BRPI1001570A2

BRPI1001570A2 - aparelho de teste e método de vedação

Info

Publication number: BRPI1001570A2
Application number: BRPI1001570-1A
Authority: BR
Inventors: Joseph W Pallini; Rockford D Lyle; Chii-Ren Lin
Original assignee: Vetco Gray Inc
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2011-06-28
Also published as: BRPI1001570B1; US8261818B2; US20100294486A1; BRPI1001570B8

Abstract

APARELHO DE TESTE E MéTODO DE VEDAçãO. Trata-se de uma montagem de vedação de auto-inserção (20) que ajusta uma vedação (44) em um componente de poço (10) para permitir o teste de pressão do componente de poço (10). A montagem de vedação (20) pode ser aterrada em um componente de poço (10) com um ROV. Uma vedação (44) fica localizada sobre a parte inferior de um corpo inferior (42) na montagem (20). Um conjunto de grampos externos (46) trava com um perfil de encaixe sulcado (12) formado sobre o componente de poço (10) para travar o alojamento externo (24) de modo a proporcionar um ponto de reação para ajustar a vedação (44), que pode requerer milhares de libras de força. Um conjunto de grampos internos (52) trava com um perfil de encaixe sulcado (28) formado sobre o diâmetro interno (26) do alojamento externo (24). Isso trava o corpo inferior (42) ao alojamento externo (24) para garantir que a vedação (44) permaneça no lugar. Após o componente de poço (10) ter a pressão testada, a montagem de vedação (20) pode ser destravada e recuperada do poço através de um ROV.

Description

"APARELHO DE TESTE E MÉTODO DE VEDAÇÃO"

Campo Da Invenção

Esta invenção refere-se em geral a montagens de vedação e, emparticular, a uma montagem de vedação para um tampão que pode ser usadopara vedar e testar um componente de poço.

Antecedentes Da Invenção

Uma montagem de cabeça de poço submarino típica possui umalojamento de cabeça de poço de alta pressão sustentado em um alojamentode cabeça de poço de pressão inferior e preso a um compartimento que seestende dentro do poço. Um ou mais suportes de compartimento aterrados noalojamento de cabeça de poço, sendo que o suporte de compartimento ficalocalizado na extremidade superior de uma coluna de compartimento que seestende dentro do poço até uma profundidade maior. Uma coluna de tubulaçãose estende através do compartimento de fluidos de produção.

Os componentes de poço têm a pressão testada após ainstalação para detectar vazamentos. Um tampão que compreende umavedação pode ser usado para o teste de pressão dos componentes de poço. Otampão pode ser aterrado em um componente de poço tubular e a vedaçãopode ser ajustada para estabelecer uma vedação no componente de poço. Aparte do poço abaixo do tampão pode ser então hidraulicamente pressurizadaa partir de um veículo operado remotamente ("ROV") ou através de uma linhahidráulica da superfície para, desse modo, testar a pressão dos componentesde poço abaixo do tampão. O tampão é geralmente removido após o teste docomponente de poço, porém pode permanecer no lugar até um tempo depoisquando outros componentes, como uma árvore, forem instalados. Ocomponente de poço de teste de pressão pode ser, por exemplo, umalojamento de cabeça de poço, uma árvore, uma conexão tipo "pescoço deganso" (gooseneck) ou uma cabeça de operação limpa-tubos. Ademais, aintegridade de componentes de tubo ascendente também pode ter a pressãotestada ao ajustar o tampão no tubo ascendente. Um exemplo de componentede tubo ascendente que terá a pressão testada poderia ser uma conexão tipo"pescoço de ganso" na parte superior de um tubo ascendente independente.

A vedação do tampão é tipicamente ajustada utilizando o peso dopróprio tampão. Essa abordagem de ajuste de tampão ativado por peso éadequada para ajustar vedações uma força de ajuste de um algumas centenasde libras. Entretanto, as vedações de tampão usadas para conduzir testes dealta pressão de componentes de poço podem exigir forças de ajuste deaproximadamente 2.000 psi, dependendo do tamanho. O peso do tampão édesse modo, insuficiente para ajustar essas vedações de alta pressão quepodem ser classificadas para pressões de teste de até 15.000 psi.

