BRPI1100651B1

BRPI1100651B1 - montagem de cabeça de poço com um eixo geométrico e método para a instalação de uma montagem de cabeça de poço

Info

Publication number: BRPI1100651B1
Application number: BRPI1100651-0A
Authority: BR
Inventors: Michael Shaw
Original assignee: Vetco Gray Inc
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2020-10-20
Also published as: SG173277A1; EP2357314A3; US8622142B2; AU2011200328B2; MY159862A; AU2011200328A1; US20110180275A1; EP2357314B1; EP2357314A2; SG189783A1; BRPI1100651A2

Abstract

MONTAGEM DE CABEÇA DE POÇO COM UM EIXO GEOMÉTRICO E MÉTODO PARA A INSTALAÇÃO DE UMA MONTAGEM DE CABEÇA DE POÇO. Uma montagem de vedação de cabeça de poço que forma de uma vedação de metal-a-metal entre membros internos e externos de cabeça de poço. Uma vedação em formato de U bimetálica com pernas que tem um metal de baixo rendimento nas porções externas. Durante a instalação da montagem de vedação, as pernas da vedação são forçadas para fora contra as superfícies dos membros de cabeça de poço através da pressurização de uma vedação provisória não-metálica que força uma cunha para o interior da vedação em formato de U, causando um rendimento localizado do metal de baixo rendimento para preencher falhas nas superfícies do membro de cabeça de poço.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere, em geral, a montagens de cabeça de poço e, em particular, a uma vedação para fornecer vedação entre membros de cabeça de poço internos e externos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As vedações são usadas entre os membros tubulares de cabeça de poço internos e externos de modo a conter uma pressão de poço interna. O membro de cabeça de poço interno pode ser um suspensor de revestimento localizado em um alojamento de cabeça de poço e que sustenta uma coluna do revestimento que se estende para o interior do poço. Uma vedação ou uma obstrução efetuam a vedação entre o suspensor de revestimento e o alojamento de cabeça de poço. O suspensor de revestimento também poderia ser o membro de cabeça de poço externo, com uma manga de isolamento como o membro de cabeça de poço interno. Alternativamente, o membro de cabeça de poço interno poderia ser um suspensor de tubo de produção que sustenta uma coluna de tubagem de produção que se estende para o interior do poço para o fluxo de fluido de produção. O suspensor de tubo de produção assenta em um membro de cabeça de poço externo, o qual pode ser um alojamento de cabeça de poço, uma árvore de natal, ou uma cabeça de tubo de produção. Uma obstrução ou uma vedação efetuam a vedação entre o suspensor de tubo de produção e o membro de cabeça de poço externo.

[003] Uma variedade de vedações dessa natureza foi empregada no estado da técnica. As vedações do estado da técnica incluem anéis elastoméricos e parcialmente metálicos e elastoméricos. Os anéis de vedação do estado da técnica feitos inteira ou parcialmente de metal para formar vedações de metal-a-metal também são empregados. As vedações podem ser ajustadas através de uma ferramenta de assentamento, ou podem ser ajustadas em resposta ao peso da coluna de revestimento ou tubagem de produção.

[004] Se o furo ou superfície do membro de cabeça de poço externo está danificado, uma vedação se esforçaria para manter uma vedação. A porção elastomérica pode fornecer robustez adicional à vedação para auxiliar a manter uma vedação. Além disso, um metal mais macio na superfície externa de uma vedação também pode ser usado para preencher arranhões e imperfeições da superfície nas superfícies dos membros de cabeça de poço.

