da descrição da modalidade preferida e dos desenhos associados, enquanto se reconhece que o escopo pleno da invenção é medido pelas reivindicações anexadas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um sistema isola um sistema de controle para uma ferramenta de poço abaixo das pressões internas na tubulação na qual a ferramenta é montada. Selos opostos são usados em um componente móvel na ferramenta, de modo a 20 compensar as forças induzidas por pressão, independentemente da pressão de operação interna da ferramenta. Em uma aplicação em particular a uma válvula de segurança de subsuperfície, o sistema de controle pode ser isolado da pressão de tubulação pelo deslocamento de selos 25 entre a passagem e o tubo de fluxo ou em torno de porções expostas do pistão de operação para o tubo de fluxo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A FIG. 1 é uma vista em elevação de uma válvula de segurança de subsuperfície na posição fechada mostrando o 30 posicionamento do selo;

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4/7 a FIG. 2 é uma vista detalhada do posicionamento de selo superior; e a FIG. 3 é uma vista detalhada do posicionamento de selo inferior.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

A FIG. 1 é uma vista geral de uma válvula de segurança de subsuperfície S que mostra uma chapeleta 10 em uma posição fechada contra um selo 12. A passagem de fluxo 14 tem um tubo de fluxo 16 montado nela para um contato seletivo com a chapeleta 10 para abertura da válvula. Uma linha de controle (não mostrada) é conectada em uma conexão 18 e, quando pressurizada, o pistão de operação 20 responde ao se mover para baixo. O pistão de operação 20 é ligado em 22 ao tubo de fluxo 16 para um movimento em tandem. Uma mola de fechamento 24 é comprimida pelo movimento para baixo do pistão 20. Quando a pressão aplicada na conexão 18 é removida ou a pressão é perdida devido a um problema operacional, a mola de fechamento 24 eleva o pistão de operação 20, o que eleva o tubo de fluxo 16, o qual, por sua vez, permite que a chapeleta 10 rode contra sua sede 12, devido a uma mola de pivô (não mostrada) em torno do eixo de montagem 26.

Para isolamento do pistão 20 da pressão na passagem 14, um selo superior 28 é mostrado na FIG. 2 entre o tubo de fluxo 16 e o corpo 30 preferencialmente montado em um recesso no corpo 30. Um outro selo 32 é mostrado na FIG. 3 de novo entre o corpo 30 e o tubo de fluxo 16. De modo ideal, os selos 28 e 32 são idênticos, de modo que a pressão interna na passagem 14 crie forças opostas e de compensação, de modo que o nível de pressão na passagem 14

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5/7 não tenha efeito sobre o tubo de fluxo 16. Tornar o tubo de fluxo 16 insensível à pressão na pressão de tubulação permite que a mola de fechamento 24 seja menor, porque ela não tem que compensar uma força líquida de material sobre o tubo de fluxo 16 a partir da passagem 14. Tudo que a mola de fechamento 24 precisa responder em um sistema de controle de linha única conectado em 18 é à pressão hidrostática na linha de controle (não mostrada). Com os selos 28 e 32 dispostos conforme mostrado, o pistão 20 independentemente de ser uma ou mais hastes ou um pistão anular, não está exposto a toda a pressão na passagem 14. Uma alternativa para os selos 28 e 32 entre o tubo de fluxo 16 e o corpo 30, selos idênticos substancialmente opostos podem ser posicionados sobre o pistão 20, de modo que uma pressão na passagem 14 atinja o pistão 20, mas não haja um efeito de pressão líquida porque há as forças de compensação em um par de selos substancialmente idênticos no pistão 20. Alternativamente, os selos que geram forças opostas que cancelam a si mesmas podem ser posicionados entre o tubo de fluxo 16 e o corpo 30, bem como no pistão 20, de modo que, se os selos 28 e 32 falharem, a pressão de tubulação na passagem 14 ainda seja retida e o pistão 20 não exposto a essa pressão então estará em um equilíbrio de pressão a partir da pressão de tubulação na passagem 14. Aqueles versados na técnica apreciarão que o corpo 30 terá uma configuração diferente para a acomodação de selos no pistão 20. Em essência, parte da porção média do pistão 20 terá que se estender entre segmentos superiores e inferiores do corpo 30, de modo que a porção média seja exposta à passagem 14 com o par de selos que colocam o

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6/7 pistão em um equilíbrio de pressão disposto respectivamente um no alojamento superior e o outro no alojamento inferior e ambos sendo dispostos em torno do pistão 20 com áreas de selo opostas para a criação de forças de compensação 5 substancialmente. De novo, fazer isso é para um backup e a modalidade preferida se refere ao posicionamento de selo entre o tubo de fluxo 16 e o corpo 30 como a primeira linha de defesa para se evitar que a pressão de tubulação na passagem 14 imprima uma força substancial ou qualquer uma 10 líquida sobre a mola de fechamento 24.