Uma abordagem que tenta atender as falhas de ajuste ativado porpeso exige o uso de uma ferramenta ou um ROV para ajustar os tampões comvedações que possuem uma força de ajuste superior. A ferramenta ou ROVpode ser comprimida em um tampão que possui uma vedação com uma forçade ajuste de até 5000 psi. Entretanto, a força aplicada por um ROV tambémpode ser insuficiente para ajustar uma montagem de vedação de um tampãoclassificado para pressões de teste de 15.000 psi ou mais.

Há a necessidade de uma técnica que atenda os problemas deajuste descritos acima. Em particular há a necessidade de uma técnica paraajustar uma vedação de tampão de alta pressão para testar componentes depoço. A técnica a seguir pode resolver esses problemas.

Sumário da Invenção

Em uma modalidade da presente técnica, proporciona-se umamontagem de vedação de auto-inserção que pode permitir que vedações dealta pressão em tampões sejam ajustadas nos componentes de poço ou tuboascendente. Os componentes de poço ou tubo ascendente podem então ter apressão testada para detectar vazamentos após a instalação. A montagem devedação de auto-inserção pode ser instalável e recuperável por ROV.

Na modalidade ilustrada, a montagem de vedação de auto-inserção possui uma haste de pistão hidraulicamente atuada dentro de umalojamento interno que possui uma parte de vedação, um alojamento externo, esuporte de aterragem. A montagem compreende um conjunto externo degrampos e um conjunto interno de grampos. O conjunto externo de grampos éinicialmente rebaixado no alojamento externo e está em contato com a parte devedação. À medida que um atuador conectado à extremidade inferior da hastede pistão é forçado para baixo, os grampos externos se movem para fora demodo a engatar um perfil de encaixe formado sobre o componente de poço.Esse engate de travamento entre os grampos externos e o perfil de encaixe docomponente de poço proporciona um ponto de reação que permite que avedação localizada na parte inferior da parte de vedação fique em engatevedante com o componente de poço. O movimento descendente contínuo doatuador obriga um conjunto interno de grampos a se engatar de modo travadocom um conjunto de sulcos formados sobre a parte interna do alojamentoexterno para reter a parte de vedação e assim a vedação no lugar. Oscomponentes de poço ou tubo ascendente podem ter então sua pressãotestada através de uma porta na montagem.

Na modalidade ilustrada, mediante a conclusão do teste, amontagem de vedação de auto-inserção pode ser destravada pelo ROV aoretrair os grampos internos e puxar a parte de vedação para cima para afrouxara vedação. O movimento ascendente contínuo da parte de vedação faz comque os grampos externos se retraiam e permite a recuperação da montagempelo ROV.

A combinação de pontos de reação proporcionados pelosmecanismos de trava dos grampos com os perfis de encaixe, e a haste depistão hidraulicamente atuada, proporciona a força de ajuste necessária paraajustar as vedações de alta pressão usadas para testar os componentes depoço e tubo ascendente.

Breve Descrição Dos Desenhos

A Figura 1 é uma vista em corte transversal de uma montagem devedação de auto-inserção aterrada em um componente de poço com osgrampos externos em alinhamento com o perfil de encaixe do componente depoço, de acordo com uma modalidade da invenção;

A Figura 2 é uma vista em corte da montagem de vedação deauto-inserção da Figura 1 com os grampos externos forçados para foraformando o perfil de encaixe do componente de poço, de acordo com umamodalidade da invenção;

A Figura 3 é uma vista em corte da montagem de vedação deauto-inserção da Figura 1 com a vedação em contato com o diâmetro internodo componente de poço, de acordo com uma modalidade da invenção;

A Figura 4 é uma vista em corte da montagem de vedação deauto-inserção da Figura 1 com os grampos internos forçados para fora nossulcos sobre a superfície interna do alojamento externo, de acordo com umamodalidade da invenção;

A Figura 5 é uma vista em corte da montagem de vedação deauto-inserção da Figura 1 com os grampos internos retraídos durante arecuperação da montagem, de acordo com uma modalidade da invenção.