[005] Existe a necessidade de uma técnica que aborda os problemas de vazamento de vedação, conforme descrito acima. A técnica a seguir pode solucionar esses problemas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[006] Em uma realização da presente técnica, uma montagem de vedação bimetálica para uso em aplicações de óleo e gás submarinas é fornecida do modo que compreenda uma vedação em formato de U metálica que forma uma vedação de metal-a-metal e que tem recursos que aumentam a confiabilidade da montagem de vedação no evento de degradação ou efeitos da superfície em um furo de um membro de cabeça de poço aumenta a dificuldade de manter uma vedação. A montagem de vedação também tem um metal de rendimento inferior mais macio em regiões na montagem de vedação em que a vedação ocorre. A vedação em formato de U incorpora faces cuneiformes em sua fenda ou bolsa interna e é ajustada (condicionada para vedar em baixa pressão) através de uma pressão de teste aplicada à montagem de vedação por meio de uma vedação em massa ou provisória acoplada a um elemento de cunha que distancia as pernas da vedação em formato de U. O metal de baixo rendimento mais macio nas porções externas das pernas é forçado contra as superfícies dos membros de cabeça de poço, causando um rendimento localizado do metal de baixo rendimento para preencher falhas nas superfícies do membro de cabeça de poço.

[007] A vedação em massa se encontra no lado de pressão primária e um afunilamento das pernas é preciso o suficiente para impedir o travamento por fricção para permitir a recuperação da vedação. A cunha pode ser ventilada para permitir que o fluido flua enquanto a cunha é forçada para o interior da bolsa de vedação e, portanto, impede o travamento hidráulico. Um elemento compressível adicional pode ser ajustado na bolsa da vedação em formato de U para impedir o travamento hidráulico. O elemento compressível pode estar na bolsa ou no anular formado entre a vedação provisória e vedação de metal. As cargas axiais exigidas para impulsionar a montagem de vedação para o interior de seu espaço anular entre os membros de cabeça de poço são mínimas já que somente uma pequena quantidade de injeção a alta pressão radial, isto é, ajuste de interferência, é necessária para manter um contato de vedação a uma baixa pressão. Isso também garante que, se o mecanismo de cunhagem falha, uma vedação pode ser obtida pelo menos nas superfícies sem falhas. Além disso, duas vedações em formato de U podem ser montadas uma de costas para a outra para permitir a vedação em duas direções.

[008] A montagem de vedação é, de preferência, pré-montada sobre um membro de cabeça de poço interno, como uma manga de isolamento ou suspensor de tubo de produção. O membro de cabeça de poço interno e a montagem de vedação podem ser, então, rebaixados para o interior de um membro de cabeça de poço externo, como um alojamento de cabeça de poço, no mesmo ciclo, e a vedação ajustada através da aplicação de pressão à vedação em massa.

[009] No evento de falha da vedação em massa, a vedação em formato de U é auto-energizante e, quando pressurizada, é capaz de vedar e preencher as superfícies anulares danificadas dos membros de cabeça de poço. A bolsa formada pelas pernas de cada uma das vedações em formato de U pode permitir que a pressão do poço atue no lado interno das pernas, impulsionando as pernas para fora contra os membros de cabeça de poço interno e externo.

[0010] A montagem de vedação pode repousar sobre um ombro formado no alojamento de cabeça de poço e pode ser ajustada através da pressurização do espaço anular entre os membros de cabeça de poço internos e externos para impulsionar a montagem de vedação para o local. A combinação do metal de baixo rendimento no exterior das pernas de vedação, bem como a vedação em massa acoplada à cunha, aperfeiçoa a vedação nos membros de cabeça de poço que têm degradações de superfície.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0011] A Figura 1 é uma vista em seção de uma montagem de vedação na posição não ajustada, de acordo com uma realização da invenção.

[0012] A Figura 2 é uma vista em seção da montagem de vedação da Figura 1 na posição ajustada, de acordo com uma realização da invenção.

[0013] A Figura 3 é uma vista em seção da montagem de vedação com um elemento compressível, de acordo com uma realização da invenção.