Aqueles versados na técnica adicionalmente apreciarão que o corpo 30 pode ser configurado para permitir uma câmara fechada 34 em que a mola 24 agora é mostrada, de modo que um sistema de controle de duas linhas de controle 15 possa ser usado para compensar a pressão hidrostática da linha de controle para se permitir o uso de uma mola ainda menor 24, que pode ser usada pelo isolamento do pistão de sistema de controle 20 da pressão de linha de controle usando-se os selos 28 e 32. Alternativamente, uma câmara 20 pressurizada no alojamento 30 pode ser usada para compensar a pressão hidrostática de linha de controle e a eliminação da mola 24 em um sistema de linha de controle única ou dupla. Deve ser notado que a câmara 34 pode estar à pressão atmosférica no conjunto de ferramenta na superfície e que o 25 movimento do pistão 20 muda o volume da câmara 34 com um ligeiro acúmulo de pressão que não é significativo na ajuda da mola de fechamento 24 no fechamento da válvula pelo movimento do tubo de fluxo 16. Alternativamente, a câmara 34 pode ser inicialmente carregada com uma pressão alta o 30 bastante no conjunto para que desloque a pressão

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7/7 hidrostática na linha de controle na profundidade esperada de uso de válvula de segurança. Uma outra opção para compensar a pressão hidrostática na extremidade traseira do pistão 20 é passar uma segunda linha de controle a qual 5 deslocará a pressão hidrostática na linha de controle indo para a conexão 18.

Embora a aplicação preferida seja uma válvula de segurança de subsuperfície, outras ferramentas que tenham um sistema de linha de controle para atuação de um pistão 10 para, por sua vez, mover um componente em uma ferramenta de poço abaixo também pode se beneficiar da vedação em torno do componente para ser finalmente operado pelo pistão do sistema de controle que, por sua vez, é operado pela pressão de linha de controle aplicada. Alguns exemplos 15 podem ser outros tipos de válvula, tal como uma luva com janela atuada por uma luva corrediça ou uma válvula do tipo de esfera disparada remotamente pela pressão hidráulica aplicada na superfície, para alguns exemplos.

A descrição acima é ilustrativa da modalidade 20 preferida e várias alternativas, e não é pretendida para concretizar o escopo mais amplo da invenção, o que é para ser determinado a partir das reivindicações em apenso abaixo, e apropriadamente dado seu pleno escopo literalmente e de forma equivalente.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Ferramenta de poço abaixo operável com uma pressão hidráulica caracterizada pelo fato de compreender:

um alojamento (30) que tem uma passagem (14) através dali entre conexões para a montagem em uma coluna de tubulação e pelo menos uma conexão de sistema de controle (18) para envio de pressão hidráulica;

um elemento móvel (20) na referida passagem exposto à pressão ali;

um sistema de atuação que responde à pressão entregue para a referida conexão de sistema de controle (18) para movimento seletivo do referido elemento móvel (20);

o referido elemento móvel (20) compreende um tubo de fluxo (16) montado para movimento recíproco para rotação de uma chapeleta (10) montada na referida passagem (14) através de uma aplicação seletiva de pressão na referida conexão de sistema de controle (18);

selos de tubo de fluxo (28, 32) dispostos entre o referido tubo de fluxo (16) e o referido alojamento (30) para colocação do referido tubo de fluxo (16) em um equilíbrio de pressão a partir das pressões na referida passagem (14);

o referido sistema de controle compreende ainda um pistão de operação (20) conectado ao referido tubo de fluxo (16) entre os referidos selos (28, 32) de tubo de fluxo, os referidos selos (28, 32) de tubo de fluxo isolando o referido pistão (20) da pressão na referida passagem (14);

em que os referidos selos (28, 32) de tubo de fluxo são montados ao referido alojamento (30) ou ao referido tubo de fluxo (16), ou a ambos;

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2/3 em que o referido pistão (20) compreende selos de pistão espaçados idênticos expostos a uma pressão de passagem, se pelo menos um dos selos (28, 32) de tubo de fluxo que contatam o referido tubo de fluxo falhar;

em que uma porção do referido pistão (20) entre os referidos selos de pistão está em equilíbrio de pressão com a pressão de passagem, se pelo menos um dos referidos selos (28, 32) de fluxo de tubo que contatam o referido tubo de fluxo (16) falhar.

2. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de:

os referidos selos (28, 32) de tubo de fluxo serem espaçados e o referido sistema de controle ainda compreender uma conexão com o referido elemento móvel entre os referidos selos de tubo de fluxo.
3. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de:

o referido sistema de controle compreender um pistão que é isolado da pressão na referida passagem devido aos referidos selos (28, 32) de tubo de fluxo.
4. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de:

o referido sistema de controle compreender uma mola de fechamento que atua sobre a referida conexão e isolada da pressão na referida passagem devido aos referidos selos (28, 32) de tubo de fluxo.
5. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de:

os referidos selos (28, 32) de tubo de fluxo serem montados no referido alojamento (30) e o referido

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3/3 componente móvel se mover respectivamente para os referidos selos (28, 32) de tubo de fluxo, os quais são fixos.
6. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de:

5 os referidos selos (28, 32) de tubo de fluxo serem montados no referido componente móvel e se encaixarem no referido alojamento (30).
7. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de:

10 o referido pistão (20) ter uma porção que seria exposta à referida passagem (14), se os referidos selos (28, 32) contatando o referido tubo de fluxo (16) falharem;

a referida porção do referido pistão (20) estar em um equilíbrio de pressão com a pressão da passagem, se pelo 15 menos um dos referidos selos (28, 32) contatando o referido tubo de fluxo (16) falhar.
8. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de:

a referida porção do referido pistão (20) compreender 20 selos de pistão espaçados idênticos expostos a uma pressão de passagem, se pelo menos um dos referidos selos de tubo de fluxo contatando o referido tubo de fluxo falhar.
9. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de:

25 os referidos selos (28, 32) de tubo de fluxo serem montados em ranhuras no referido tubo de fluxo.
10. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de:

os referidos selos (28, 32) de tubo de fluxo serem

30 montados em ranhuras no referido alojamento (30).