Descrição Detalhada Da Invenção

Com referência à Figura 1, uma modalidade da invenção mostrauma parte de um componente de poço 10, como, por exemplo, um alojamentode cabeça de poço. O componente de poço 10 fica localizado em umaextremidade superior de um poço e serve como um elemento de cabeça depoço nesse exemplo. Alternativamente, o componente de poço 10 poderia serum componente de tubo ascendente em vez de um elemento de cabeça depoço. O componente de poço 10 possui um diâmetro interno localizado nesse.

Nesse exemplo, o componente de poço 10 compreende um furo11 que possui um perfil de encaixe 12 formado sobre o diâmetro interno. Operfil de encaixe 12 pode ser compreendido de sulcos anulares que interferemno perfil do diâmetro interno. O furo 11 possui uma parte superior 11a e umasuperfície de vedação anular 11b diretamente abaixo. A superfície de vedação11b é menor em diâmetro do que a parte superior do furo 11a. Uma parteinferior 11c está diretamente abaixo da superfície de vedação 11b e podepossuir um diâmetro interno menor do que o diâmetro interno da superfície devedação 11b. Entretanto, não é uma exigência que o diâmetro interno da parteinferior 11c seja menor que aquele da superfície de vedação 11b.

O componente de poço 10 proporciona um ombro para aterraruma montagem de vedação de auto-inserção 20. A montagem de vedação deauto-inserção 20 compreende um flange externo ou suporte de aterramento 22que está situado sobre o ombro do componente de poço 10.

A montagem de vedação de auto-inserção 20 compreendeadicionalmente um alojamento externo cilíndrico 24 que possui uma superfícieinterna cilíndrica 26 que, como o componente de poço, possui um perfil deencaixe sulcado anular 28. Um conjunto de grampos externos 46 pode semover para fora de modo a engatar o perfil de encaixe sulcado 28 durante ainstalação para travar o alojamento externo 24 no componente de poço 10.

Entretanto, outros dispositivos podem ser usados para travar o alojamentoexterno 24 no componente de poço. Por exemplo, um anel fendido pode serusado para travar o alojamento externo 24 no componente de poço. O anelfendido pode ser inclinado para se expandir para fora de modo a engatar operfil de encaixe 28. O suporte de aterramento 22 se une e se estenderadialmente para fora do alojamento externo 24. Uma parte de vedação 40 queconduz uma vedação 44 sobre sua parte inferior é parcialmente alojada dentrodo alojamento externo 24 e está em engate deslizante axial com o alojamentoexterno 24. A parte de vedação 40 possui um diâmetro igual ou maior que odiâmetro do alojamento externo 24 abaixo do suporte de aterramento 22. Asvedações 44 podem ser do tipo Polypak ou S-Seal. A parte de vedação 40 éintegralmente conectada a um alojamento interno 42 e define uma aberturaonde um conjunto de pinos ou hastes de transferência 50 está situado. Asreentrâncias 45 formadas sobre o alojamento interno 42 servem para alojarinicialmente as extremidades internas dos grampos externos 46 antes de osgrampos externos 46 se estenderem durante a instalação. As hastes detransferência 50 podem se mover radialmente para forçar os grampos internos52 para fora em resposta ao movimento axial de um atuador 48 dentro de umacavidade 49 na parte de vedação 40 e no alojamento interno 42. Asreentrâncias 47 formadas sobre o atuador 48 servem para reter asextremidades internas das hastes de transferência 50 quando retraídas. Ashastes de transferência 50 e grampos internos 52 servem como um elementode travamento para travar o alojamento interno 42 em uma parte inferior noalojamento externo 24. Uma pluralidade de prendedores 54 prende uma placasuperior no alojamento interno 42. Uma haste de pistão 60 que pode seestender e se retrair a partir de um cilindro hidráulico de dupla ação 70 seconecta ao atuador 48 para mover o mesmo para acima e para baixo emrelação à parte de vedação 40 e o alojamento interno 42.