[0014] A Figura 4 é uma vista em seção de uma montagem de vedação com vedações em ambas as direções, de acordo com uma realização da invenção.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0015] Referindo-se à Figura 1, uma realização da invenção mostra uma montagem de vedação 10 localizada entre uma porção de um membro de cabeça de poço interno que pode compreender uma manga de isolamento ou um suspensor de tubo de produção 13 que tem um perfil externo e um membro de cabeça de poço externo que pode compreender um alojamento de cabeça de poço, Treehead ou suspensor de revestimento 11. A manga de isolamento ou o suspensor de tubo de produção 13 tem um ombro que se estende radialmente 16. O ombro 16 sustenta a montagem de vedação 10 nessa realização e fornece um ponto de reação durante as operações de ajuste. Alternativamente, o membro de cabeça de poço interno 13 poderia ser, ao invés disso, um plugue, válvula de segurança ou outro dispositivo, e o membro de cabeça de poço externo 11 poderia ser um carretel de tubagem de produção ou uma árvore de natal. A montagem de vedação anular 10 pode ser ajustada à manga de isolamento ou ao suspensor de tubo de produção 13 por meio de interferência com seu perfil externo e é pré-montada sobre a manga de isolamento ou suspensor de tubo de produção 13 antes da instalação no poço. A montagem de vedação 10 e o suspensor de tubo de produção 13 podem ser operados no interior do furo do alojamento 11 em conjunto em uma única manobra com uma ferramenta de assentamento convencional. Se o membro de cabeça de poço interno é uma manga de isolamento, a manga de isolamento 13 pode ser rebaixada até o local em uma árvore de natal.

[0016] A montagem de vedação 10 é mostrada na posição não ajustada e compreende uma vedação de metal em formato de U 14 que tem pernas 15 que formam uma fenda em formato de U 19. Nessa realização, as vedações de metal 14 podem ser bimetálicas, sendo que o corpo é formado fora de bandas de vedação de metal de resistência de maior rendimento e de metal de baixo rendimento 17 forma as áreas de contato de vedação, como as pontas 18 das pernas 15.

[0017] Continuando a se referir à Figura 1, um anel energizante anular 30 é acoplado à vedação em massa ou provisória 32 em sua extremidade mais ampla. O anel energizante 30 está inicialmente em uma posição de introdução. O anel energizante 30 pode ter superfície internas e externas cuneiformes ou cônicas. Durante o ajuste, uma pressão de ajuste é aplicada à montagem de vedação 10 por meio de uma superfície exposta 36 da vedação em massa 32 a fim de impulsionar o anel energizante 30 de modo descendente entre as pernas 15 da vedação em formato de U 14. O anel energizante 30 cria uma força radial para dentro ou para fora em bandas de vedação 17. Nessa realização, a vedação em massa 32 está no lado de pressão primária. As superfícies internas das pernas 15 da vedação 14 e as superfícies externas do anel energizante 30 têm um afunilamento correspondente que é agudo o suficiente para impedir que anel energizante 30 seja travado na fenda 19. O ângulo de afunilamento agudo permite a recuperação da vedação 10. Uma cavidade vedada 37 é definida pela vedação em massa 32 e pelas bandas de vedação 17 da vedação 14. O anel energizante 30 pode ter respiros 34 que atravessam o corpo da cunha 30 para permitir que o fluido escoe a partir da cavidade 37 através do mesmo à medida que a cunha 34 é forçada no interior da fenda de vedação 19. Isso impede que o travamento hidráulico ocorra na bolsa 19 e na cavidade vedada 37 e, portanto, permite que a cunha 30 percorra a trajetória para, consequentemente, ajustar a vedação 14. Um elemento compressível 38 (Figuras 3 e 4) também pode ser localizado no interior da bolsa 19 para auxiliar adicionalmente na prevenção de travamento hidráulico no interior da bolsa 19 e da cavidade 37. Além da vedação fornecida pela vedação em massa 32, a vedação em massa 32 também pode realizar uma função de desborramento para a vedação de metal 14 quando energizada.