A seqüência da operação de instalação é mostrada nas Figuras 1a 4. A Figura 1 mostra uma modalidade da montagem de vedação de auto-inserção 20 aterrada em um componente de poço 10 como o alojamento decabeça de poço. A montagem de vedação 20 pode ser conduzida e aterrada nocomponente de poço 10 por um ROV (não mostrado) ou uma ferramenta deoperação/ajuste (não mostrada). A montagem de vedação 20 está situadainicialmente sobre o componente de poço 10 com a vedação 44 espaçada poruma folga da parte superior do furo 11a do componente de poço 10. Osgrampos externos 46 são inicialmente retraídos dentro do alojamento externo24 e alinhados com o perfil de encaixe sulcado 12 formado no furo docomponente de poço 10. Os grampos internos 52 também são retraídos eespaçados acima do perfil de encaixe sulcado 28.

Com referência à Figura 2, quando a pressão hidráulica de umafonte hidráulica (não mostrada) no ROV ou na superfície for aplicada à hastede pistão 60 através do cilindro hidráulico de dupla ação 70, a haste de pistão60, o alojamento interno 42 e placa superior, o atuador 48, as hastes detransferência 50 e grampos internos 52, e a parte de vedação 40 são movidosaxialmente para fora, com relação ao alojamento externo, ao mesmo tempo. Omovimento externo da parte de vedação 40 obriga os grampos externos 46 adeslizarem ao longo de uma superfície angulada sobre a reentrância e semoverem para fora de modo a engatar o perfil de encaixe sulcado 46 no furo 11do componente de poço 10. Embora os grampos externos 46 estejam travadosno perfil de encaixe sulcado 46, as vedações 40 localizadas na parte devedação 40 começam a se mover sem resistência devido à folga na partesuperior de furo 11a do componente de poço 10. Entretanto, um acionadorprincipal em vez de pressão hidráulica pode ser usado para mover oalojamento interno 42, e outros componentes de montagem de vedação, parafora. Por exemplo, um ROV pode ser usado para girar um atuador que éconfigurado para produzir o movimento axial do alojamento interno 42.

Com referência à Figura 3, uma vez que os grampos externos 46são completamente travados no perfil de encaixe sulcado 46 no furo docomponente de poço 10, esse mecanismo de trava proporciona um ponto dereação da haste de pistão 60 de modo a forçar a parte de vedação 40 evedação 44 adicionalmente para baixo em superfície de vedação de diâmetromenor 11b do componente de poço 10. Isso proporciona a força de ajustenecessária para ajustar a vedação 44, que pode possuir milhares de libras deforça. A reação ocorre através de grampos externos 46 formando o perfilsulcado 12. Nesse ponto, a haste de pistão 60, o alojamento interno 42 e aplaca superior, o atuador 48, as hastes de transferência 50 e grampos internos52, e a parte de vedação 40 irão continuar a se estender para fora ao mesmotempo.

Com referência à Figura 4, à medida que a pressão hidráulicacontinua a ser aplicada à haste de pistão 60, a haste de pistão 60, por sua vez,continua a mover a parte de vedação 40 para baixo até as vedações 44 seremadequadamente engatadas à superfície de vedação de menor diâmetro 11b docomponente de poço 10. Nessa modalidade, a parte de furo inferior 11c émenor em diâmetro do que as vedações 44 e impede o movimentodescendente adicional da parte de vedação 40. Uma vez que as vedações 44são adequadamente ajustadas, a parte de vedação 40 para de se mover e ahaste de pistão 60 então faz com que o atuador 48 se mova para baixo, nessamodalidade, dentro da cavidade formada pelo alojamento interno 42 e a partede vedação 40. O movimento externo contínuo do atuador 48 relativo à partede vedação 40 faz com que as reentrâncias do atuador 47 se movam parabaixo das hastes de transferência 50 e faz com que as hastes de transferência50 forcem os grampos internos 52 em engate de travamento com o perfil deencaixe sulcado 28 formado sobre o diâmetro interno do alojamento externo24. A haste de pistão 60 move o atuador 48 para baixo até a parte inferior doatuador 48 atingir a extremidade da cavidade dentro da parte de vedação 40.