[0018] Referindo-se à Figura 2, a montagem de vedação 10 é mostrada na posição ajustada. Durante as operações de ajuste, por exemplo, o anular entre o membro de cabeça de poço externo 11 e o membro de cabeça de poço interno 13 pode ser pressurizado. Conforme explicado acima, o membro de cabeça de poço externo 11 pode ser um suspensor de revestimento e o membro de cabeça de poço interno 13 pode ser um suspensor de tubo de produção. A força aplicada proveniente da pressão atua sobre a superfície exposta 36 da vedação em massa 32, a qual é transmitida através do anel energizante 30 para a vedação 14, e reage contra o ombro 16 no suspensor de tubo de produção 13 para forçar o anel energizante 30 para o interior da fenda de vedação 19. As bandas de metal 17 nas porções externas das pernas 15 tocam as superfícies dos membros de cabeça de poço antes que qualquer energização ocorra. Quando o anel energizante 30 é inserido no interior da fenda de vedação 19, as pernas 15 se desviam levemente. Somente uma força axial mínima é necessária para inserir o anel energizante 30 no interior na fenda de vedação 19. Portanto, o anel energizante 30 não expande significantemente as pernas 15, porém, ao invés disso, forma um membro de reação sólido e causa mais força radial a ser aplicada às bandas de vedação 17 localizadas nas porções externas das pernas 15. A deformação das pernas 15 é elástica já que a força sobre as mesmas não excede seu limite elástico.

[0019] A força radial aplicada pelo anel energizante 30 às bandas de metal de limite elástico inferior 17 para realizar uma deformação para fora contra as superfícies de, por exemplo, o suspensor de revestimento 11 e o suspensor de tubo de produção 13, causando um rendimento localizado nas bandas 17. O rendimento de material extensivo das bandas 17 ocorre, portanto, durante a energização. As bandas de metal de limite elástico inferior 17 são macias e maleáveis o suficiente para fluir para o interior de falhas e degradações nas superfícies do suspensor de revestimento 11 e o suspensor de tubo de produção 13. Isso aperfeiçoa a vedação de metal-a-metal com o furo do suspensor de revestimento 11 e a superfície externa do suspensor de tubo de produção 13 quando ajustado.

[0020] No evento de falha da vedação em massa 32, a vedação em formato de U 14 é auto-energizante e, quando pressurizada, é capaz de vedar e preencher as superfícies anulares danificadas de membros de cabeça de poço com o metal de baixo rendimento 17. A fenda 19 formada pelas pernas 15 das vedações em formato de U 14 pode permitir que a pressão atue nos lados internos das pernas 15, empurrando as pernas 15 para fora contra os membros de cabeça de poço externos e internos 11, 13.

[0021] As cargas axiais exigidas para impulsionar a montagem de vedação para o interior de seu espaço anular entre os membros de cabeça de poço 11,13 são mínimas já que somente uma pequena quantidade de injeção a alta pressão radial, isto é, ajuste de interferência, é necessária para manter um contato de vedação a uma baixa pressão.

[0022] Em outra realização ilustrada na Figura 3, a montagem de vedação 10 pode compreender, ainda, um elemento compressível 38 ajustado na fenda 19 da vedação em formato de U 14. O elemento compressível 38 encolhe em volume à medida que a pressão de fluido é aplicada ao mesmo durante as operações de ajuste, impedindo o travamento hidráulico. Nesse exemplo, o anel energizante 30 também pode ter respiros 34 como nas Figuras 1 e 2 para auxiliar na prevenção de travamento hidráulico.