Nesse ponto, o mecanismo de travamento dos grampos internos 52 com operfil de encaixe sulcado 28 sobre o diâmetro interno do alojamento externo 24irá travar a parte de vedação 40 ao alojamento externo 24 para manter, assim,a vedação 44 no lugar.Uma vez que a vedação 44 é ajustada, o componente de poçopode ter sua pressão testada. Uma porta de teste de pressão 62 e linha flexível64 (esquematicamente mostrada por linhas pontilhadas) irá atravessar a partede vedação 40 e o alojamento externo 24 para colocar a parte do poço abaixoda montagem de vedação 20 em comunicação com uma fonte de pressão (nãomostrada) no ROV ou na superfície. A porta de teste 62 não atravessa ashastes 50 ou prendedores 54. Dessa maneira, o espaço abaixo da montagemde vedação pode ser pressurizado até 15.000 psi para, desse modo, testar apressão do componente de poço 10. Alternativamente, a montagem devedação pode ajustar uma vedação em um componente de tubo ascendentepara realizar o teste de pressão do componente de tubo ascendente. Ocomponente de tubo ascendente é outro tipo de componente de poço.

Com referência à Figura 5, para remover e recuperar a montagemde vedação de auto-inserção 20, a seqüência de instalação é invertida. Ocilindro hidráulico de dupla ação 70 retrai a haste de pistão 60 para puxar oatuador 48 para cima através da cavidade 49 formada no alojamento interno 42e na parte de vedação 40. Embora o perfil cônico das reentrâncias do atuador47 permita a retração das hastes de transferência 50 e grampos internos 52,uma mola (não mostrada) também pode ser usada para ajudar a retrair ashastes de transferência 50 e grampos internos 52 para dentro quando ashastes de transferência 50 se alinham com a reentrância 47 no atuador 48. Osgrampos internos 52 irão, desse modo, se destravar do perfil de encaixesulcado 28.

A haste de pistão 60 irá continuar a puxar o atuador 48 para cima,forçando o mesmo contra as placas localizadas fixadas à parte superior doalojamento interno 42. A força ascendente sobre o atuador 48 é, assim,transferida para a placa fixada, fazendo que a parte de vedação 40 se movapara cima para afrouxar as vedações 44. À medida que a reentrância 45(Figura 1) na parte de vedação 40 se alinha com os grampos externos 46, operfil cônico da reentrância 45 permite que os grampos externos 46 seretraiam. Uma mola (não mostrada) também pode ser usada para ajudar aretrair os grampos externos de transferência 46 para dentro. Nesse ponto, amontagem de vedação de auto-inserção 20 estará em uma posiçãosubstancialmente similar àquela ilustrada na Figura 1 à montagem de vedação20. A haste de pistão 60 continua então a se mover para cima até o cilindro 70sair* do curso, permitindo que a montagem de vedação 20 seja suspensa forado poço. Uma montagem de vedação 20 pode ser então recuperada pelo ROVou uma ferramenta de recuperação em uma coluna.

Embora a invenção seja mostrada em apenas uma de suasformas, deve ser avaliado pelos versados na técnica que essa não é tãolimitada, porém é suscetível a várias alterações sem que se abandone oescopo da invenção.

Claims

1. APARELHO DE TESTE, de componente de poço (20) emque:um alojamento externo (24) para inserção em um furo (11) de umcomponente de poço (10);um elemento de travamento externo (46) sobre o alojamentoexterno (24) que engata um perfil (12) no furo (11) do componente de poço (10)para travar o alojamento externo (24) ao componente de poço (10);um alojamento interno (42) conduzido, dentro do alojamentoexterno (24) para movimento axial relativo a um eixo geométrico do alojamentoexterno (24) entre uma posição retraída e uma posição estendida, sendo que oalojamento interno (42) possui uma parte de vedação (40) com uma vedação(44) que se projeta do alojamento interno (42) nas posições retraída eestendida;um atuador (48) que move o alojamento interno (42) até a posiçãoestendida para fazer com que a vedação (44) engate o furo (11) docomponente de poço (10); eum elemento de travamento interno (52) que engata um perfil (28)no diâmetro interno (26) do alojamento externo (24) para travar o alojamentointerno (42) na posição estendida.