[0023] Ainda em outra realização ilustrada na Figura 4, a montagem de vedação 10 pode compreender duas vedações em formato de U 14 montadas uma de costas para a outra para permitir a vedação em duas direções. Nessa realização, o anular é pressurizado em um lado, de preferência, na direção primária da montagem de vedação 10 durante operações de ajuste. A pressurização aplica uma força na vedação em massa 34 para forçar os anéis energizantes 30 para o interior das bolsas de vedação 19 de cada vedação em formato de U 14. Da mesma maneira explicada nas Figuras 1 e 2, as pernas 15 de cada vedação em formato de U 14 são forçadas para fora contra as superfícies do alojamento de cabeça de poço 11 e do suspensor de revestimento 13, causando um rendimento localizado nas bandas de metal de baixo rendimento 17 na porção externa das pernas 15 para deformar as superfícies dos membros de cabeça de poço para preencher quaisquer falhas. Nesse exemplo, as vedações em U são bidirecionais de tal modo a disposição de costas uma para a outra forneça uma vedação bidirecional (a partir de cima e de baixo). Embora o elemento compressível 38 seja mostrado nessa realização, o elemento compressível pode ser omitido. Portanto, a localização dos elementos compressíveis 38 no interior das bolsas 19 é preferencial para impedir o potencial para travamento hidráulico. Os respiros 34 formados no anel energizante 30 auxiliam adicionalmente a impedir o travamento hidráulico no interior da cavidade vedada 37, em que a pressão gerada pode fazer com que o fluido se desvie das bandas de vedação 17.

[0024] Embora a invenção tenha sido mostrada em somente uma de suas formas, deve-se considerar evidente para os técnicos no assunto que a mesma não é limitada, porém, é suscetível a diversas alterações sem se desviar do escopo da invenção.

Claims

1. MONTAGEM (10) DE CABEÇA DE POÇO COM UM EIXO GEOMÉTRICO, caracterizada por: um membro de cabeça de poço externo (11) tendo uma superfície interna que define um furo; um membro de cabeça de poço interno (13) tendo uma superfície externa e localizado no furo, a superfície interna do membro de cabeça de poço externo (11) e a superfície externa do membro de cabeça de poço interno (13) definindo um espaço anular de cabeça de poço dentro do furo; uma vedação de metal anular (14) localizada no espaço anular de cabeça de poço tendo uma perna interna anular (15) e uma perna externa anular (15), as pernas de vedação (15) definindo uma fenda anular (19) entre as mesmas; a vedação de metal anular (14) tendo uma base em sua extremidade inferior adaptada para estar em contato com um ombro (16) definido no espaço anular de cabeça de poço, a vedação de metal anular (14) compreendendo uma banda de vedação externa (17) na perna de vedação externa anular (15) para engatar de modo vedante e formar uma superfície de vedação contra a superfície interna do membro de cabeça de poço externo (11) quando ajustada; e uma banda de vedação interna (17) na perna de vedação interna anular (15) para engatar de modo vedante e formar uma superfície de vedação oposta contra a superfície externa do membro de cabeça de poço interno (13) quando ajustada; um anel energizante (30) localizado no espaço anular de cabeça de poço acima da vedação de metal anular (14) e carregado em uma posição de introdução com uma extremidade inferior engatando uma extremidade superior da fenda anular (19); uma vedação em massa elastomérica (32) localizada no espaço anular em engate vedante entre a superfície interna do membro de cabeça de poço externo (11) e a superfície externa do membro de cabeça de poço interno (13) e em contato com o anel energizante (30), de tal modo que pressão aplicada à vedação em massa (32) faça com que a vedação em massa (32) se mova axialmente em direção à vedação de metal anular (14), forçando o anel energizante (30) para o interior da fenda anular (19) formada pelas pernas de vedação (15); em que o anel energizante (30), quando movido axialmente no interior da fenda anular (19), exerce forças radiais nas pernas de vedação (15) para vedar as bandas de vedação (17) contra os membros de cabeça de poço interno e externo (13, 11), definindo a posição ajustada; e um elemento compressível (38) localizado dentro da fenda anular (19) formada pelas pernas de vedação (15) da vedação de metal anular (14), o elemento compressível (38) sendo configurado para diminuir em volume à medida em que o anel energizante (30) se move em direção ao interior da fenda anular (19).