2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, em que omovimento axial do alojamento interno (42) em uma direção relativa aoalojamento externo (24) faz com que o elemento de travamento externo (46) semova para fora e o movimento axial do alojamento interno (42) em uma direçãooposta relativa ao alojamento externo (24) permite que o elemento detravamento externo (46) se mova para dentro.

3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, em que omovimento axial do atuador (48) em uma direção relativa ao alojamento interno(42) faz com que o elemento de travamento interno (52) se mova para fora e omovimento axial do atuador (48) em uma direção oposta relativa ao alojamentointerno (42) permite que o elemento de travamento interno (52) se mova paradentro.

4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, em que odiâmetro interno do furo (11) do componente de poço (10) é reduzido paradentro abaixo da seção de vedação (40) até um valor menor que um diâmetroexterno da seção de vedação (40).

5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, em que ofuro (11) possui uma seção superior (11a) e uma seção inferior (11c)separadas por uma seção de vedação (11b) que é engatada de maneiravedante pela vedação (44), sendo que a seção superior (11a) possui umdiâmetro interno maior do que a seção de vedação (11b).

6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, em que oatuador (48) é impedido de mover o elemento de travamento interno (52) parafora até o elemento de travamento externo (46) ser movido para fora em engatecom o perfil (12) no furo (11) do componente de poço (10).

7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, em que oalojamento externo (24) possui um elemento de suporte estendido radialmente(22) que engata uma borda do componente de poço (10).

8. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1,compreendendo adicionalmente um cilindro hidráulico (70) que engata oatuador (48) para mover o atuador (48) axialmente em relação ao alojamentoexterno (24).

9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, onde oatuador (48) possui uma reentrância (47) para receber as extremidadesinternas do elemento de travamento interno (52), para forçar o elemento detravamento interno (52) para fora em resposta ao atuador (48) que se movepara baixo durante a instalação.

10. MÉTODO DE VEDAÇÃO, caracterizado pelo fato de:aterrar um aparelho de poço (20) em um furo (11) de umcomponente de poço (10);travar um elemento de travamento externo (46) de um alojamentoexterno (24) do aparelho de poço (20) a um perfil (12) do furo (11) docomponente de poço (10);operar um atuador (48) adaptado para mover um alojamentointerno (42) disposto dentro do alojamento externo (24) axialmente com relaçãoao alojamento externo (24) para estender uma parte de vedação (40) doalojamento interno (42) para fora no furo (11) do componente de poço (10) paracolocar a vedação (44) em contato com uma seção de vedação (11b) do furo(11) do componente de poço (10);estender o alojamento interno (42) para fora de modo a forçar umelemento de travamento interno (52) a se mover para fora em engate detravamento com um perfil (28) formado em um diâmetro interno (26) doalojamento externo (24) para bloquear o movimento axial do alojamento interno(42) com relação ao alojamento externo (24).

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10,em que o movimento da parte de vedação (40) do alojamentointerno (42) é realizado ao aplicar uma pressão hidráulica a um cilindro (70)fixado ao atuador (48) para, desse modo, fazer com que a haste de pistão (60)se estenda;em que o movimento do atuador (48) dentro do alojamento interno(42) é realizado ao aplicar pressão hidráulica ao cilindro (70) fixado ao atuador (48);sendo que o ajuste é realizado ao aplicar pressão hidráulica aocilindro (70) para, desse modo, fazer com que a vedação (44) na parte inferiordo alojamento interno (42) se ajuste contra a seção de vedação (11b) do furo(11) do componente de poço (10).

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, em que apressão hidráulica é fornecida através de um ROV com capacidades depressurização.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, em que aetapa de aterramento do aparelho de poço (20) compreende utilizar um ROVpara aterrar o aparelho de poço (20) no componente de poço (10).

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, em que aetapa de mover o atuador (48) compreende adicionalmente forçar o elementode travamento interno (52) para fora utilizando uma pluralidade de hastes detransferência (50), as extremidades externas das hastes de transferência (50)conectadas à parte interna do elemento de travamento interno (52), asextremidades internas das hastes de transferência (50) inicialmente em contatocom uma pluralidade de reentrâncias (45) formadas sobre o atuador (48).