2. MONTAGEM (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelas bandas de vedação interna e externa (17) serem de um metal mais macio do que o metal da vedação de metal anular (14).

3. MONTAGEM (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada pela fenda anular (19) ter superfícies cuneiformes definidas em paredes laterais da fenda anular (19) e o anel energizante (30) ter superfícies cuneiformes definidas em uma porção de parede anular do anel energizante (30) que são correspondentes às superfícies cuneiformes da fenda anular (19).

4. MONTAGEM (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por compreender adicionalmente uma porta de respiro (34) que se estende através do anel energizante (30) para ventilar fluido aprisionado na fenda anular (19) à medida que o anel energizante (30) se move para o interior da feπda anular (19).

5. MONTAGEM (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelas pernas (15) da vedação de metal anular (14) formarem um formato de U.

6. MONTAGEM (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo movimento das pernas (15) para a posição ajustada ser elástico e não exceder um limite elástico do metal da vedação de metal anular (14).

7. MÉTODO PARA A INSTALAÇÃO DE UMA MONTAGEM (10) DE CABEÇA DE POÇO, caracterizado por compreender: instalar um membro de cabeça de poço externo (11) que tem uma superfície interna que define um furo; instalar um membro de cabeça de poço interno (13) que tem uma superfície externa e localizado no furo, a superfície interna do membro de cabeça de poço externo (11) e a superfície interna do membro de cabeça de poço interno (13) definindo um espaço anular de cabeça de poço dentro do furo; deslizar, contra os membros de cabeça de poço internos e externos (13, 11), uma vedação de metal anular (14) que uma perna de vedação interna (15) e uma perna de vedação externa (15), as pernas de vedação (15) definindo uma fenda anular (19) entre as mesmas, a vedação de metal anular (14) compreendendo ainda uma banda de vedação externa (17) configurada para engatar de modo vedante e formar uma superfície de vedação contra a superfície interna do membro de cabeça de poço externo (11) quando ajustada e uma banda de vedação interna (17) configurada para engatar de modo vedante e formar uma superfície de vedação contra a superfície externa do membro de cabeça de poço interno (13) quando ajustada; instalar um elemento compressível (38) no interior da fenda anular (19) formada pelas pernas de vedação (15) da vedação de metal anular (14); instalar um anel energizante (30) no interior da fenda anular (19) formada pelas pernas de vedação (15) a partir de uma extremidade superior da fenda anular (19); instalar uma vedação em massa elastomérica (32) no espaço anular de cabeça de poço acima da vedação de metal anular (14) e em contato com o anel energizante (30); a vedação em massa elastomérica (32) engatada de modo vedante entre a superfície interna do membro de cabeça de poço externo (11) e a superfície externa do membro de cabeça de poço interno (13); e aplicar pressão hidráulica à vedação em massa (32) para empurrar o anel energizante (30) adicionalmente para o interior da fenda anular (19) para, desse modo, exercer uma força radial aumentada nas pernas de vedação (15) para vedar as bandas de vedação (17) contra os membros de cabeça de poço interno e externo (13, 11), definindo a posição ajustada, em que o elemento compressível (38) é configurado para diminuir em volume à medida em que o anel energizante (30) se move em direção ao interior da fenda anular (19).

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelas bandas de vedação interna e externa (17) serem de um metal mais macio do que o metal da vedação de metal anular (14).

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 8, caracterizado por compreender retirar a vedação em massa (32) e o anel energizante (30) para permitir que as pernas (15) da vedação de metal anular (14) relaxem voltando para sua posição inicial para permitir, desse modo, a recuperação da vedação de metal anular (14).

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado por uma porta de respiro (34) se estender através do anel energizante (30) para ventilar o fluido aprisionado na fenda anular (19) à medida que o anel energizante (30) se move para o interior da fenda anular (19).